Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh ninh bình

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH Thái Nguyên - 2020 Trang 3 Luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Với sự phát triển mạnh của các ngành kinh tế, đặc là lĩnh vực công nghiệp thì nhu cầu năng lượng ngày càng lớn, năng lượng phục vụ cho hầu hết các lĩnh vực chủ yếu là điện năng. Trước đây năng lượng điện chủ yếu được tạo ra bởi các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Nhưng các hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch đang gặp nhiều vấn đề như: các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần bị cạn kiệt, sử dụng các nhiên liệu hóa thạch gây ra nhiều tác hại xấu đến môi trường sống và tạo ra nhiều nguy cơ đối với trái đất và toàn bộ hệ sinh vật sống trên trái đất… Trước tình hình đó, nhiều nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo đã được khai thác như năng lượng mặt trời, thủy năng, thủy triều, năng lượng gió… Một trong những dạng năng lượng tái tạo mà Việt Nam có nhiều nhưng việc khai thác còn hạn chế đó là gió. Với một dải bờ biển khá dài có tiềm năng lớn về gió của tỉnh Ninh Bình là điều kiện để xây dựng các trạm phát điện sức gió, góp phần bổ sung một phần công suất điện vào mạng điện của tỉnh, của quốc gia đồng thời cũng giảm thiếu ô nhiễm môi trường khi có thể giảm công suất của các hệ thống phát điện sử dụng nhien liệu hóa thạch. Với các lý do trên, việc nghiên cứu để ứng dụng năng lượng gió có thể bố trí tại khu vực bờ biển của các tỉnh giáp biển, trong đó có tỉnh Ninh Binh nhằm tăng nguồn năng lượng cho tương lai là rất cần thiết và có nhiều triển vọng. Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu về tiềm năng phát triển năng lượng gió tại địa bàn tỉnh Ninh Binh. - Lựa chọn loại hệ thống phát điện sức gió có thể triển khai tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình. - Thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió có thể triển khai tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình. - Mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống. Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 4 Luận văn thạc sỹ 3. Kết quả dự kiến - Cấu trúc và thuật toán điều khiển một loại hệ thống phát điện sức gió. - Kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Tiềm năng năng lượng gió tại tỉnh Ninh Bình; - Hệ thống phát điện sức gió. 5. Công cụ, thiết bị nghiên cứu Máy tính và phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink. 6. Bố cục luận văn Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và hướng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn bao gồm 4 chương sau: Chương 1: Tổng quan thực trạng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo tại tỉnh Ninh Bình Chương 2: Lựa chọn hệ thống phát điện sức gió ứng dụng vào vùng ven biển tỉnh Ninh Bình Chương 3: Mô hình máy điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện sức gió Chương 4: Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió theo phương pháp Passivity - Based 7. Kế hoạch thực hiện Toàn bộ nội dung của luận văn được thực hiện trong 6 tháng kể từ ngày có quyết định. Kế hoạch thực hiện được cụ thể như sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 5 STT Nội dung nghiên cứu Luận văn thạc sỹ Thời gian Ghi thực hiện chú Nghiên cứu tổng quan về tiềm năng ngăng lượng tái 1 1 tháng tạo tại tỉnh Ninh Bình Tìm hiểu về tiềm năng năng lượng gió tại tỉnh Ninh 2 1 tháng Bình Tìm hiểu về