Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới" nghiên cứu tổng quan tình hình khai thác nguồn điện năng lượng mặt trời, nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng pin quang điện; nghiên cứu các giải thuật tìm điểm công suất cực đại; phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới dựa trên các khảo sát không có cường độ bức xạ mặt trời, cường độ bức xạ mặt trời không đổi và cường độ bức xạ mặt trời thay đổi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- NGUYỄN THÀNH ĐẠT PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- NGUYỄN THÀNH ĐẠT PHÂN TÍCH VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 Chủ tịch 2 Phản biện 1 3 Phản biện 2 4 Ủy viên 5 Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. HCM, ngày......tháng........năm 20... NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thành Đạt Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu tổng quan tình hình khai thác nguồn điện năng lượng mặt trời. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng pin quang điện. - Nghiên cứu các giải thuật tìm điểm công suất cực đại. - Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới dựa trên các khảo sát không có cường độ bức xạ mặt trời, cường độ bức xạ mặt trời không đổi và cường độ bức xạ mặt trời thay đổi. - Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới tương ứng với các trường hợp khảo sát cường độ bức xạ mặt trời khác nhau. III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Thành Đạt
LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn các Thầy Cô của Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn. Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn Thầy, PGS. TS. Huỳnh Châu Duy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báo cho việc hoàn thành Luận văn này. Cuối cùng, em xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ11, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện Luận văn của em. Nguyễn Thành Đạt
Tóm tắt Các phân tích cho thấy rằng các nguồn năng lượng tái tạo đã, đang và sẽ được quan tâm khai thác nhiều hơn trong tương lai. Trong số các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời được quan tâm khá nhiều, đặc biệt là tại các quốc gia có điều kiện tự nhiên như Việt Nam. Tương ứng với quy mô khai thác công suất lớn cho mục tiêu giảm các gánh nặng về cơ cấu nguồn điện cho các nguồn năng lượng điện truyền thống như thủy điện và nhiệt điện, xu hướng nối lưới của các hệ thống điện năng lượng tái tạo được quan tâm nhiều hơn trong thời gian gần đây. Khi nối lưới hệ thống điện năng lượng tái tạo mà cụ thể được khảo sát trong luận văn này là hệ thống điện năng lượng mặt trời thì các ảnh hưởng của việc nối lưới nguồn năng lượng điện này là cần được quan tâm, đặc biệt liên quan đến ổn định cho hệ thống điện khi các thông số đầu vào của nguồn năng lượng mặt trời bị thay đổi như cường độ bức xạ, nhiệt độ,... Chính vì các lý do trên, đề tài “Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới” được lựa chọn và thực hiện trong luận văn này mà bao gồm các nội dung như sau: + Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Tổng quan các nghiên cứu phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới + Chương 3: Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới + Chương 4: Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới + Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai
Abstract The analysis shows that renewable energy sources are and going more exploitable in the future. Among renewable energy sources, solar energy is greatly interested, especially in countries with natural conditions like Vietnam. Corresponding to the large-scale exploitation of power for the purpose of reducing the burden of power generation on traditional power sources such as hydro and thermal powers, the grid connection of renewable energy systems have been more interested in recent times. The connected-grid renewable energy systems that are specifically investigated in this thesis is the solar power system, the effects of grid connection of this source are to be considered, particularly interconnected. The stability of the power system needs to be researched when the parameters such as irradiation, temperature,... of the solar energy source change. This thesis focuses on issues relating to "Analyzing of a grid- connected solar PV power system" that includes the following contents: + Chapter 1: Introduction + Chapter 2: Literature review of analyzing of a grid-connected solar PV power system + Chapter 3: Analyzing of a grid-connected solar PV power system + Chapter 4: Simulations + Chapter 5: Conclusions and future works
