Tài liệu Thiết kế và kết nối lưới nhà máy phong điện đàm nại tỉnh ninh thuận

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH THIẾT KẾ VÀ KẾT NỐI LƯỚI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI TỈNH NINH THUẬN Học viên: Lương Thế Khang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Năng lượng luôn là vấn đề đặt biệt quan tâm đối với các nước đang phát triển, Việt nam là quốc gia cũng không nằm ngoài xu thế này. Quá trình phát triển nguồn điện ưu tiên các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng gió thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà đầu tư. Việt nam là quốc gia có nhiều tiềm năng vế năng lượng gió, đặc biệt là khu vực duyên hải miền trung việt nam. Đầu tiên, Luận văn này trình bày về nghiên cứu khảo sát tiềm năng năng lượng gió tại tỉnh Ninh thuận cụ thể là khu vực Đầm Nại, đồng thời tính toán, thiết kế, lựa chọn công suất nhà máy Đầm Nại và trình bày kỹ thuật công nghệ nhà máy. Cuối cùng, Luận văn này trình bày việc sử dụng công cụ phần mềm Etap để mô phỏng, phân tích, tính toán các chế độ vận hành khi kết nối Nhà máy điện gió Đầm Nại vào lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận từ đó phân tích vai trò của nhà máy trong việc ổn định lưới điện khu vực . Từ khóa – Năng lượng gió, tiềm năng gió tỉnh Ninh Thuận, thuật toán điều khiển tua bin gió, yêu cầu kết nối lưới của nhà máy điện gió, kết nối lưới điện khu vực. DESIGN AND CONNECTING ĐẦM NẠI WIND POWER PLANT TO ELECTRICITY DISTRIBUTION GRID IN NINH THUAN PROVINCE Abstract – Energy is always a matter of particular concern for developing countries. Vietnam is a country not out of this trend. Development of sources, the renewable energy is priority. The new sources of energy, including wind energy, have attracted the attention of investors. Vietnam has a great potential for wind energy, especially in the central coastal region of Vietnam. Firstly, This thesis presents a study on the potential of wind power in Ninh Thuan province - Dam Nai area specifically. In addition, calculation, design Dam Nai factory capacity selection, and presentation of Dam Nai wind turbine technology. Finally, This thesis presents the use of the Etap software tool to simulate, analyze and calculate operating modes when connecting Mui Dinh wind power plant to the distribution grid of Ninh Thuan province. Solutions for efficient operation of the distribution network of Ninh Thuan province. It then analyzes the role of the plant in stabilizing the regional grid. Key words - Wind power, wind potential in Ninh Thuan Province, wind turbine control algorithms, grid connection requirements of wind power plants, regional grid connection. MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục tiêu nguyên cứu ...................................................................................... 1 3. Đối tượng nguyên cứu và phạm vi nguyên cứu ............................................. 1 4. Bố cục của luận văn........................................................................................ 2 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ ......................4 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM ..................4 1.1.1 Tiềm năng về năng lượng gió trong nước..................................................4 1.1.1.1 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo tốc độ gió và độ cao. .......10 1.1.1.2 Đánh giá tiềm năng năng lượng gió theo mật độ năng lượng gió. ...11 1.1.2 Một số dự án điện gió đã và đang triển khai............................................12 1.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG GIÓ.[2] ................................13 1.2.1 Tốc độ và hướng gió. ...............................................................................13 1.2.2 Số liệu gió, cột đo gió và hướng gió. .......................................................14 1.2.3 Áp dụng định luật Betz trong tính toán năng lượng gió và thiết kế cánh quạt. ...........................................................................................................16 CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG GIÓ NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI .......................................................................................................21 2.