các hệ thống phát điện sức gió và lựa 3 1 tháng chọn loại hệ thống ứng dụng 4Xây dựng mô hình toán của đối tượng điều khiển 1 tháng 5Thiết kế điều khiển hệ thống phát điện sức gió 1 tháng 6 Hoàn thiện luận văn 1 tháng Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 6 Luận văn thạc sỹ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI TỈNH NINH BÌNH 1.1. Sự phát triển của phụ tải, định hướng phát triển quy hoạch điện tỉnh Ninh Bình Ninh Bình được biết đến là một tỉnh phát triển tiềm năng du lịch rất lớn, bên cạnh đó thì Ninh Bình cũng được biết đến các sản phẩm công nghiệp chủ lực truyền thống (như: xi măng, clanhke, sắt thép,...), ngoài những ngành công nghiệp truyền thống và mũi nhọn, những năm gần đây tỉnh Ninh Bình còn tập trung xúc tiến, thu hút kêu gọi đầu tư phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, ngành công nghệ cao, như: sản xuất linh kiện điện tử, sản xuất lắp ráp ô tô, công nghiệp phụ trợ... Cùng với quy hoạch, phát triển nhanh của các thành phố và các huyện thị thì việc quy hoạch điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải của tỉnh luôn được quan tâm hàng đầu. ( Theo báo cáo tổng kết hàng năm của Điện lực Ninh Bình) Năm Sản lượng điện thương phẩm ( Triệu kWh) 2016 1.890 2017 2.004,081 2018 2.258,8 2019 2.411,539 Ghi chú Bảng 1. Sản lượng điện thương phẩm tỉnh Ninh Bình từ năm 2016 -2019 Qua bảng số liệu ta thấy rõ phụ tải của tỉnh Ninh Bình tăng trưởng phát triển hàng năm khoảng 6-12%/năm Về nguồn điện: Hiện nay trên địa bàn tỉnh Ninh Bình có 01 nhà máy nhiệt điện (Công ty cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình) Nhà máy được xây dựng trong những năm đầu của thập kỷ 70, với 4 tổ máy, tổng công suất là 100 MW. (Với năm 2019 sản lượng điện với công suất tối đa của nhà máy sản xuất đạt: 645,304 triệu kWh, chưa tính tổn thất, theo đó mới đáp ứng khoảng 1/4 nhu phụ tải của tỉnh). Nguồn điện còn lại cung cấp chính cho tỉnh Ninh Bình lấy từ 2 nhà máy Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 7 Luận văn thạc sỹ thủy điện lớn của Việt Nam là Nhà máy thủy điện Hòa Bình và Nhà máy thủy điện Sơn La thông qua trạm biến áp 500kV Nho Quan và các trạm biến áp 110/220kV đặt trên địa bàn tỉnh Về số lượng trạm biến áp ( TBA) và dung lượng máy biến áp ( MBA) như sau: Hiện nay trên địa bàn tỉnh có 01 trạm biến áp 500kV với công suất (Với dung lượng MBA 500kV là: 1500 MVA); 01 trạm biến áp 220kV ( tổng dung lượng MBA 220kV là 500MVA) và 15 trạm biến áp 110kV với 27 máy biến áp 110kV ( Tổng công suất đặt các trạm 110kV là 812,5MVA). Về quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035: Các hạng mục đường dây và trạm biến áp trong Quy hoạch phát triển lưới điện sẽ được thực hiện theo các giai đoạn cụ thể. Đối với trạm biến áp, giai đoạn 2016-2020, xây dựng mới 01 và mở rộng quy mô 01 trạm biến áp 220/110kV, xây dựng mới 08 và nâng cấp 06 trạm biến áp 110kV. Giai đoạn 2021-2025, xây mới 01 và cải tạo, mở rộng 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng mới 04 và cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 06 trạm biến áp 110kV. Giai đoạn 2026-2030, cải tạo 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng mới 04 và cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 11 trạm biến áp 110kV. Giai đoạn 2031-2035, cải tạo và mở rộng 03 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng mới 02 và cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 15 trạm biến áp 110kV đồng thời xây dựng mới hơn 1.705 trạm biến áp lưới điện trung thế, cải tạo, nâng công suất 1.534 trạm biến áp lưới điện trung thế. Đối với phát triển năng lượng tái tạo sẽ xây dựng 01 nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải của các nhà máy xi măng với tổng công suất lắp đặt 10 MW, 01 nhà máy sinh khối quy mô 6 MW. (Theo Quyết định số 1235/QĐ-BCT của Bộ Công thương về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035; Nguồn http://congthuong.ninhbinh.gov.vn). 