Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:107

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối" đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến hệ thống điện, căn cứ vào thông tư số 32/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương, những tiêu chuẩn đấu nối hiện hành của một số quốc gia đề xuất một số giải pháp kỹ thuật giải quyết và hạn chế, có xét đến tính khả thi khi áp dụng vào Việt Nam đối với những ảnh hưởng khi đấu nối nhà máy điện vào lưới điện phân phối.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Phạm Văn Tuyền NGHIÊN CỨU CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI KẾT NỐI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC T.S Nguyễn Xuân Hoàng Việt Hà Nội – 2014
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iv LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .......................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................. viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................2 Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN .............................4 1.1. Định nghĩa và phân loại nguồn điện phân tán...................................................4 1.1.1. Định nghĩa nguồn điện phân tán .................................................................4 1.1.2. Đặc tính công suất của nguồn điện phân tán ..............................................5 1.1.3. Phân loại nguồn phân tán ............................................................................6 1.2. Các công nghệ phát điện phân tán ....................................................................7 1.2.1. Tổ hợp máy phát điện - động cơ đốt trong .................................................7 1.2.2. Tổ hợp máy phát điện – tuabin khí .............................................................8 1.2.3. Thủy điện nhỏ ...........................................................................................10 1.2.4. Nguồn điện sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) ..................................12 1.2.5. Nguồn điện sử dụng năng lượng gió .........................................................14 i
1.2.6. Pin nhiên liệu (Fuel cell) ...........................................................................17 1.2.7. Điện sinh khối (Biomass)..........................................................................18 1.3. Tác động của nguồn điện phân tán đến hệ thống điện ....................................19 1.3.1. Lợi ích của nguồn điện phân tán ...............................................................19 1.3.2. Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán ........................................................20 1.4. Bài toán vận hành lưới điện phân phối có nguồn phân tán .............................21 CHƯƠNG 2: YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẤU NỐI VÀO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ...........................................................23 2.1. Yêu cầu kỹ thuật của Việt Nam đối với nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp [1] .....................................................................................................23 2.2. Quy định kỹ thuật của một số quốc gia trên thế giới ......................................28 2.2.1. Quy định đấu nối của hệ thống điện các nước Bắc Âu [3] .......................28 2.2.2. Quy định đấu nối nguồn điện phân tán vào hệ thống điện của bang Texas, Hoa Kỳ [4] ..........................................................................................................30 2.2.3. Quy định đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện của IEEE [2] .........33 2.2.4. Quy định về thông số bảo vệ khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện của một số quốc gia khác ............................................................................34 2.3. Đánh giá về những quy định kỹ thuật đối với nguồn điện phân tán ...............36 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Ở VIỆT NAM .............................38 3.1. Xu hướng phát triển DG trong lưới điện phân phối (LĐPP) ở Việt Nam ......38 3.2. Phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối ở Việt Nam ........................................................................................................................39 3.2.1. Mô hình nghiên cứu ..................................................................................39 ii