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI .21 2.1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy ....................................................................21 2.1.2 Quy mô dự án ..........................................................................................21 2.1.3 Hình thức thực hiện dự án .......................................................................21 2.2 CÁC SỐ LIỆU KHẢO SÁT CỦA PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI. .........................21 2.2.1 Đánh giá tiềm năng gió của khu vực. ......................................................22 2.2.1.1 Tiềm năng gió khu vực tỉnh Ninh Thuận. ........................................22 2.2.1.2 Tiềm năng gió tại khu vực dự án. .....................................................25 2.2.2 Phân tích số liệu gió. ................................................................................26 2.2.2.1 Số liệu gió. ........................................................................................26 2.2.2.2 Thiết bị đo. ........................................................................................29 2.2.2.3 Vận tốc trung bình tháng. .................................................................30 2.2.2.4 Bản đồ vận tốc theo độ cao. ..............................................................31 2.2.2.5 Mật độ không khí. .............................................................................32 2.2.2.6 Mức độ nhiễu loạn không khí. ..........................................................32 2.2.2.7 Phân loại gió. ....................................................................................33 2.2.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy. ......................................................33 2.2.3.1 Đặc điểm chung. ...............................................................................33 2.2.3.2 Lượng mưa. ......................................................................................35 2.2.3.3 Nhiệt độ không khí ...........................................................................35 2.2.3.4 Độ ẩm không khí. .............................................................................36 2.2.3.5 Các thông số về gió, bão. ..................................................................36 2.2.3.6 Mức độ ăn mòn trong không khí. .....................................................38 2.3 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY.............................................................39 2.3.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy. ...........................................................39 2.3.2 Lựa chọn công suất tua bin ......................................................................39 2.3.2.1 Gam công suất hiện nay và xu hướng trong tương lai. ....................39 2.3.2.2 Tiêu chí lựa chọn gam công suất tua bin. .........................................40 2.3.2.3 Lựa chọn gam công suất ...................................................................41 2.3.3 Phương án bố trí tua bin và lựa chọn tua bin ...........................................41 2.3.3.1 Nguyên tắc bố trí tua bin ..................................................................41 2.3.3.2 Lựa chọn loại tua bin và thông số kỹ thuật ......................................42 CHƯƠNG 3. VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ ..........44 3.1 MÔ TẢ VỀ MÁY PHÁT DFIM (DOUBLY FED INDUCTION MACHINE) HÃNG GAMESA. ....................................................................................................44 3.1.1 Cấu trúc phần cứng DFIM và nguyên lý làm việc...................................44 3.1.2 Kỹ thuật công nghệ kết nối lưới. .............................................................46 3.1.3 Điều khiển công suất vô công (Q). ..........................................................47 3.1.4 Điều khiển công suất hữu công (P)..........................................................47 3.1.5 Điều khiển tần số. ....................................................................................48 3.1.6 Điều khiển xa. ..........................................................................................49 3.2 ĐẶC TÍNH VÀ MÔ TẢ CHUNG VỀ TUABINE GIÓ 2,625 MW HÃNG GAMESA. .................................................................................................................49 3.2.1 Mô tả thiết bị trong Nacelle. ....................................................................49 3.2.1.1 Nắp