1.2. Thực trạng nguồn năng lượng tái tạo đang sử dụng tại khu vực tỉnh Ninh Bình 1.2.1. Năng lượng mặt trời Tiềm năng năng lượng mặt trời có thể khai thác được căn cứ vào bức xạ mặt trời. Việt Nam là khu vực có bức xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn và ổn Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 8 Luận văn thạc sỹ định, đặc biệt là các khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung và miền Nam, Đồng bằng sông Cửu Long. Tính trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4-5kWh/m2 mỗi ngày. Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên thì được coi là có tiềm năng để khai thác sử dụng. Ngày 06 tháng 4 năm 2020, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam áp dụng, theo số liệu cập nhật mới nhất đến 06/2019 cho biết, hiện có 82 nhà máy điện mặt trời hòa lưới điện Quốc gia, với tổng công suất khoảng 4.464 MW. Theo thống kê chung về số giờ nắng trên cả nước, khu vực phía Bắc có khoảng 1.800 – 2.100 giờ nắng mỗi năm. Con số này ở các tỉnh ở phía Nam là 2.000 – 2.600 giờ nắng. Qua đó ta thấy đối với Việt Nam, tiêu chí này phù hợp với nhiều vùng, nhất là các tỉnh phía Nam, còn đối với các tỉnh phía Bắc trong đó có tỉnh Ninh Bình. Cường độ bức xạ mặt trời chỉ đạt mức cao vào mùa Hè, còn trong các tháng mùa Thu – Đông - Xuân cường độ bức xạ mặt trời thấp, những ngày không có nắng thì lượng điện sản xuất sẽ giảm. Tỉnh Ninh Bình cũng như các tỉnh thành phía Bắc cũng đang đẩy mạnh phát triển năng lượng điện mặt trời áp mái tuy nhiên đây chỉ có quy mô nhỏ và quy mô hộ gia đình, chưa khả thi với các dự án đầu tư quy mô lớn. Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 9 Luận văn thạc sỹ Hình 1.1: Biểu đồ công suất và phân bổ các dự án điện mặt trời tại Việt Nam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 10 Luận văn thạc sỹ Hình 1.2: Minh họa chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng 1.2.2. Thủy điện Ở Việt Nam, thủy điện lâu nay vẫn được xem là nguồn năng lượng sạch, chi phí sản xuất thấp. Ngoài mục tiêu phát điện, các nhà máy thủy điện còn có nhiệm vụ cắt và chống lũ cho hạ du trong mùa mưa bão, đồng thời cung cấp nước phục vụ sản xuất và nhu cầu dân sinh trong mùa khô. Tuy nhiên nhược điểm của thủy điện là phụ thuộc rất lớn vào thời tiết, các dự án thủy điện thường cần có hồ chứa lớn nên chiếm rất nhiều diện tích đất đai. Thêm nữa, một số hệ thống thủy điện đã và đang bộc lộ những ảnh hưởng không tốt đến môi trường và co thể có khả năng gây nên một số hiện tượng thiên tai (chưa khẳng định). Chưa kể thực tế, tới nay, hầu hết các dự án thủy điện lớn có công suất trên 100 MW và các dự án có vị trí thuận lợi, chi phí đầu tư thấp đã được triển khai. Trong thời gian tới, chỉ có thể khai thác các dự án thủy điện công suất nhỏ với chi phí đầu tư cao. Về địa hình tỉnh Ninh Bình nằm trong vùng tiếp giáp giữa vùng Đồng bằng sông Hồng với dải đá trầm tích phía Tây và nằm ở điểm mút của cạnh đáy tam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 