i MỤC LỤC Mục lục....................................................................................................... i Danh sách hình vẽ ..................................................................................... iii Chương 1 - Giới thiệu chung ....................................................................1 1.1. Giới thiệu ............................................................................................1 1.2. Nhu cầu năng lượng thế giới ...............................................................1 1.3. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................6 1.4. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................6 1.5. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................6 1.6. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ........................................................6 1.7. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................7 1.8. Bố cục của luận văn ............................................................................7 1.9. Kết luận ..............................................................................................8 Chương 2 - Tổng quan các nghiên cứu phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới ...........................................................9 2.1. Giới thiệu ............................................................................................9 2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................9 2.3. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ...................................................... 11 2.4. Kết luận ............................................................................................ 15 Chương 3 - Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới .......................................................................................................... 16 3.1. Hệ thống điện .................................................................................... 16 3.1.1. Giới thiệu ....................................................................................... 16 3.1.2. Cấu trúc của hệ thống điện ............................................................. 17 3.1.3. Các chế độ làm việc của hệ thống điện ........................................... 20 3.1.4. Chất lượng điện năng của hệ thống điện ......................................... 23
ii 3.1.5. Ổn định trong hệ thống điện ........................................................... 26 3.2. Hệ thống điện năng lượng mặt trời .................................................... 32 3.2.1. Giới thiệu ....................................................................................... 32 3.2.2. Mô hình toán pin quang điện .......................................................... 33 3.2.3. Module pin quang điện ................................................................... 35 3.2.4. Mảng pin quang điện ...................................................................... 36 3.2.5. Các ảnh hưởng đến pin quang điện ................................................. 38 3.2.5.1. Ảnh hưởng của cường độ bức xạ ................................................. 39 3.2.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ .............................................................. 39 3.2.5.3. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm ........................................... 40 3.2.6. Hệ thống pin quang điện nối lưới ................................................... 44 3.2.7. Các bộ biến đổi DC/DC và DC/AC ................................................ 46 3.2.7.1. Bộ biến đổi DC/DC ..................................................................... 46 3.2.7.2. Bộ biến đổi DC/AC ...................................................................... 47 3.2.8. Giải thuật tìm điểm công suất cực đại ............................................. 57 Chương 4 - Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới ..................................................................................... 61 4.1. Giới thiệu ........................................................................................... 61 4.2. Hệ thống điện chưa kết nối với nguồn pin quang điện ........................ 62 4.3. Hệ thống nguồn pin quang điện ......................................................... 