chụp. ..........................................................................................49 3.2.1.2 Khung. ..............................................................................................49 3.2.1.3 Trục chính. ........................................................................................49 3.2.1.4 Hộp số. ..............................................................................................49 3.2.1.5 Hệ thống xoay chỉnh hướng đón gió (Yaw system). ........................50 3.2.1.6 Hệ thống thắng..................................................................................50 3.2.1.7 Hệ thống thủy lực. ............................................................................50 3.2.1.8 Máy phát. ..........................................................................................50 3.2.1.9 Máy biến thế. ....................................................................................51 3.2.1.10 Các tủ điều khiển và tủ công suất. ..................................................51 3.2.2 Rotor. .......................................................................................................51 3.2.2.1 Cánh quạt. .........................................................................................51 3.2.2.2 Ổ đỡ cánh quạt. .................................................................................52 3.2.2.3 Hub. ..................................................................................................52 3.2.2.4 Cone. .................................................................................................52 3.2.2.5 Hệ thống thủy lực xoay cánh quạt. ...................................................52 3.2.3 Tháp và nền móng....................................................................................52 3.2.4 Hệ thống điều khiển. ................................................................................53 3.2.5 Hệ thống dự báo bão dưỡng.....................................................................54 3.2.6 Hệ thống tích hợp điều khiển xa. .............................................................54 3.2.7 Sensor.......................................................................................................55 3.3 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KHÁC .............................................................................55 3.3.1 Kết lưới. ...................................................................................................55 3.3.2 Các thông số kỹ thuật. .............................................................................55 3.4 HỆ THỐNG CONVERTER. ..............................................................................58 3.5 HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT. ................................................................59 3.5.1 Mô tả ........................................................................................................59 3.5.2 Vùng bảo vệ .............................................................................................60 3.5.3 Các đường thoát của sét ...........................................................................61 3.6 CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN. .................................................................62 3.6.1 Mô tả chung. ............................................................................................62 3.6.2 Điều khiển góc cánh quạt (Pitch).............................................................66 3.6.3 Điều khiển Công suất...............................................................................67 3.6.3.1 Giới hạn công suất ............................................................................69 3.6.3.2 Điểm đặt công suất P ........................................................................69 3.6.3.3 Derated mode by Wind .....................................................................69 3.6.4 Điều khiển tốc độ .....................................................................................70 3.6.5 Thuật toán giảm tiếng ồn. ........................................................................72 3.6.6 Điều khiển khởi động và dừng máy. ........................................................73 3.6.6.1 Khởi động .........................................................................................73 3.6.6.2 Dừng máy .........................................................................................74 3.6.7 Logic điều khiển Yaw và cáp ..................................................................74 3.6.7.1 Điều khiển hướng gió (Yaw) ............................................................74 3.6.7.2 Điều khiển cáp. .................................................................................75 CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC ...............................................................76 4.1 HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC. ...........................................................76 4.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực ..........................................................................76 4.1.2 Khả năng đáp ứng phụ tải của lưới điện tỉnh Ninh Thuận ......................76 4.2 PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN NHÀ MÁY. ..............................................77 4.3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC VỚI ỨNG DỤNG ETAP. ...........................................................................................................78 4.3.1 Chế độ vận hành của lưới điện phân phối khu vực khi chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại. ...............................................................................78 4.3.1.1 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực. ................................................78 4.3.1.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu. ............................................81 4.3.1.3 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại. .............................................87 4.3.1.4 Phân tích chế độ vận hành khi chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại. ...........................................................................................92 4.3.2 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Đầm Nại ứng với từng chế độ tải của lưới điện Ninh Thuận. ................................................................94 4.3.2.1 Phân tích trường hợp khi nhà máy phong điện Đầm Nại phát cực đại. ..........................................................................................................95 4.3.2.2 Phân tích trường hợp khi nhà máy phong điện Đầm Nại phát cực tiểu. ....................................................................................................98 4.3.2.3 Phân tích tổn thất công suất, điện áp các nút 110kV ứng với các chế độ mô phỏng....................................................................................102 4.3.3 Phân tích các trường hợp sự cố. .............................................................104 4.3.3.1 Các qui định kết lưới về tần số và điện áp đối với nhà máy điện gió 104 4.3.3.2 Xét trường hợp sự cố trên đường dây 22kV kết nối nhà máy điện Đầm Nại đến trạm Ninh Hải ( TH1) ...............................................105 4.3.3.3 Xét trường hợp sự cố trên đường dây 110kV kết nối từ trạm Tháp Chàm 2 đến trạm 110kV Ninh Hải (TH2). .....................................113 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO). BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU f Tần số của dòng điện và điện áp (Hz) U điện áp (V) I Dòng điện (A) P Công suất tác dụng (W) Q Công suất phản kháng (VAr) n Tốc độ (v/p) Kn Hải lý trên giờ. THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT MBA AC DC DFIG DFIM FSIG CCU GSC MSC PLC HMI pu WECS WTG VSC WF CCW PF SMP Un rms Fn HV MV LV IEC LPL LPS LPZ SPD Alternating Ccurent Direct Curent Doubly Feb Induction Gennerrator Doubly-Fed Induction Machine Fixed Speed Induction Generator Central Control Unit Grid side Converter Machine Side Converter Programmable Logic Controller Human Machine Interface Per Unit Wind Energy Conversion Systems Wind Turbine Generator Voltage Source Converter Wind Farms Counterclockwise Power Factor Maintenance Prediction System Grid Normal Voltage Root mean square Grid frequency High Voltage Medium Voltage Low Voltage International Electrotechnical Commission Lighting protection level Lighting protection System Lighting protection Zone Surge Protection Device Máy biến áp. Dòng điện xoay chiều. Dòng điện một chiều. Máy phát cảm ứng nguồn kép. Máy phát không đồng bộ nguồn kép. Máy phát cảm ứng vận tốc cố định. Bộ điều khiển trung tâm. Bộ chuyển đổi phía lưới. Bộ chuyển đổi phía máy phát. Bộ lập trình điều khiển. Giao diện người dùng. Đơn vị tương đối. Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió. Máy phát tuabin gió. Bộ chuyển đổi nguồn áp. Trang trại gió. Chiều kim đồng hồ. Hệ số công suất. Hệ thống dự đoán bão dưỡng. Điện áp lưới định mức. Trị số hiệu dụng. Tần số lưới. Điện cao áp. Điện trung áp. Điện áp thấp. Hiệp hội tiêu chuẩn quốc tế. Mức bảo vệ chống sét. Hệ thống bảo vệ chống sét. Vùng bảo vệ chống sét. Thiết bị bảo vệ xung. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 Tên bảng Trang Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất. So sánh vận tốc gió trung bình của EVN và Bản đồ thế giới. Tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió tại Việt Nam. Phân bố tài nguyên gió ở độ cao 80m Tổng hợp các dự án điện gió đã và đang triển khai Cấp gió Beaufort Khu vực tiềm năng phát triển năng lượng gió tại Tỉnh Ninh Thuận Quy hoạch khu vực tiềm năng dự án điện gió Tỉnh Ninh thuận năm 2011-2020, tầm nhìn đến năm 2030 [5] Thống kê số liệu trung bình tháng Thống kê tốc độ lớn nhất Phan Rang từ năm 1994 đến 2014 Thống kê tốc độ lớn nhất Phan Rang từ năm 1994 -2014 của NASA Thống kê số liệu gió trung bình tháng. Các đặc trưng lượng mưa tháng, năm (mm). Các đặc trưng nhiệt độ không khí tháng, năm (0C). Các đặc trưng độ ẩm tương đối không khí tháng, năm (%). Tốc độ gió trung bình các tháng trong năm (m/s). Tần suất lặng gió (PL%) tần suất (P%) trung bình năm. Tần suất lặng gió (PL%) tần suất (P%) và vận tốc gió (V m/s) trung bình theo 8 hướng. Các cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến vùng biển Ninh Thuận-Bình Thuận. Gam công suất từ 2,0 – 3 MW của một số nhà sản xuất Bảng thông số kỹ thuật tua bin của dự án Đầm Nại Số liệu phụ tải ngày của tỉnh Ninh Thuận Thông số các nguồn trên lưới khu vực Kết quả tổn thất trên các đường dây và trạm biến áp . Phân bố tải tại các nút khi tải cực tiểu và chưa kết nối Đầm Nại Thông tin tổng quát khi tải cực tiểu và chưa kết nối Đầm Nại Thống kê điện áp các nút khi tải cực tiểu và chưa kết nối Đầm Nại. Phân bố tải trên các đường dây khi tải cực tiểu và chưa nối Đầm Nại. Thông số nhánh phụ tải khi tải cực tiểu và chưa kết nối Đầm Nại Thông số các nguồn khi tải cực tiểu và chưa nối Đầm Nại Phân bố tải tại các nút khi tải cực đại và chưa kết nối Đầm Nại 4 4 5 5 12 13 22 24 25 26 27 30 35 35 36 36 36 37 37 41 42 79 80 83 84 85 85 86 86 87 89 Số hiệu 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 Tên bảng Trang Tổn thất ĐZ và trạm biến áp khi tải cực đại và chưa nối Đầm Nại. Thông tin tổng quát khi tải cực đại và chưa kết nối Đầm Nại Thống kê điện áp các nút khi tải cực đại và chưa kết nối Đầm Nại. Phân bố tải trên các đường dây khi tải cực đại và chưa nối Đầm Nại. Thông số nhánh phụ tải khi tải cực đại và chưa kết nối Đầm Nại Thông số các nguồn khi tải cực đại và chưa nối Đầm Nại So sánh tổn thất công suất giữa các chế độ trên các phần tử lưới điện So sánh điện áp các nút trong các chế độ vận hành So sánh phân bố công suất khi Đầm Nại phát cực đại Số liệu tổng quan khi mô phỏng Đầm Nại phát cực đại kết lưới. Điện áp tại các nút khi Đầm Nại phát cực đại nối với các chế độ lưới So sánh phân bố công suất khi Đầm Nại phát cực tiểu. Số liệu tổng quan khi mô phỏng Đầm Nại phát cực tiểu kết lưới. Điện áp tại các nút khi Đầm Nại phát cực tiểu nối với các chế độ lưới So sánh tổn thất công suất và điện áp các nút giữa các chế độ. Yêu cầu đáp ứng của tua bin gió đối với điện áp và tần số lưới Bảng số liệu chi tiết thông số máy phát khi mô phỏng sự cố(TH1) Bảng ghi tốc độ Tuabin gió trong quá trình mô phỏng sự cố (TH1) Bảng số liệu chi tiết thông số máy phát khi mô phỏng sự cố(TH2). 90 90 91 91 92 92 93 93 97 97 98 101 101 102 102 104 108 109 116 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1 3.2 3.3 3.4 Tên hình Trang Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 60m Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80m Một số tỉnh có tiềm năng năng lượng gió trên bản đồ Việt Nam ở độ cao 80m [10] Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 100m Sơ đồ phân bố gió tốc độ trung bình ven bờ biển Việt Nam ở độ cao 10m và 100m tại các trạm khí tượng. Sơ đồ phân bố mật độ năng lượng gió trung bình theo mùa vùng ven bờ biển Việt Nam ở độ cao 100m Nguyên tắc cột đo gió và tua bin gió. Thiết diện cánh quạt, lực tác động F và lực cản Fc Chỉnh góc đón gió của quạt Dòng gió di chuyển vào cánh quạt Sự phân bố lực tác động F và cánh quạt với góc α ≤ 30 Sự phân bố lực tác động F vào cánh quạt với góc α ≤ 200 Địa điểm xây dựng nhà máy phong điện Đầm Nại Bản đồ tốc độ gió Ninh thuận so với với các tỉnh trong nước. Biểu đồ vận tốc gió theo tháng và theo ngày Biểu đồ vận tốc gió lớn nhất năm – Trạm khí tượng Phan rang Vận tốc gió trung bình năm Cột đo gió tại Dự án phong điện Đầm Nại Biểu đồ vận tốc gió theo tháng và theo ngày Biểu đồ tần suất phân bố theo vận tốc gió tại khu vực dự án Biểu đồ hoa gió theo tháng. Profile gió thay đổi theo độ cao. Đặc tuyến nhiễu loạn không khí (TI) gió khu vực so với tiêu chuẩn IEC. Hoa gió 8 hướng tại trạm khí tượng Phan Rang Cấu tạo tua bin gió Tua bin gió đặt hàng trên thế giới giai đoạn 2010-2025 Sơ đồ phần cứng của hệ thống tua bin gió Gamesa 2.0/2.1MW Vị trí Brake – chopper trong bộ chuyển đổi công suất (DC bus) Sơ đồ giải pháp điều chỉnh công suất phản kháng Sơ đồ điều khiển công suất hữu công P 6 7 8 9 10 11 15 18 19 19 19 20 21 25 26 27 28 29 30 31 31 32 32 34 39 40 44 46 47 48 Số hiệu 3.5 3.6 Tên hình Trang Đặc tuyến điều chỉnh tần số. Các bộ phận chính của Rotor Áp dụng quả cầu lăn (trái), thành phần thiết bị bảo vệ chống sét (phải). Đường đi của sét 48 51 63 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 4.1 4.2 4.3 4.4 Chức năng chính của hệ thống điều khiển tua bin gió, sơ đồ đơn giản Sơ đồ chi tiết của hệ thống điều khiển tua bin gió. Đặc tính đường công công suất tua bin gió model G126 Đường cong công suất tua bin gió Các vòng lặp điều khiển, sơ đồ đơn giản. Thuật toán chi tiết điều khiển góc cánh quạt. Quá trình Logic tính toán điện áp đến van tỉ lệ. Nguyên lý công suất - tốc độ Độ trễ công suất cực đại do nhiệt độ các thành phần. Điều chỉnh tốc độ cắt của tua bin gió trong chế độ Derated mode Sơ đồ điều khiển tốc độ Lưu đồ xử lý của bộ điều chỉnh tốc độ. Ví dụ điều chỉnh tốc độ để giảm tiếng ồn. Cung hình nón hệ thống Yaw. Bảng đồ lưới điện truyền tải hiện hữu tỉnh Ninh Thuận Sơ đồ một sợi đấu nối nhà máy Đầm Nại và lưới điện khu vực Biểu đồ phụ tải toàn tỉnh Ninh thuận Sơ đồ lưới điện 110-22kV tỉnh Ninh Thuận 4.5 Phân bố công suất lưới điện khi tải cực tiểu và chưa kết nối Đầm Nại 82 4.6 Phân bố công suất lưới điện khi tải cực đại và chưa kết nối Đầm Nại So sánh điện áp các nút ở các chế độ vận hành lưới điện. Phân bố Công suất khi phụ phụ tải Max và Đầm Nại phát Max Phân bố Công suất khi phụ phụ tải Min và Đầm Nại phát Max Phân bố Công suất khi Đầm Nại phát Min và phụ phụ tải Max. Phân bố Công suất khi Đầm Nại phát Min và phụ phụ tải Min. Biểu đồ so sánh điện áp các nút lưới 110kV. Biểu đồ so sánh tổn thất công suất giữa các chế độ mô phỏng. Yêu cầu khả năng đáp ứng của tuabin gió đối với điện áp và tần số. Điện áp đầu cực nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH1) 88 3.7 3.8 3.9 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 61 62 63 64 65 66 67 67 68 69 70 71 72 73 74 77 78 79 80 94 95 96 99 100 103 103 105 106 Số hiệu 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 Tên hình Trang Công suất phản kháng nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH1). Công suất thực nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH1). Dòng điện đầu cực nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH1). Tốc độ nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH1). Biểu đồ biến thiên các thông số máy phát khi mô phỏng sự cố (TH1). Điện áp các thanh cái 22kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH1). Tần số các thanh cái 22kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH1). Điện áp các thanh cái 110kV trong quá trình mô phỏng sự cố. Tần số các thanh cái 110kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH1). Điện áp đầu cực nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH2). Công suất phản kháng nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố(TH2) Công suất thực nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH2). Dòng điện đầu cực nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH2). Tốc độ nhà máy Đầm Nại khi mô phỏng sự cố (TH2). 106 Biểu đồ biến thiên các thông số máy phát khi mô phỏng sự cố(TH2) Điện áp các thanh cái 110kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH2). Điện áp các thanh cái 22kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH2). Tần số các thanh cái 110kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH2). Tần số các thanh cái 22kV trong quá trình mô phỏng sự cố (TH2). 