3.2.2. Phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến điện áp lưới điện ......42 3.2.3. Phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến bảo vệ hệ thống ........46 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................50 4.1. Kết luận ...........................................................................................................50 4.2. Kiến nghị và đề xuất .......................................................................................51 4.3. Hướng phát triển của đề tài .............................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................54 PHỤ LỤC .................................................................................................................64 iii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng kết quả của người khác. Tác giả Phạm Văn Tuyền iv
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của các thầy cô ở Viện Điện, Viện Sau Đại Học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp cùng tập thể lớp cao học Hệ thống điện 2012B đã cung cấp kiến thức, tài liệu và các thông tin có liên quan đến đề tài này. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này. Tôi cũng chân thành cảm ơn tập thể cơ quan, bạn bè, gia đình và những người thân của tôi, những người luôn ở bên cạnh an ủi và là nguồn động viên to lớn giúp tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian qua. Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắc chắn chưa đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đã nêu ra. Tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn! v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DCS Distributed Control System (Hệ thống điều khiển phân tán) D-FACTS Distribution-Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện linh hoạt dùng cho lưới phân phối) HTĐ Hệ thống điện LĐPP Lưới điện phân phối NLMT Năng lượng mặt trời MBA Máy biến áp PV Photovoltaic – Pin năng lượng mặt trời RTU Remote Terminal Unit (Thiết bị đầu cuối từ xa) SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (Hệ thống thu thập số liệu để phục vụ việc giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống điện) TĐL Tự động đóng lại TBA Trạm biến áp vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc tính kỹ thuật của một số loại pin nhiên liệu ......................................17 Bảng 2.1: Quy định vùng tần số và điện áp làm việc của nguồn điện trên lưới .......31 Bảng 2.2: Giới hạn dòng hài theo IEEE 519-1992 ...................................................32 Bảng 2.3: Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ và hệ thống thông tin liên lạc khi đấu nối nguồn điện phân tán. ...........................................................................................32 Bảng 2.4: Quy định dải điện áp làm việc của nguồn điện trên lưới ..........................33 Bảng 2.5: Quy định vùng tần số của nguồn điện trên lưới .......................................33 Bảng 2.6: Giới hạn dòng hài .....................................................................................34 Bảng 2.7: Quy định khi hòa đồng bộ máy phát đồng bộ ..........................................34 Bảng 2.8: Quy định về thông số bảo vệ khi đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện của Vương Quốc Anh [5], [6]. ..................................................................................34 Bảng 2.9: Quy định về thông số bảo vệ khi đấu nối nguồn phân tán vào lưới điện của một số quốc gia khác [7].....................................................................................35 Bảng 3.1: Thông số chính của nhà máy thủy điện Suối Sập 2 ..................................40 Bảng 3.2: Điện áp nút trên đường trục 373 trong các chế độ vận hành khi nhà máy thủy điện Suối Sập 2 phát công suất lớn nhất và khi không vận hành......................42 Bảng 3.3: Điện áp nút trên đường trục 373 trong các chế độ vận hành khi các nhà máy thủy điện Suối Sập 2 và Suối Sập 3 phát công suất lớn nhất ............................44 Bảng 3.4: Điện áp nút trên đường trục 373 trong chế độ phụ tải cực tiểu khi các nhà máy thủy điện Suối Sập 2 và Suối Sập 3 tiêu thụ công suất phản kháng .................45 Bảng 3.5: Ngắn mạch ba pha trên lưới trung áp TBA 110kV Phù Yên ...................47 Bảng 3.6: Dòng ngắn mạch tại đầu xuất tuyến 373 TBA 110kV Phù