11 Luận văn thạc sỹ giác châu thổ sông Hồng, tiếp giáp với biển Đông nên địa hình bao gồm 3 vùng rõ rệt: Vùng đồi núi, vùng đồng bằng và vùng ven biển. Tuy tỉnh có địa hình đồi núi nhưng do tính chất địa hình và dòng chảy của các sông, suối không ưu đãi cho việc phát triển thủy điện tại tỉnh Ninh Bình. Nên việc khai thác nguồn thủy điện tại tỉnh gần như không khả quan để có thể phát triển nguồn năng lượng này 1.2.3. Điện gió 1.2.3.1. Tìm hiểu về năng lượng gió Cụm từ năng lượng gió có thể miêu tả là quá trình gió được sử dụng để tạo ra năng lượng cơ học hay năng lượng điện. Tua bin gió chuyển hóa năng lượng gió thành cơ năng. Cơ năng có thể được dùng để sử dụng cho các nhiệm vụ khác nhau như (xay hoặc nghiền ngũ cốc, bơm nước), hoặc chúng có thể được chuyển hóa để tạo ra điện. Năng lượng gió là một nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo. Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại. Theo Bản đồ gió toàn cầu ước tính, hơn 39% diện tích của Việt Nam có tốc độ gió trung bình hàng năm trên 6 độ cao của trục cánh quạt tua bin (m/s) ở độ cao 65 m và hơn 8% diện tích đất liền của Việt Nam có tốc độ gió trung bình hàng năm trên 7 m/s. Điều này tương ứng với tiềm năng tài nguyên gió là 512 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 12 Luận văn thạc sỹ công suất (GW) và 110 GW. Tính đến yếu tố hạn chế về sử dụng đất, ngoại trừ các khu vực núi có độ dốc hơn 30%, các không gian gián đoạn có diện tích dưới 1 km² và các khu vực có khả năng tiếp cận lưới điện trong phạm vi 10 km, tiềm năng kỹ thuật của điện gió trên bờ vào khoảng 42 GW phù hợp triển khai dự án điện gió quy mô lớn. Hình 1.3: Bản đồ tài nguyên gió khu vực phía Bắc của Việt Nam Ý nghĩa của màu sắc trên bản đồ đối với các vùng thuộc miền Bắc của Việt Nam được mô tả như sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 13 Luận văn thạc sỹ 1.2.3.2. Sự phát triển Điện gió tại Việt Nam Với mục tiêu tạo điều kiện và cơ chế tối đa cho việc phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là nguồn điện gió có tiềm năng và khả năng khai thác lớn nhất. Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số: 37/QĐ-TTg, ngày 29/6/2011, về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam, trong đó yêu cầu cần thiết phải thiết lập quy hoạch phát triển điện gió cấp quốc gia và các tỉnh có tiềm năng phát triển điện gió. Một trong các nhiệm vụ của công tác lập quy hoạch là phải đánh giá được tiềm năng lý thuyết, tiềm năng kỹ thuật của nguồn điện gió. Tuy nhiên, cũng như trường hợp của nhiều nước đang phát triển, việc đánh giá tiềm năng gió với độ tin cậy cao tại Việt Nam chưa được tiến hành, mặc dù đã có những đánh giá ban đầu của các tổ chức, đơn vị ở các mức độ khác nhau về tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam. Nghiên cứu của EVN về “Đánh giá tài nguyên gió cho sản xuất điện” là nghiên cứu chính thức đầu tiên về tài nguyên năng lượng gió của Việt Nam. Theo đó, dữ liệu gió sẽ được đo đạc cho một số điểm lựa chọn. Sau đó sẽ ngoại suy lên thành dữ liệu gió mang tính đại diện khu vực, bằng cách lược bỏ tác động của độ nhám bề mặt, sự che khuất do các vật thể như các tòa nhà và sự ảnh hưởng do địa hình. Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 14 Dữ liệu gió mang tính khu vực này sau đó được sử dụng để tính toán dữ liệu gió tại điểm khác bằng cách áp dụng quy trình tương tự, nhưng theo chiều ngược lại. Trên cơ sở dữ liệu đó, đề án còn xem xét đến các yếu tố ảnh hưởng (khoảng cách đấu nối với hệ thống điện, địa hình, khả năng vận chuyển thiết bị, sự chấp nhận của cộng đồng và các vấn đề liên quan đến sử dụng đất và môi trường…). Tập đoàn Điện lực Quốc gia Việt Nam đã triển khai đưa vào hoạt động thương mại ba trụ điện gió đầu tiên của dự án điện gió Đầm Nại tỉnh Ninh Thuận; Điện gió Đầm Nại dự kiến hàng năm sẽ cung cấp 110 triệu Kwh điện cho lưới điện quốc gia. Mặc dù vậy, hiện Việt Nam mới đưa vào vận hành khoảng 8 dự án, tổng công suất khoảng 377 MW công suất điện gió đi vào vận hành, đang xây dựng khoảng 10 dự án, tổng công suất khoảng 1.400MW. Đây vẫn còn là con số hạn chế so với tiềm năng, nhất là khi Chính phủ Việt Nam đã có nhiều chính sách ưu đãi cho điện gió. Bảng 1.2: Tiềm năng kỹ thuật năng lượng gió tại Việt Nam STT Miền Tiềm năng kỹ thuật (MW) 1 Bắc 50 2 Trung 880 3 Nam 855 Tổng cộng 1.785 Các dự án điện gió tại Việt Nam như: + Dự án điện gió Tuy Phong - Bình Thuận: Công ty Cổ phần năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) phát triển với tổng mức đầu tư khoảng 1.450 tỷ đồng và công suất 120MW bao gồm 80 tuabin điện gió 1,5MW. Giai đọan 1 đã hòan thành vào năm 2011 với 20 tuabin hiện đang hoạt động khá tốt. + Dự án điện gió Bạc Liêu: Công ty TNHH Xây Dựng – Thương mại & Du Lịch Công Lý phát triển với tổng mức đầu tư khoảng 5.300 tỷ đồng và công suất 99.2MW. Hiện nay đã hòan thành giai đoạn 1 của dự án với 10 turbin gió, công Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 15 suất mỗi tuabin là 1.6MW. Giai đoạn 2 đã bắt đầu khởi công vào tháng 8/2013 với tổng cộng 52 turbin gió. + Dự án điện gió Phú Quý - Bình Thuận: Tổng công ty Điện lực dầu khí Việt Nam đầu tư với công suất 6MW sử dụng tuabin loại 2,0MW. + Dự án điện gió Phương Mai: Công ty cổ phần Phong điện Phương Mai đầu tư đã được chính thức khởi công tại Bình Định vào đầu tháng 4 năm 2012. Công suất giai đoạn 1 là 30MW gồm 12 tuabin điện gió loại 2,5MW, công suất giai đoạn 2 là 75MW và công suất giai đoạn 3 là 100 MW. + Dự án điện gió Phú Lạc: Công ty Bình Thuận Wind Power JSC đầu tư với công suất 24MW gồm 16 tuabin 1,5MW. + Dự án điện gió An Phong: Công ty Thuận Phong Energy Development JSC đầu tư với tổng công suất 180MW a) b) Hình 1.4: Hình ảnh một số hệ thống điện gió tại Việt Nam a) Điện gió Bạc Liêu; b) Điện gió Bình Thuận 1.2.3.3. Tiềm năng phát triển điện gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Tỉnh Ninh Bình có khí hậu nhiệt đới, gió mùa. Thời tiết hàng năm chia làm 4 mùa rõ rệt là Xuân, Hạ, Thu, Đông. Tốc độ gió, hướng gió thu thập được hàng năm ( 2010- 2015) tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình ta có số liệu tổng hợp từng tháng như sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 16 Luận văn thạc sỹ - Tháng 1: Gió thịnh hành là Đông đến Đông bắc. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (2,0m/s), tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (3,0m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 7 (14m/s) - Tháng 2: Gió thịnh hành là Đông. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (2,6m/s), tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (3,5m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 5 (10m/s) - Tháng 3: Gió thịnh hành là Đông. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (2,9m/s), tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (3,7m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 5 (10m/s) - Tháng 4: Gió thịnh hành là Đông. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (3,2m/s), tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (3,7m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 5 (10m/s) - Tháng 5: Gió thịnh hành là Đông và Đông nam. Tốc độ gió trung bình cấp 3 (3,6) m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (3,7m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 6 (13 m/s) - Tháng 6: Gió thịnh hành là Nam. Tốc độ gió trung bình cấp 3 (3,4) m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (4,7m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 7 (15m/s) - Tháng 7: Gió thịnh hành là Đông nam và Nam đông nam. Tốc độ gió trung bình cấp 3 (4,0) m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 4 (5,6m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 7 (15m/s) - Tháng 8: Gió thịnh hành là Đông nam và Nam đông nam. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (2,5) m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 3 (4,0m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 6 (13m/s) - Tháng 9: Gió thịnh hành là Đông, đông nam. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (2,4) m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 2 (3,3m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 7 (17m/s) - Tháng 10: Gió thịnh hành là Đông, Đông bắc. Tốc độ gió trung bình cấp 2 (2,3) m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình cấp 2 (3,0m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 7 (14m/s) Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 17 Luận văn thạc sỹ - Tháng 11: Hướng gió thịnh hành là Đông. Tốc độ gió trung bình đạt 2,3m/s, tốc độ gió thịnh hành trung bình đạt 2,8m/s. Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 5 (8 m/s). - Tháng 12: Gió thịnh hành là Bắc và Bắc đông bắc. Tốc độ gió trung bình đạt cấp 2 (2,3m/s), tốc độ gió thịnh hành trung bình đạt cấp 2 (2,5m/s). Tốc độ gió mạnh nhất đạt cấp 6 (12 m/s). Bảng 1.3: Bảng số liệu tốc độ gió trong năm tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Tốc độ gió trung bình (m/s) Tốc độ gió mạnh nhất (m/s) 1 3 14 2 3.5 10 3 3.7 10 4 3.7 10 5 3.7 13 6 4.7 15 7 5.6 15 8 4 13 9 3.3 17 10 3 14 11 2.8 8 12 2.5 12 Tháng (Nguồn: Báo cáo tổng hợp thời tiết trên biển khu vực tỉnh Ninh Bình của đài khí tượng thủy văn Ninh Bình) Qua bảng số liệu gió ta thấy tốc độ gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình với tốc độ gió trung bình cả năm gần 4 m/s ( Với các trạm phát điện dùng sức gió có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s tùy theo từng loại máy phát điện). Tuy tốc độ gió trung bình tính cả năm không đạt hiệu suất tối đa nhưng đặc biệt đối với các tháng cao điểm nắng nóng vào mùa hè thì với tốc độ gió lớn nhất thì công suất của các tua bin sẽ đạt mức tốt nhất cung cấp một phần điện năng cho Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 18 Luận văn thạc sỹ nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của tỉnh, làm giảm áp lực cung cấp điện cho các nhà máy nhiệt điện, thủy điện. Cùng với các chính sách hỗ trợ phát triển các nguồn năng lượng sạch của Chỉnh phủ, các sở ban ngành chức năng tỉnh cũng đang thực hiện đánh giá lại thực trạng phát triển nguồn điện gồm nhiệt điện, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối; đánh giá tiềm năng phát triển điện trên địa bàn tỉnh đến năm 2030, định hướng đến năm 2045. Từ đó, tích hợp vào Quy hoạch tỉnh Ninh Bình thời kỳ 2021- 2030 và Quy hoạch điện VIII của quốc gia. Việc quy