70 4.4. Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời ...... 73 4.4.1. Không có cường độ bức xạ ............................................................. 74 4.4.2. Cường độ bức xạ không đổi ........................................................... 80 4.4.3. Cường độ bức xạ thay đổi .............................................................. 85 4.5. Kết luận ............................................................................................ 91 Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ............................. 92 5.1. Kết luận ............................................................................................ 92 5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................ 92 Tài liệu tham khảo ................................................................................. 93
iii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. Nhu cầu sử dụng điện trên thế giới từ 1970 đến 2015 .................1 Hình 1.2. Tiêu thụ năng lượng điện tại các quốc gia được công nghiệp hóa và đang phát triển từ 1990 đến 2015 ..........................................................2 Hình 1.3. Tiêu thụ năng lượng điện ở các nước phát triển Châu Á từ 1990 đến 2015 ....................................................................................................3 Hình 1.4. Cắt giảm khí thải theo Hiệp định thư Kyoto ...............................3 Hình 1.5. Đóng góp của nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện của các nước trên thế giới năm 2004 và 2030 .............................................5 Hình 3.1. Khảo sát ổn định tĩnh của hệ thống điện đơn giản ..................... 27 Hình 3.2. Khảo sát ổn định tĩnh của hệ thống điện 4 nút .......................... 28 Hình 3.3. Khảo sát ổn định động .............................................................. 30 Hình 3.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của pin quang điện .............................. 33 Hình 3.5. Các tham số quan trọng của pin quang điện (Dòng điện ngắn mạch, Isc và điện áp hở mạch, Voc) ............................................................ 33 Hình 3.6. Mô hình thay thế pin quang điện có xét đến các tổn hao ............ 34 Hình 3.7. Đặc tính của pin quang điện có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp ........................................................................................................ 35 Hình 3.8. Module pin quang điện ............................................................. 35 Hình 3.9. Đặc tính của module pin quang điện ......................................... 36 Hình 3.10. Các module pin quang điện được kết hợp nối tiếp với nhau .... 37 Hình 3.11. Các module pin quang điện được kết hợp song song với nhau . 37 Hình 3.12. Các module pin quang điện được kết hợp hổn hợp với nhau .... 38 Hình 3.13. Đặc tuyến V-I của pin quang điện với các cường độ bức xạ khác nhau và nhiệt độ pin quang điện không đổi, 250C ............................ 39 Hình 3.14. Đặc tuyến V-I của pin quang điện với các nhiệt độ khác nhau và cường độ bức xạ không đổi 1 kW/m2 ................................................... 39 Hình 3.15. Module pin quang điện với n pin quang điện trong trường
iv hợp module không bị che khuất ............................................................... 40 Hình 3.16. Module pin quang điện với n pin quang điện trong trường hợp module bị che khuất một phần ........................................................... 40 Hình 3.17. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module pin quang điện .......................................................................................................... 41 Hình 3.18. Module pin quang điện với nhiều pin quang điện bị che khuất. 42 Hình 3.19. Module pin quang điện sử dụng diode bypass ........................ 42 Hình 3.20. Đặc tính của pin quang điện trong trường hợp sử dụng diode bypass ...................................................................................................... 43 Hình 3.21. Đánh giá so sánh giữa các trường hợp có và không có diode bypass ...................................................................................................... 43 Hình 3.22. Hệ thống pin quang điện nối lưới ............................................ 44 Hình 3.23. Sơ đồ khối hệ thống pin quang điện nối lưới ........................... 45 Hình 3.24. Kiểu máy biến áp tần số thấp và cao ....................................... 45 Hình 3.25. Kiểu biến đổi không cách ly bằng máy biến áp ....................... 46 Hình 3.26. Các bộ biến đổi DC-DC chuyển mạch .................................... 47 Hình 3.27. Sơ đồ nghịch lưu 3 pha hòa lưới ............................................. 48 Hình 3.28. Bộ điều nghịch lưu 3 pha hòa lưới .......................................... 49 Hình 3.29. Sơ đồ hệ thống điều khiển PLL ............................................... 50 Hình 3.30. Tín hiệu ngõ ra VCO .............................................................. 51 Hình 3.31. Sơ đồ thực hiện bộ PLL 3 pha ................................................. 52 Hình 3.32. Hệ trục tọa độ αβ .................................................................... 53 Hình 3.33. Hệ trục tọa độ dq ..................................................................... 54 Hình 3.34. Toàn bộ hệ thống nghịch lưu hòa lưới sử dụng PLL ................ 55 Hình 3.35. Giải thuật InC ......................................................................... 47 Hình 3.36. Lưu đồ giải thuật InC .............................................................. 60 Hình 4.1. Sơ đồ khối hệ thống điện có xét nguồn pin quang điện ............. 61 Hình 4.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện có xét nguồn pin quang điện .... 61 Hình 4.3. Hệ thống điện chưa có kết nối nguồn pin quang điện ................ 62 Hình 4.4. Nguồn của hệ thống điện chưa có kết nối nguồn pin quang điện 63
v Hình 4.5. Máy biến áp 47 MVA, 120/25 kV ............................................ 65 Hình 4.6. Máy biến áp tạo trung tính nối đất qua điện trở ......................... 65 Hình 4.7. Thông số của máy biến áp tạo trung tính qua điện trở nối đất ... 66 Hinh 4.8. Thông số của phân đoạn 1 ........................................................ 67 Hình 4.9. Thông số của phân đoạn 2 ........................................................ 68 Hình 4.10. Phụ tải 1 ................................................................................. 69 Hình 4.11. Phụ tải 2 ................................................................................. 70 Hình 4.12. Thông số của hệ thống pin quang điện .................................... 71 Hình 4.13. Đặc tính V-I và V-P của module pin quang điện tương ứng với cường độ bức xạ Gi thay đổi .............................................................. 72 Hình 4.14. Đặc tính V-I và V-P của mảng pin quang điện (5 x 66) tương ứng với cường độ bức xạ Gi thay đổi .............................................................. 73 Hình 4.15. Cường độ bức xạ là bằng không, G = 0 (W/m2) ...................... 74 Hình 4.16. Điện áp của hệ thống nguồn pin quang điện tương ứng với trường hợp không có cường độ bức xạ ................................................................ 75 Hình 4.17. Cường độ dòng điện của hệ thống nguồn pin quang điện tương ứng với trường hợp không có cường độ bức xạ ............................................... 75 Hình 4.18. Công suất phát của hệ thống nguồn pin quang điện tương ứng với trường hợp không có cường độ bức xạ ..................................................... 76 Hình 4.19. Điện áp pha A tại thanh cái B1 tương ứng với trường hợp không có cường độ bức xạ ....................................................................................... 76 Hình 4.20. Cường độ dòng điện pha A tại thanh cái B1 tương ứng với trường hợp không có cường độ bức xạ ................................................................ 77 Hình 4.21. Cường độ bức xạ không đổi .................................................... 80 Hình 4.22. Điện áp của hệ thống nguồn pin quang điện tương ứng với trường hợp cường độ bức xạ không đổi ............................................................... 81 Hình 4.23. Cường độ dòng điện của hệ thống nguồn pin quang điện tương ứng với trường hợp cường độ bức xạ không đổi ....................................... 81 Hình 4.24. Công suất phát của hệ thống nguồn pin quang điện tương ứng với trường hợp cường độ bức xạ không đổi .................................................... 82 Hình 4.25. Điện áp pha A tại thanh cái B1 tương ứng với trường hợp cường độ