Yên khi có nhà máy thủy điện Suối Sập 2 trong trường hợp sự cố tại nút Đèo Chẹn .......................48 Bảng 3.7: Dòng ngắn mạch tại đầu xuất tuyến 373 TBA 110kV Phù Yên khi cả hai nhà máy thủy điện cùng vận hành trong trường hợp sự cố tại nút Đèo Chẹn ..........48 Bảng 3.8: Dòng ngắn mạch trên xuất tuyến 373 TBA 110kV Phù Yên khi có sự cố trên xuất tuyến 371 và xuất tuyến 375 ......................................................................49 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ phân loại các loại nguồn phân tán ....................................................6 Hình 1.2. Mô hình tổ máy phát điện điêzen ................................................................7 Hình 1.3. Mô hình máy phát điện tuabin khí chu trình hỗn hợp .................................9 Hình 1.4: Mô hình nhà máy thủy điện kiểu đập........................................................11 Hình 1.5: Mô hình nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn ...............................................11 Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện NLMT ............................................13 Hình 1.7: Mô hình tuabin gió với tốc độ cố định ......................................................14 Hình 1.8: Mô hình tuabin gió có vận tốc biến đổi chỉnh lưu toàn phần ...................15 Hình 1.9: Mô hình tuabin gió với tốc độ thay đổi có bộ biến đổi nối trực tiếp giữa stato và lưới ...............................................................................................................16 Hình 1.10: Cấu trúc bài toán nghiên cứu ảnh hưởng của DG đến LĐPP .................22 Hình 2.1: Quy định tần số và điện áp làm việc của nguồn điện trên lưới .................29 Hình 2.2: Quy định về khả năng hoạt động của nguồn điện khi cố sự cố ................30 Hình 3.1: Sơ đồ lưới điện trung áp trạm biến áp 110kV Phù Yên ............................41 Hình 3.2: Phân bố điện áp nút trên đường trục lộ 373 khi TĐ Suối Sập 2 không phát điện ....................................................................................................................43 Hình 3.3: Phân bố điện áp nút trên đường trục lộ 373 khi TĐ Suối Sập 2 phát công suất lớn nhất ..............................................................................................................43 Hình 3.4: Phân bố điện áp nút trên đường trục lộ 373 khi TĐ Suối Sập 2 và Suối Sập 3 phát công suất lớn nhất...................................................................................44 Hình 3.5: Phân bố điện áp nút trên đường trục lộ 373 khi TĐ Suối Sập 2 và Suối Sập 3 tiêu thụ công suất phản kháng ........................................................................45 viii
MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội là sự gia tăng của phụ tải điện, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư xây dựng các nhà máy điện cũng như phát triển và hoàn thiện hệ thống truyền tải và phân phối.Vấn đề đặt ra này khó giải quyết triệt để do vốn đầu tư cao, thời gian thu hồi vốn lớn, việc xây dựng hay kéo dài đường dây truyền tải để cung cấp điện cho các khu vực có mật độ phụ tải nhỏ sẽ khó đảm bảo được các chỉ tiêu kinh tế và chất lượng điện áp. Do đó, hướng giải quyết được đánh giá là có nhiều hiệu quả và cũng là xu thế hiện nay là phát triển các nguồn điện phân tán (Distributed Generation - DG) như: Điêzel, thuỷ điện nhỏ, điện mặt trời, điện gió... để cung cấp điện tại chỗ cho phụ tải, góp phần giảm áp lực về nguồn cho lưới điện Quốc gia. Ở nước ta trong thời gian gần đây, DG đã và đang phát triển mạnh mẽ, một số lượng lớn các nguồn DG được triển khai xây dựng và đấu nối vào lưới điện phân phối. Nhưng qua thực tế vận hành các lưới điện phân phối với những DG này cũng đã đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết. Thông tư số 32/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương ban hành ngày 30 tháng 7 năm 2010 về “Quy định hệ thống điện phân phối” cũng đưa ra những quy định kĩ thuật vận hành nguồn điện trong lưới phân phối đối với tần số, điện áp và bảo vệ hệ thống điện.Tuy nhiên quy định này chưa yêu cầu xem xét cụ thể đến sự thay đổi và những ảnh hưởng khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối. Trong khi đó thực tế một số nguồn điện phân tán vận hành đấu nối vào lưới phân phối đang gây nên những ảnh hưởng đến lưới điện phân phối như điện áp trên lưới tăng cao, thu hẹp phạm vi bảo vệ của rơle... Qui định trong thông tư 32/2010/TT-BCT được áp dụng cho cả cấp điện áp 110kV, trung áp và hạ áp đang gây nên những khó khăn nhất định cho đơn vị phân phối điện cũng như nhà máy điện. Đó chưa kể đến những ảnh hưởng có thể có khi đấu nối nguồn điện từ năng lượng tái tạo khác trong tương lai. Trong nước một số bài báo, nghiên cứu khoa học và luận án tốt nghiệp sau 1