hoạch, ưu tiên phát năng lượng tái tạo, năng lượng sạch mà Ninh Bình tạo điều kiện thuận lợi để huy động vốn từ các thành phần kinh tế, khai thác lợi thế so sánh về tài nguyên gió, đất đai. Từ đó, góp phần đầu tư phát triển ngành công nghiệp điện gió, tăng thêm nguồn điện góp phần bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia... 1.3. Kết luận chương 1 Sự phát triển năng lượng sạch (năng lượng tái tạo) nói chung và năng lượng gió nói riêng được đánh giá là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội, năng lượng gió giúp phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng. Từ việc tìm hiểu về tiềm năng gió trên địa bàn ven biển tỉnh Ninh Bình cho thấy sức gió cả bốn mùa không chênh lệch nhau nhiều, vì vậy nếu sử năng lượng gió để phát điện thì nguồn năng lượng này khá ổn định và sẽ góp phần cải tạo môi trường. Vì vậy đề tài sẽ nghiên cứu một phần trong cấu trúc tổng thể của hệ thống phát điện sức gió để góp phần vào việc phát triển loại hình năng lượng này trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 19 Luận văn thạc sỹ CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ ỨNG DỤNG VÀO VÙNG VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH 2.1. Khái quát về hệ thống năng lượng gió và lựa chọn đối tượng điều khiển Ngày nay, với xu hướng tăng phần đóng góp của các turbine gió trong việc cung cấp điện năng ở mỗi quốc gia trên thế giới, đã hình thành các “Wind farm” gồm nhiều turbine gió nối mạng với nhau. Các “Wind farm” có thể được xây dựng trên đất liền, hoặc xây dựng trên các vùng biển “Offshore” như hình 2.1. Tổng công suất mà các “Wind farm” tạo ra có thể lên đến hàng trăm MW. Do đặc thù thời tiết ở Việt nam làm cho lưới điện dễ mất ổn định, dễ xẩy ra sự cố nên đề tài quan tâm nhiều đến xây dựng thuật toán điều khiển đảm bảo công suất phát ra của hệ thống được lớn nhất, bám lưới khi xảy ra sự cố. Hình 2.1: Hình ảnh một hệ thống điện gió trên biển (Wind farm) Hiện nay các nước trên thế giới sử dụng các hệ thống máy phát (MF) điện sức gió với 2 kiểu turbine: Turbine trục đứng và trục ngang, mỗi loại đều có những ưu nhược điểm nhất định chẳng hạn như kiểu turbine trục đứng có mô Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 20 men xoắn lớn nên không phù hợp đặt ở trên cao, vì vậy chỉ đặt ở những vị trí thấp và có tốc độ gió nhỏ dẫn đến thường có công suất vừa và nhỏ. Với turbine kiểu trục ngang sẽ khắc phục được nhược điểm trên của turbine trục đứng nhưng nhược điểm là chi phí xây dựng lắp đặt cao. Chính vì vậy tùy vào điều kiện thực tế mà người ta lựa chọn kiểu turbine trục đứng hay trục ngang cho phù hợp. Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về hệ thống máy phát điện sức gió với các cấu trúc rất đa dạng, nhưng có thể khái quát sự phát triển các loại máy phát điện sức gió hiện nay như hình 2.2. Hệ thống phát điện sức gió Máy phát một chiều Máy phát xoay chiều Máy phát xoay chiều 1 pha Máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu (hình 1.3) Máy phát không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc (hình 2.3) Máy phát xoay chiều 3 pha Máy phát không đồng bộ Máy phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép (hình 2.4) Hình 2.2: Các cấu trúc của hệ thống phát điện sức gió trong thực tế Cấu trúc hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy phát đồng bộ 3 pha kích thích vĩnh cửu và không đồng bộ 3 pha rotor lòng sóc như hình 3.3. Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình