408004

Năng lượng tái tạo

Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam

2013 – 2014, HK1

http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn

Bài giảng 13 1

Ch. 6: Ứng dụng hiệu quả NLTT

6.3. Một số vấn đề kỹ thuật về điện gió

 Tích hợp điện gió vào lưới điện

 Các công nghệ mới

 Tiêu chuẩn về điện gió

 Công nghệ truyền dẫn

 Truyền động trực tiếp

 Tích trữ năng lượng trong tương lai

Bài giảng 13 2

Tích hợp điện gió vào lưới điện

 Hiện tại điện gió vẫn chiếm một tỷ trọng nhỏ về nguồn phát, nên tác động của nó lên sự vận hành của lưới điện là nhỏ

 Nhưng khi điện gió phát triển (trong tương lai không xa), nó sẽ có ảnh hưởng lớn hơn, thậm chí chiếm ưu thế đối với sự vận hành của lưới điện

 Điện gió gây ảnh hưởng đến sự vận hành của lưới điện từ tính ổn định quá độ đến dòng công suất trong trạng thái xác lập

 Ảnh hưởng về điện áp và tần số là mối quan tâm chính

Bài giảng 13 3

Tích hợp điện gió vào lưới điện

 Một vấn đề cơ bản liên quan đến các hệ thống dùng “nhiên liệu miễn phí” như gió là việc vận hành với một mức dự trữ đòi hỏi phải để lại một phần năng lượng miễn phí.

– Một vấn đề tương tự đã tồn tại với năng lượng hạt nhân, với

nhiên liệu hóa thạch thường đóng vai trò dự trữ

 Vì ngõ ra của tuabin gió có thể thay đổi theo lũy thừa ba của vận tốc gió, dưới các điều kiện nhất định thì một sự sụt giảm tốc độ vừa phải có thể gây ra một tổn thất lớn về công suất phát ra.

– Sự thiếu hụt dự trữ hóa thạch có thể làm vấn đề trầm trọng

hơn

Bài giảng 13 4

Điện gió và dòng công suất

 Công cụ phân tích hệ thống điện phổ biến nhất là

phân bố công suất (còn gọi là phân bố tải)

– phân bố công suất xác định công suất truyền như thế nào

trong lưới điện

– cũng dùng để xác định tất cả điện áp và dòng điện

– vì các mô hình công suất hằng, phân bố công suất là một

kỹ thuật phân tích phi tuyến

– phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập

– cũng có thể được dùng để lập kế hoạch cho các nguồn

phát mới, kể cả điện gió

Bài giảng 13 5

Ví dụ phân bố công suất 5 bus

T1

T2 800 MVA 345/15 kV

1

5

4

3

520 MVA

Line 3    345  kV 50 mi

400 MVA 15 kV

800 MVA 15 kV

40 Mvar

80 MW

400 MVA 15/345 kV

345 kV  100 mi

2   e n i L

1   e n i L

345 kV  200 mi

2

280 Mvar

800 MW

Single­line diagram

Bài giảng 13 6

Thay đổi nguồn phát và slack bus

 Phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập, do đó giả thiết là tổng công suất tải và tổn thất luôn bằng với tổng công suất phát

• Sự khác biệt về nguồn phát xảy ra ở slack bus

 Khi nghiên cứu thay đổi nguồn phát dựa vào phân bố công suất cần luôn luôn hiểu rõ nơi đặt nguồn phát

• Các phương án phổ biến là slack bus của hệ thống,

phân bố trên các máy phát dựa vào hệ số thâm nhập hay kinh tế

Bài giảng 13 7

Công nghệ mới trong điện gió

– Công nghệ tốc độ thay đổi – tăng hiệu suất 5%

– Dễ điều khiển phân bố công suất tác dụng và

phản kháng

– Rôto đóng vai trò bánh đà (trữ năng lượng)

– Không có vấn đề chập chờn điện áp

– Chi phí cao hơn (phần điện tử công suất chiếm

7% giá thành)

Bài giảng 13 8

Máy phát KĐB nguồn kép (DFIG)

http://www.windsimulators.co.uk/images/DFIG.gif

Bài giảng 13 9

Tuabin vận tốc thay đổi với DFIG

 Bộ biến đổi cấp nguồn cho dây quấn rôto  Dây quấn stato nối trực tiếp vào lưới  Bộ biến đổi nhỏ  Giá thành thấp

Bài giảng 13 10

Turbin tốc độ bán biến thiên đơn giản hóa

 Điện trở của rô to của máy phát không đồng bộ lồng sóc được thay đổi tức thời nhờ mạch điện tử công suất tốc độ cao

Bài giảng 13 11

Tốc độ biến thiên bằng bộ biến đổi đủ công suất

 Cách ly khỏi lưới điện

Truyền năng lượng Điều khiển công suất tác dụng và phản kháng, điều khiển méo dạng họa tần toàn phần

Mạch kích điều khiển mômen máy phát, dùng giải thuật điều khiển vectơ

Bài giảng 13 12

Bộ chỉnh lưu và băm xung

Băm xung tăng áp được dùng để biến đổi điện áp chỉnh lưu phù hợp với điện áp dc-link của bộ nghịch lưu

Bài giảng 13 13

Các tiêu chuẩn kết nối lưới cho trang trại gió

Khả năng lướt qua sự cố điện áp của tuabin gió Khả năng lướt qua sự cố điện áp của tuabin gió

a. Tuabin nên nối lưới thường trực và đóng góp cho lưới

trong trường hợp có nhiễu loạn như sụt điện áp.

b. Trang trại gió nên phát điện giống như các nhà máy

điện truyền thống, cung cấp công suất tác dụng và

phản kháng để phục hồi tần số và điện áp, ngay sau

khi xuất hiện sự cố.

Bài giảng 13 14

Các yêu cầu

Bài giảng 13 15

Các yêu cầu CLĐN cho các tuabin gió hòa lưới

 Chập chờn điện áp + liên họa tần liên họa tần

 Dự thảo tiêu chuẩn IEC-61400-21 đối với

“Các yêu cầu về chất lượng điện năng cho

các tuabin gió hòa lưới”

Bài giảng 13 16

Tiêu chuẩn IEC-61400-21

1. Phân tích chập chờn điện áp

2. Vận hành chuyển mạch. Quá độ điện áp và

dòng điện.

3. Phân tích họa tần (FFT) – cửa sổ hình chữ

nhật 8 chu kỳ tần số cơ bản. THD đến họa tần bậc 50.

Bài giảng 13 17

Các tiêu chuẩn khác

1. Họa tần tần số cao và liên họa tần IEC 61000-4-7 và

IEC 61000-3-6

2. Các phương pháp tính tổng họa tần và liên họa tần

trong IEC 61000-3-6

3. Để có được biên độ đúng của các thành phần tần số,

xác định chiều rộng cửa sổ theo IEC 61000-4-7

4. Tần số chuyển mạch của bộ nghịch lưu không phải là

hằng số

5. Có thể không phải là bội số của 50 Hz

Bài giảng 13 18

Các công nghệ truyền dẫn tương lai

 Lắp đặt ngoài khơi.

Bài giảng 13 19

Truyền tải AC cao áp (HVAC)

 Nhược điểm:

 Cáp có điện dung phân

tán cao

 Chiều dài bị giới hạn

Bài giảng 13 20

Truyền tải DC cao áp (HVDC)

Kinh tế hơn khi khi >100 km Kinh tế hơn

>100 km và công suất

200-900 MW và công suất 200-900 MW

1) Tần số ở hai đầu độc lập nhau.

2) Khoảng cách truyền bằng dc không bị ảnh hưởng bởi

dòng điện điện dung của cáp.

3) Vị trí lắp đặt ngoài khơi được cách ly đối với nhiễu

loạn trên đất liền

4) Phân bố công suất hoàn toàn xác định và điều khiển

được.

5) Tổn thất công suất trên cáp là thấp.

6) Khả năng truyền tải công suất của mỗi cáp cao hơn.

Bài giảng 13 21

HVDC dựa trên LCC

 Line-commutated converters (LCC)  Có nhiều nhược điểm  Vấn đề họa tần

Bài giảng 13 22

HVDC dựa trên SVC

HVDC Light – HVDC Plus

Một số ưu điểm – điều khiển công suất linh hoạt, không cần bù công suất phản kháng, …

Bài giảng 13 23

Các sơ đồ biến đổi trung thế công suất lớn

• Bộ biến đổi đa bậc

1) Cấu hình đa bậc có diode kẹp

2) Cấu hình đa bậc với kết nối khóa hai chiều

3) Cấu hình đa bậc với tụ điện thả nổi

4) Cấu hình đa bậc với nhiều bộ nghịch lưu ba pha

5) Cấu hình đa bậc với các cầu H 1 pha nối tầng

Bài giảng 13 24

Bộ biến đổi đa bậc back-to-back kết lưới trực tiếp

Bài giảng 13 25

Máy phát NCVC tốc độ thấp

power­electronic building block (PEBB)

Bài giảng 13 26

Công nghệ truyền động trực tiếp tuabin gió

 Giảm kích thước

 Chi phí lắp đặt và bảo trì thấp hơn

 Phương pháp điều khiển linh hoạt

 Đáp ứng nhanh với dao động của gió và phụ tải

 Các máy dùng từ thông hướng trục

Bài giảng 13 27

Công nghệ trữ năng tương lai cho trang trại gió

Ắc-quy kẽm brôm Ắc-quy kẽm brôm  Suất năng lượng cao so với

ắc-quy chì axit • Độ xả sâu 100% • Tuổi thọ cao, > 2000 chu kỳ • Không giới hạn th/gian bảo quản • Dải dung lượng rộng từ 10kWh đến trên 500kWh • Khả năng tích năng lượng từ bất kỳ nguồn phát điện nào

Bài giảng 13 28

Công nghệ trữ năng tương lai cho trang trại gió

Ắc-quy kẽm brôm Ắc-quy kẽm brôm

Bài giảng 13 29