đại học cũng đã bước đầu đề cập đến ảnh hưởng của nguồn điện phân tán khi kết nối vào lưới điện trung áp. Những tài liệu này chủ yếu tập trung nghiên cứu tác động của nguồn điện phân tán đến ổn định điện áp và tổn thất công suất trên lưới điện khi kết nối vào lưới trung áp. Các nghiên cứu này chưa phân tích, đánh giá đầy đủ những ảnh hưởng khác của nguồn điện phân tán khi đấu nối vào lưới phân phối cũng như chưa đưa ra những giải pháp kỹ thuật có tính chất toàn diện, lâu dài. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của nguồn điện khi đấu nối vào lưới điện phân phối. Các nghiên cứu này thường giải quyết những vấn đề của từng quốc gia, từng khu vực hoặc dự án cụ thể. Nhiều quốc gia đã có những yêu cầu kĩ thuật riêng, chi tiết đối với nguồn điện đấu nối vào lưới điện phân phối theo từng cấp điện áp (110kV, trung áp và hạ áp) hoặc quy mô công suất của nguồn điện. Xuất phát từ đòi hỏi cần thiết phải có nghiên cứu hoạt động của nguồn điện phân tán trong lưới điện phân phối Việt Nam, đề tài “Nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện phân tán với lưới điện phân phối” là hết sức cần thiết nhằm giải quyết và hạn chế ảnh hưởng của nguồn điện này đối với lưới điện phân phối trên phạm vi toàn quốc, trong hiện tại cũng như tương lai. Mục tiêu nghiên cứu Trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến hệ thống điện, căn cứ vào thông tư số 32/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương, những tiêu chuẩn đấu nối hiện hành của một số quốc gia đề xuất một số giải pháp kỹ thuật giải quyết và hạn chế, có xét đến tính khả thi khi áp dụng vào Việt Nam đối với những ảnh hưởng khi đấu nối nhà máy điện vào lưới điện phân phối. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Những nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện phân phối trong hệ thống điện Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu các yêu cầu kỹ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp. 2
Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mô phỏng Phương pháp phân tích tài liệu và tổng hợp số liệu. Phương pháp hệ thống hoá trên cơ sở tổng hợp các số liệu, tư liệu, chụp ảnh, lập bảng biểu, sơ đồ. Phương pháp phân tích so sánh, đối chiếu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu nhằm tìm ra các giải phá pkỹ thuật khi đấu nối các nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối nói chung, hay lưới điện trung áp nói riêng. Ý nghĩa thực tiễn: Các đề xuất của Luận văn là tài liệu kỹ thuật tham khảo hữu ích cho các đơn vị quản lý, vận hành lưới điện phân phối, chủ đầu tư các dự án nguồn điện phân tán được đấu nối vào lưới điện trung áp trên phạm vi toàn quốc. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 1.1. Định nghĩa và phân loại nguồn điện phân tán 1.1.1. Định nghĩa nguồn điện phân tán Tại Việt Nam, khái niệm nguồn điện phân tán đã xuất hiện trong một số bài báo, nghiên cứu khoa học chuyên ngành cũng như trong luận án tốt nghiệp đại học và sau đại học. Tuy nhiên các tác giả đều chưa đưa ra được định nghĩa về khái niệm này. Hiện nay trên thế giới cũng chưa có định nghĩa thống nhất về nguồn điện phân tán. Một số quốc gia định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện theo các thông số cơ bản như: “nguồn điện phân tán là nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo, không điều khiển tập trung…”; hoặc một số khác căn cứ theo cấp điện áp mà nguồn điện đó đấu nối vào: “nguồn điện phân tán là nguồn điện đấu nối vào lưới điện cung cấp trực tiếp cho phụ tải khách hàng”. Các tổ chức quốc tế cũng đưa ra những định nghĩa khác nhau về nguồn điện phân tán. Các định nghĩa đó như sau: - CIGRE (International Council on Large Electricity Systems) định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện không được quy hoạch tập trung, không được điều khiển tập trung và thường đấu nối vào lưới điện phân phối với quy mô công suất nhỏ hơn 50 hoặc 100MW. - IEA (International Energy Agency) định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện phục vụ trực tiếp phụ tải khách hàng hoặc hỗ trợ cho lưới điện phân phối, được đấu nối vào hệ thống điện ở các cấp điện áp của lưới phân phối. - IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.) định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn phát điện nhỏ hơn những nhà máy điện trung tâm, thường nhỏ hơn hoặc bằng 10MW, cho phép đấu nối vào bất kỳ điểm nào trrong hệ thống điện. - EPRI (Electric Power Research Institute) định nghĩa nguồn điện có công suất từ vài kW đến 50MW và/hoặc các thiết bị lưu điện có vị trí gần phụ tải khách hàng hoặc lưới phân phối và các trạm biến áp truyền tải trung gian là những nguồn điện phân tán. 4