vi bức xạ không đổi ..................................................................................... 82 Hình 4.26. Cường độ dòng điện pha A tại thanh cái B1 tương ứng với trường hợp cường độ bức xạ không đổi .................................................... 83 Hình 4.27. Cường độ bức xạ thay đổi ....................................................... 86 Hình 4.28. Điện áp của hệ thống nguồn pin quang điện với cường độ bức xạ thay đổi .................................................................................................... 86 Hình 4.29. Cường độ dòng điện của hệ thống nguồn pin quang điện với cường độ bức xạ thay đổi ......................................................................... 87 Hình 4.30. Công suất phát của hệ thống nguồn pin quang điện với cường độ bức xạ thay đổi ........................................................................................ 87 Hình 4.31. Điện áp pha A tại thanh cái B1 với cường độ bức xạ thay đổi . 88 Hình 4.32. Cường độ dòng điện pha A tại thanh cái B1 với cường độ bức xạ thay đổi ............................................................................................... 88
1 Chương 1 Giới thiệu chung 1.1. Giới thiệu Năng lượng được sử dụng hàng ngày và tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: ánh sáng, nhiệt độ và điện. Cơ thể con người dùng năng lượng tích trữ trong các nhóm hợp chất như cacbon hydrat và chất đạm để vận động, thở, tăng trưởng và suy nghĩ. Con người đã chế tạo ra hàng ngàn máy móc và công cụ dùng năng lượng để hỗ trợ cuộc sống. Một số thiết bị dùng điện, trong khi đó một số khác dùng năng lượng từ dầu, than đá, ... Hai dạng năng lượng phổ biến nhất thường được sử dụng là nhiệt và điện. Trong đó, nhiệt là năng lượng của các phần tử chuyển động trong các chất. Các phần tử càng chuyển động nhanh, chất càng nóng lên. Điện là dạng năng lượng của các electron chuyển động dọc theo dây dẫn như dây đồng. 1.2. Nhu cầu năng lượng thế giới Theo Bộ năng lượng Mỹ, nguồn điện là nguồn năng lượng tăng nhanh nhất trong các thập kỉ tới trên toàn thế giới. Nhu cầu sử dụng năng lượng điện đã tăng lên 19 nghìn tỷ kWh năm 2015 với tỷ lệ tăng hàng năm là 2,6%, Hình 1.1. Hình 1.1. Nhu cầu sử dụng điện trên thế giới từ 1970 đến 2015
2 Nhu cầu sử dụng năng lượng điện trong lĩnh vực công nghiệp tại các quốc gia đang phát triển và các quốc gia có nền công nghiệp phát triển được đánh giá là tăng đến năm 2015 như Hình 1.2. Hình 1.2. Tiêu thụ năng lượng điện tại các quốc gia được công nghiệp hóa và đang phát triển từ 1990 đến 2015 Hình 1.2 cho thấy tiêu thụ năng lượng điện tăng nhanh ở các nước phát triển. Tổ chức các nước phát triển và hợp tác kinh tế (Oganisation for Economic Co-operation and Development, OECD) chiếm 20% dân số thế giới nhưng tiêu thụ lượng điện đến 60% lượng điện thế giới. Mặc dù, Mỹ là nước tiêu thụ lượng điện nhiều nhất thế giới nhưng Mỹ có tỷ lệ tăng thấp nhất, 1,3%. Trong khi, tỷ lệ tăng trung bình của thế giới là 2,6%. Mêhicô là quốc gia có tỷ lệ tăng cao nhất hàng năm là 4,7% đến năm 2015. Các nước phát triển ở Châu Á được dự đoán là sẽ có tỷ lệ tăng cao nhất khoảng 5%, Hình 1.3. Khi nhu cầu năng lượng điện tăng, nguồn than sẽ giữ vai trò tích trữ năng lượng cơ bản cho việc phát điện, đặc biệt là Trung Quốc và Ấn Độ. Do đó, việc chia sẻ phát điện bằng năng lượng hạt nhân đang tiến đến đỉnh cao nhưng các nhà khoa học dự đoán rằng nó sẽ tàn lụi trong tương lai. Con người mong muốn rằng than đá, khí tự nhiên và năng lượng tái tạo sẽ phát triển thay thế kế hoạch năng lượng hạt nhân cũ kĩ. Trong đó năng lượng tái tạo sẽ chiếm phần lớn trong sự phát triển chung đó. Nói đến năng lượng tái tạo có nghĩa là
3 nói đến nguồn năng lượng sạch. Hiện nay, trên thế giới đang kêu gọi giảm tác động của các nguồn năng lượng đến môi trường, cụ thể là Hiệp định thư Kyoto. Hình 1.3. Tiêu thụ năng lượng điện ở các nước phát triển Châu Á từ 1990 đến 2015 Hình 1.4. Cắt giảm khí thải theo Hiệp định thư Kyoto Năng lượng tái tạo giữ một vai trò rất quan trọng trong các loại năng lượng điện đang tồn tại. Trên thế giới, đến năm 2030, năng lượng tái tạo dự kiến cung cấp hơn 25% tổng lượng điện. Trong năm 2004, tổng lượng điện của nguồn năng lượng tái tạo là 18%. Trong những khoảng thời gian nhất định, việc phát điện từ nguồn năng lượng tái tạo tăng từ 3179 TWh đến 7775 TWh và năng lượng tái tạo trở thành nguồn phát điện lớn thứ hai sau nguồn nhiên
4 liệu than. Việc tăng trưởng có kế hoạch là kết quả của các chính sách mới đang được xem xét. Giả sử rằng các chính sách này sẽ được thực hiện, cũng như kết quả của việc mở rộng và cũng cố chính sách hiện thời. Hầu hết, các nước thuộc OECD và ngoài OECD đang xem xét chính sách để tăng việc đóng góp các nguồn năng lượng tái tạo. Với các nước thuộc Liên minh Châu Âu mà chưa có mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo trước năm 2010, mặc dù đã có các chính sách quốc gia liên quan. Tại Mỹ, khoảng một nửa các tiểu bang đã có kế hoạch tăng việc sử dụng năng lượng tái tạo thông qua tiêu chuẩn đầu tư năng lượng tái tạo. Tại Trung Quốc, Luật năng lượng tái tạo đã có hiệu lực từ năm 2006, sẽ tạo ra các ảnh hưởng sâu và rộng đối với việc phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo. Tại các quốc gia OECD, cơ cấu của năng lượng tái tạo tăng 10% trên mức hiện tại. Tại các quốc gia đang phát triển, cơ cấu của năng lượng tái tạo tăng khoảng 4%. Theo các quy hoạch, đối với các quốc gia thuộc OECD, tăng trưởng ấn tượng nhất là 38% lượng điện dựa trên năng lượng điện tái tạo vào năm 2030. Cơ cấu của thủy điện trong việc phát điện của thế giới là 16% vào năm 2030, cũng tương tự như hiện nay. Hầu hết, các nhà máy thủy điện mới được xây dựng ở các quốc gia đang phát triển. Tại các quốc gia này, nguồn năng lượng dự phòng chưa được khai thác và vẫn còn rất lớn. Tuy nhiên, rõ ràng rằng các quốc gia đang phát triển này vẫn quan tâm đến các nguồn năng lượng tái tạo do các ảnh hưởng và tác động của các nguồn thủy điện và nhiệt điện. Công suất của thủy điện trên thế giới đang tiến đến khoảng 1431 GW năm 2030, so với khoảng 851 GW hiện nay. Tại Trung Quốc, công suất thủy điện tăng từ khoảng 105 GW vào năm 2004 đến khoảng 298 GW vào năm 2030. Tại Ấn Độ, công suất thủy điện tăng từ khoảng 31 GW vào năm 2004 đến khoảng đến khoảng 105 GW vào năm 2030. Năng lượng điện được phát ra từ năng lượng mặt trời, gió, sinh khối, địa
5 nhiệt, thủy triều và sóng biển đạt công suất 2872 TWh vào năm 2030, tăng khoảng 8 lần so với hiện nay, tương ứng với cơ cấu tăng từ 2% cho đến 10% vào năm 2030. Trong đó, việc tăng nhiều nhất là tại quốc gia Châu Âu thuộc OECD. Dự kiến, các nguồn năng lượng tái tạo này sẽ đáp ứng khoảng 22% nhu cầu sử dụng năng lượng điện, Hình 1.5. Việc tăng đáng kể này phản ánh các chính sách mới nhắm đến ủng hộ việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Hình 1.5. Đóng góp của nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện của các nước trên thế giới năm 2004 và 2030 Các phân tích cho thấy rằng, các nguồn năng lượng đã, đang và sẽ được quan tâm khai thác nhiều hơn trong tương lai. Trong số, các nguồn năng lượng tái tạo được trình bày, năng lượng mặt trời được quan tâm khá nhiều, đặc biệt là tại các quốc gia có điều kiện tự nhiên như Việt Nam. Bên cạnh đó, tương ứng với quy mô khai thác công suất lớn cho mục tiêu giảm các gánh nặng về cơ cấu nguồn điện cho các nguồn năng lượng điện truyền thống như thủy điện và nhiệt điện, xu hướng nối lưới của các hệ thống điện năng lượng tái tạo được quan tâm nhiều hơn trong thời gian gần đây. Khi nối lưới hệ thống điện năng lượng tái tạo mà cụ thể được khảo sát trong luận văn này là hệ thống điện năng lượng mặt trời thì các ảnh hưởng của việc nối lưới nguồn năng lượng điện này là cần được quan tâm, đặc biệt liên quan đến ổn định cho hệ thống điện khi các thông số đầu vào của nguồn năng lượng mặt trời bị thay đổi như cường độ bức xạ, nhiệt độ, . . .
6 Chính vì các lý do trên, đề tài “Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới” được lựa chọn và thực hiện trong luận văn này. 1.3. Tính cấp thiết của đề tài Việc kết nối các nguồn điện năng lượng tái tạo vào cơ cấu nguồn điện chung của hệ thống điện là một xu hướng tích cực. Tuy nhiên, cần phải có các nghiên cứu và đánh giá về ổn định cho hệ thống điện khi sự kết nối này được thực hiện nhằm đảm bảo mục tiêu an ninh hệ thống điện. Vì vậy, đề tài “Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới” là cần thiết. 1.4. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới sử dụng pin quang điện. 1.5. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các nội dung sau: - Đánh giá tình hình khai thác và sử dụng nguồn năng lượng điện mặt trời. - Tổng quan các nghiên cứu đã được thực hiện liên quan đến nghiên cứu phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới sử dụng pin quang điện. - Mô hình và mô phỏng một hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới sử dụng pin quang điện. - Mô phỏng phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới sử dụng pin quang điện. 1.6. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Đề tài “Phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới” sẽ được thực hiện với các mục tiêu và nội dung như sau: - Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến phân tích vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới sử dụng pin quang điện.