116 107 107 108 108 110 111 112 113 114 114 115 115 116 118 118 119 119 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngành điện là một ngành kinh tế mũi nhọn, có vai trò quan trọng trong việc góp phần sự phát triển kinh tế đất nước, phải được ưu tiên phát triển trước so với các ngành kinh tế khác. Với chính sách khuyến khích đầu tư vào khâu phát điện của Nhà nước trong những năm gần đây, Tập trung vào nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là Năng lượng gió. Năng lượng gió ở nước ta lại có tiềm năng cao so với các nước trong khu vực Đông Nam Á. Tổng tiềm năng năng lượng gió là 1.750 MW. Tốc độ gió trung bình ở khu vực có gió tốt là 6 m/s ở độ cao 60m tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía duyên hải Nam trung bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận), khu vực Tây nguyên (Gia lai, Đăk Lăk). Đồng thời Nhà nước cũng có những những cơ chế khuyến khích cụ thể như ưu tiên về giá mua điện từ các nhà máy điện gió, miễn thuế thu nhập doanh nghiệp, thuế nhập khẩu, phí sử dụng đất, VAT, phí môi trường. Việc phát triển nguồn năng lượng gió có vai trò hết sức quan trọng nhằm thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch vốn là nguyên nhân gây ra khí thải CO2 đang dần tăng cao tại Việt Nam. Đáp lại lời kêu gọi của Chính Phủ, các Tỉnh có tiềm năng về năng lượng gió đã tạo điều kiện cho các nhà đầu tư năng lượng gió xúc tiến xây dựng. Hiện nay trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận đang triển khai nhiều dự án điện gió, trong đó có dự án nhà máy điện gió Đầm Nại với công suất tuabin lớn nhất trong nước hiện nay. Vì vậy đề tài “Thiết kế và kết nối lưới nhà máy phong điện Đầm Nại Tỉnh Ninh Thuận” mang tính thực tiễn cao. Đáp ứng nhu cầu tính toán và vận hành nhà máy sau khi hoàn thành. 2. MỤC TIÊU NGUYÊN CỨU - Khảo sát tính khả thi của dự án. - Thiết kế tính toán công suất nhà máy phong điện Đầm Nại - Phương án kết nối hệ thống điện lưới điện khu vực. - Vận hành tuabin gió. - Tính toán ảnh hưởng của nhà máy đối với chất lượng điện năng khi kết nối với lưới điện địa phương. 3. ĐỐI TƯỢNG NGUYÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU 3.1 Đối tượng nguyên cứu Hệ thống tuabin gió áp dụng cho nhà máy phong điện Đầm Nại. Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận. 2 3.2 Phạm vi nguyên cứu Nội dung nguyên cứu trong phạm vi thiết kế và kết lưới nhà máy phong điện Đầm Nại trên địa bản tỉnh Ninh Thuận. 4. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam 1.1.1 Tiềm năng về năng lượng gió trong nước. 1.1.2 Một số dự án điện gió đã và đang triển khai. 1.2 Phương pháp tính toán năng lượng gió. 1.2.1 Tốc độ và hướng gió. 1.2.2 Số liệu gió, cột đo gió và hướng gió. 1.2.3 Áp dụng định luật Betz trong tính toán năng lượng gió và thiết kế cánh quạt. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG GIÓ NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI 2.1 Một số thông số chính của nhà máy phong điện Đầm Nại 2.1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy. 2.1.2 Quy mô dự án. 2.1.3 Hình thức thực hiện dự án. 2.2. Các số liệu khảo sát của dự án phong điện Đầm nại. 2.2.1 Đánh giá tiềm năng gió của khu vực. 2.2.2 Phân tích số liệu gió. 2.2.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy. 2.3 Giải pháp công nghệ nhà máy. 2.3.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy. 2.3.2 Lựa chọn công suất tua bin. 2.3.3 Phương án bố trí tua bin và lựa chọn tua bin. CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ 3.1 Mô tả về máy phát DFIM (Doubly fed Induction Machine) hãng Gamesa. 3.1.1 Cấu trúc phần cứng DFIM và nguyên lý làm việc. 3.1.2 Kỹ thuật công nghệ kết nối lưới. 3.1.3 Điều khiển công suất vô công. 3.1.4 Điều khiển công suất hữu công. 3.1.5 Điều khiển tần số. 3.1.5 Điều khiển xa. 3 3.2 Đặc tính và mô tả chung về Tuabine gió G126 - 2,625 MW hãng Gamesa. 3.2.1 Mô tả thiết bị trong Nacelle. 3.2.2 Rotor. 3.2.3 Tháp và nền móng. 3.2.4 Hệ thống điều khiển. 3.2.5 Hệ thống dự báo bảo dưỡng. 3.2.6 Hệ thống tích hợp điều khiển xa. 3.2.7 Sensor. 3.3 Một số đặc tính khác. 3.3.1 Kết lưới. 3.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế. 3.3.4 Các thông số kỹ thuật. 3.4 Hệ thống Converter. 3.5 Hệ thống bảo vệ chống sét. 3.6 Các thuật toán điều khiển. 3.7.1 Mô tả chung. 3.7.2 Điều khiển góc cánh quạt. 3.7.3 Điều khiển Công suất. 3.7.4 Điều khiển tốc độ. 3.7.5 Thuật toán giảm tiếng ồn. 3.7.6 Điều khiển khởi động và dừng máy. 3.7.7 Logic điều khiển Yaw và cáp. CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC. 4.1 Hiện trạng lưới điện khu vực. 4.