Như vậy, những định nghĩa về nguồn điện phân tán thường căn cứ vào quy mô công suất và cấp điện áp đấu nối. Do chưa có sự thống nhất về quy mô công suất cũng như cấp điện áp đấu nối nên một định nghĩa tổng quan về nguồn điện phân tán là cần thiết. Gần đây, định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện đấu nối trực tiếp vào lưới điện phân phối hoặc đấu nối vào lưới điện của phía khách hàng (so với điểm đặt thiết bị đo đếm) được chấp nhận rộng rãi và phổ biến. Do định nghĩa này xem xét nguồn điện phân tán về vị trí nguồn điện trong hệ thống điện và điểm đấu nối của nguồn điện hơn là xem xét đến quy mô công suất của nguồn điện nên có tính khái quát cao cũng như bao trùm được những đặc điểm kĩ thuật của từng loại nguồn điện này. Định nghĩa này về nguồn điện phân tán được sử dụng trong các nghiên cứu của đề tài. 1.1.2. Đặc tính công suất của nguồn điện phân tán Với đặc tính phụ thuộc tự nhiên nên công nghệ phát điện của các DG cũng khác nhau và có những ảnh hưởng khác nhau đến LĐPP. Để thể hiện sự khác nhau này, nguồn DG thường sẽ được mô hình hoá khi tính toán. Trong các đánh giá sơ bộ, người ta thường mô hình hoá DG theo đặc tính công suất dạng đơn giản, có 4 loại mô hình như sau: - Loại mô hình thứ nhất: chỉ phát công suất tác dụng P, chẳng hạn các tấm pin quang điện; - Loại mô hình thứ hai: chỉ phát công suất phản kháng, làm việc giống như máy bù đồng bộ. - Loại mô hình thứ ba: phát công suất tác dụng P nhưng không phát công suất phản kháng Q, thậm chí tiêu thụ công suất phản kháng (các tuabin gió). - Loại mô hình thứ tư: phát đồng thời cả công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q (các DG sử dụng máy phát điện đồng bộ như: thuỷ điện nhỏ, Điezel, Biomass...). Với các đặc tính trên dễ thấy: DG sẽ có những ảnh hưởng khác nhau đối với LĐPP. Chẳng hạn với các DG loại thứ nhất và thứ ba thì chúng có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện áp. Còn với mô hình loại 2 và mô hình 4, tuy DG có tác dụng nhất định trong cải thiện chất lượng điện áp, nhưng lại có ảnh 5
hưởng đến cấu hình chung của LĐPP trước và sau khi kết nối DG. 1.1.3. Phân loại nguồn phân tán Các loại nguồn phân tán sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, trong đó công nghệ sử dụng máy phát truyền thống đã được hoàn thiện như động cơ đốt trong, tua- bin khí…và các công nghệ khác đang được phát triển như pin nhiên liệu, pin mặt trời, tua-bin gió… Mỗi loại nguồn phân tán đều có những ưu điểm, hạn chế về đặc tính kỹ thuật và tính kinh tế. Việc lựa chọn công nghệ là nhân tố chính để quyết định về công suất và vị trí lắp đặt của nguồn phân tán. Dưới đây là phân loại một số nguồn điện phân tán chính hiện có trên thế giới [hình 1.1]. Phần lớn những loại nguồn điện này đã xuất hiện và đang được phát triển trong hệ thống điện của Việt Nam. Hình 1.1: Sơ đồ phân loại các loại nguồn phân tán 6
1.2. Các công nghệ phát điện phân tán 1.2.1. Tổ hợp máy phát điện - động cơ đốt trong Động cơ pittông, công nghệ đầu tiên của các loại nguồn phân tán, được phát triển hơn 100 năm, được tiêu thụ nhanh trên thị trường bởi có tính cạnh tranh và độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn và ít bảo dưỡng. Động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi, có công suất từ vài chục kW cho tới 60MW. Nhược điểm lớn nhất của động cơ này là tiếng ồn, chi phí bảo dưỡng lớn và khí thải lớn. Lượng phát thải này có thể giảm được bằng cách thay đổi đặc tính đốt của động cơ. Chi phí lắp đặt và vận hành của động cơ này phụ thuộc vào lượng khí phát thải muốn cắt giảm. Động cơ đốt trong là công nghệ đã được kiểm chứng qua thực tế với tính cạnh tranh cao, dải công suất rộng, có khả năng khởi động nhanh, hiệu suất cao (lên tới 43% cho các hệ thống diesel lớn, 80% đối với micro tuabin), và độ tin cậy cao trong vận hành. Hầu hết các động cơ đốt trong sử dụng cho việc phát điện đều dùng động cơ bốn kỳ. Các động cơ này sử dụng khí tự nhiên, khí biogas hoặc dầu diesel làm nhiên liệu. Nguồn điện có động cơ sử dụng khí tự nhiên có hiệu suất cao và phát thải ít khí NO x hơn động cơ dùng dầu diesel. Hình 1.2. Mô hình tổ máy phát điện điêzen Nguồn: Internet 7
Loại nguồn điện này hiện nay được sử dụng rộng rãi trong cả nước trong đó chủ yếu đóng vai trò là nguồn điện dự phòng hoặc cấp điện cho khu vực chưa có điện lưới quốc gia (khu vực hải đảo…). Một số ít nguồn điện này được đấu nối vào lưới điện trung áp có khả năng hoạt động song song với lưới điện khu vực tại một số thời điểm phụ tải đỉnh theo yêu cầu của đơn vị phân phối điện. Một số đặc tính của máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong: - Hiệu suất cao, chi phí đầu tư thấp và chi phí sản xuất điện cạnh tranh so với nhiều loại công nghệ sử dụng trong nguồn phân tán khác. - Thời gian khởi động ngắn nên có thể sử dụng để phủ đỉnh đồ thị phụ tải hoặc thích hợp cho dự phòng quay. - Phát thải khí CO và NOx nhiều hơn so với tuabin khí. - Chất lượng điện năng không được cao. - Có khả năng hoạt động độc lập và có khả năng khởi động “đen” (black start). 1.2.2. Tổ hợp máy phát điện – tuabin khí Tuabin khí là các thiết bị sử dụng không khí nén dưới áp suất cao kết hợp với nhiên liệu khí hoặc nhiên liệu lỏng được đánh lửa tạo thành hỗn hợp cháy dưới nhiệt độ và áp suất cao. Hỗn hợp này được phun trực tiếp vào các cánh tuabin để làm quay máy phát điện. Loại tuabin khí này được phát triển đầu tiên cho các động cơ máy bay, sau đó được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy nhiệt điện. Đặc biệt là công nghệ chu trình nhiệt điện hỗn hợp. Nhiên liệu của máy phát điện tuabin khí có thể là khí tự nhiên, dầu diezel, khí biogas (khí sinh học)… Hiệu suất của các loại tuabin khí phụ thuộc vào chế độ hoạt động. Hiệu suất cao nhất khi tuabin khí làm việc ở chế độ phụ tải cực đại và giảm dần khi phụ tải giảm. Khi giá thành của các nhiên liệu khí rẻ, các tuabin khí chu trình hỗn hợp được sử dụng để phủ đáy của đồ thị phụ tải. 8
Hình 1.3. Mô hình máy phát điện tuabin khí chu trình hỗn hợp Nguồn: Internet Hiện nay ngoài các nhà máy nhiệt điện khí lớn có vị trí quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam, chưa có nguồn điện sử dụng máy phát điện tuabin khí quy mô vừa và nhỏ. Tuy nhiên, với việc phát triển nguồn chăn nuôi tập trung thì khả năng phát triển nguồn điện sử dụng máy phát điện tuabin khí với nhiên liệu sơ cấp là khí sinh học là hoàn toàn khả thi trong tương lai không xa. Một số đặc tính của máy phát điện tuabin khí: - Chi phí lắp đặt thấp, chi phí nhiên liệu hợp lý. - Lượng khí phát thải nhỏ. - Thích hợp cho chu trình nhiệt điện hỗn hợp - Thời gian khởi động, thay đổi công suất nhỏ. - Hiệu suất điện thấp hơn nhiều so với hiệu suất của cả chu trình nhiệt điện hỗn hợp. 9
1.2.3. Thủy điện nhỏ Nhà máy thủy điện nhỏ biến đổi năng lượng thế năng của nước thành cơ năng quay tuabin máy phát để sản xuất ra điện. Công suất điện được tạo ra bởi thế năng của nước được tính theo công thức: P = η.ρ.g.Q.H Trong đó: P là công suất điện được tạo ra; η là hiệu suất tuabin; ρ là khối lượng riêng của nước, kg/m 3; g là gia tốc trọng trường, m/s2; Q là lưu lượng dòng chảy trên một đơn vị thời gian, m3/s; H là độ cao mực nước, m. Có nhiều loại tuabin khác nhau được sử dụng trong nhà máy thủy điện nhỏ như là Pelton, Turgo, Crossflow, Francis và Kaplan. Mỗi loại được sử dụng với một độ cao mặt nước khác nhau để đảm bảo tốc độ quay thích hợp của tuabin máy phát. Phân loại các nhà máy thủy điện nhỏ: - Theo dòng chảy: + Thủy điện kiểu đập + Thủy điện kiểu kênh dẫn - Theo công suất nhà máy: + Từ 2,5MW tới 30MW: nhà máy thủy điện nhỏ + Từ 100kW tới 2,5MW: nhà máy thủy điện mini + Nhỏ hơn 100kW: máy phát thủy điện cực nhỏ. 10
Hình 1.4: Mô hình nhà máy thủy điện kiểu đập Nguồn:Internet Nguồn thủy điện nhỏ hiện nay đang phát triển nhanh và rộng rãi trên toàn quốc. Hàng năm có thêm hàng chục nhà máy thủy điện nhỏ được đưa vào vận hành, bổ sung lượng công suất và điện năng đáng kể vào hệ thống điện quốc gia. Các nguồn điện này được đấu nối chủ yếu vào lưới điện trung áp, tập trung phần lớn tại khu vực miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ và Tây Nguyên. Hình 1.5: Mô hình nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn Nguồn:Internet 11