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực. 4.1.2 Khả năng đáp ứng phụ tải của lưới điện tỉnh Ninh Thuận. 4.2 Phương án sơ đồ lưới điện nhà máy. 4.3 Đánh giá ảnh hưởng kết nối lưới điện khu vực với ứng dụng Etap. 4.3.1 Chế độ vận hành của lưới điện phân phối khu vực khi chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại. 4.3.2 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy phong điện Đầm Nại ứng với từng chế độ tải của lưới điện Ninh Thuận 4.3.3 Phân tích các trường hợp sự cố. 4 CHƯƠNG 1. 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam 1.1.1 Tiềm năng về năng lượng gió trong nước. Theo bản đồ gió được ngân hàng thế giới xây dựng từ năm 2001 cho 4 nước bao gồm Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan được lấy số liệu gió từ trạm khí tượng thủy văn cùng với dữ liệu từ mô hình MesoMap, tính toán dự đoán tiềm năng năng lượng gió Việt Nam ở độ cao 65m và 30m, tương ứng với độ cao của tua bin gió nối lưới cỡ lớn và tua bin gió nhỏ được lắp đặt ở những vùng có lưới điện mini độc lập. Dữ liệu khí tượng thủy văn do Viện khí tượng và Thủy văn quốc gia Việt nam (VNIHM) và Cục Quản lý Hải dương học và khí tượng quốc gia Mỹ (NOOA), từ năm 1994 đã có kết nối với 24 trạm khí tượng thủy văn ở Việt Nam để thu thập dữ liệu thủy văn. [3] Nghiên cứu của ngân hàng thế giới chỉ ra rằng Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hằng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt. Bảng 1.1 Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất. Nguồn: TrueWind Solutions, 2000. Bản đồ tài nguyên gió Đông Nam Á. Tốc độ gió trung bình Diện tích (km2) Diện tích (%) Tiềm năng (MW) Thấp <6 m/s 197.242 60,60% Trung bình 6-7 m/s 100.367 30,80% 401.444 Tương đối cao 7-8 m/s 25.679 7,90% 102.716 Cao 8-9 m/s 2.178 0,70% 8.748 Rất cao > 9 m/s 111 > 0% 452 Theo đánh giá tiềm năng về năng lượng gió của EVN thực hiện so với của Ngân hàng thế giới cho thấy tiềm năng ít hơn nhiều và mang tính thực tiễn hơn. Bảng 1.2 So sánh vận tốc gió trung bình của EVN và Bản đồ thế giới. STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Địa điểm Móng cái, Quảng Ninh Van Lý, Nam Định Sầm Sơn, Thanh Hóa Kỳ Anh, Hà Tĩnh Quảng Ninh, Quảng Bình Gio Linh, Quảng Trị Phương Mai, Bình Định Tu Bong, Khánh Hòa Phước Minh, Ninh Thuận Đà Lạt, Lâm đồng Tuy Phong, Bình Thuận Duyên Hải, Trà Vinh Vận tốc gió trung bình ở độ cao 65m trên mặt đất (m/s) EVN WB 5,8 7,35 6,88 6,61 5,82 6,61 6,48 7,02 6,73 7,03 6,53 6,52 7,30 6,56 5,14 6,81 7,22 8,03 6,88 7,57 6,89 7,79 6,47 7,24 5 Nghiên cứu của Tập đoàn điện lực Việt Nam 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 (tại các điểm trên bảng 1.2), sau đó sẽ được ngoại suy 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 tòa nhà và sự ảnh hưởng của địa hình. Bảng 1.3 Tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió tại Việt Nam. STT 1 2 3 Miền Bắc Trung Nam Tổng cộng Tiềm năng kỹ thuật (MW) 50 880 885 1.785 Bộ Công Thương với sự hỗ trợ của Ngân hàng thế giới, Năm 2007 đã tiến hành đo gió tại 3 điểm góp phần vào xác định tiềm năng gió tại Việt Nam. Chương trình được tư vấn quốc tế AWS TruePower và GPCo phối hợp với công ty tư vấn điện 3 (PECC3) tiến hành trong 2 năm. Kết quả đo đạt lần này và các số liệu khác đã được Bộ Công Thương sử dụng để cập nhật atlas gió cho Việt nam, đơn vị thực hiện là AWS TruePower – Tiền thân của TrueWind Solutions – cũng là đơn vị xây dựng atlas cho 4 quốc gia trong đó có Việt Nam năm 2001. Bản đồ tài nguyên gió và bảng tổng hợp kết quả đánh giá cho độ cao 80m được thực hiện. Bảng 1.4 Phân bố tài nguyên gió ở độ cao 80m Tốc độ gió <4 m/s 4-5 m/s 5-6 m/s 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s trung bình Diện tích 197.24 100.367 25.679 2.178 111 2.178 2 (km2) Diện tích 60,60 30,80% 7,90% 0,70% > 0% 0,70% % (%) Tiềm năng 102.71 401.444 8.748 452 8.748 6 (MW) Nguồn: AWS TruePower, 2011. Windresource atlas of Vietnam. > 9 m/s 111 > 0% 452 6 Hình 1.1 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 60m 7 Hình 1.2 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80m 8 Hình 1.3 Một số tỉnh có tiềm năng năng lượng gió trên bản đồ Việt Nam ở độ cao 80m [10] Nguồn: A Brief Overview on Assessments of Wind Energy Resource Potential in Viet Nam 9 Hình 1.4 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 100m