Phân tích ổn định kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện truyền tải 110kV - Tỉnh Bến Tre

Chia sẻ: Sở Trí Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này trình bày việc nghiên cứu tính toán thiết kế nhà máy điện gió kết nối vào lưới điện truyền tải của tỉnh Bến Tre. Trên cơ sở đánh giá tiềm năng gió và dữ liệu đo gió tại huyện Bình Đại - tỉnh Bến Tre đã tính toán công suất lắp đặt nhà máy, số lượng và bố trí trang trại điện gió, sản lượng điện hàng năm thu được. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ổn định kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện truyền tải 110kV - Tỉnh Bến Tre

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 110KV - TỈNH BẾN TRE Cao Minh Tiến1,a, Nguyễn Hữu Vinh2,b, Nguyễn Quốc Thới3,c, Nguyễn Hùng3,d 1 Trƣờng Đại học Thông tin liên lạc 2 Tổng công ty Điện lực Tp.Hồ Chí Minh 3 Trƣờng Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh Email: acaominhtienkvtd@gmail.com, bhuuvinhdct@gmail.com, c thoidgbl@gmail.com, dn.hung@hutech.edu.vn TÓM TẮT Bài báo này trình bày việc nghiên cứu tính toán thiết kế nhà máy điện gió kết nối vào lƣới điện truyền tải của tỉnh Bến Tre. Trên cơ sở đánh giá tiềm năng gió và dữ liệu đo gió tại huyện Bình Đại -tỉnh Bến Tre đã tính toán công suất lắp đặt nhà máy, số lƣợng và bố trí trang trại điện gió, sản lƣợng điện hàng năm thu đƣợc. Lựa chọn phƣơng án kết nối nhà máy với lƣới điện truyền tải 110kV Bến Tre và phân tích ổn định của lƣới điện trong các chế độ vận hành bình thƣờng và sự cố. Kết quả cho thấy tính khả thi về mặt kỹ thuật của dự án góp phần vào việc đảm bảo nguồn cung cấp điện cho nhu cầu phát triển phụ tải không ngừng tăng cao trong khu vực. Từ khóa: Nhà máy điện gió, Máy phát điện gió nguồn kép (DFIG), Lƣới điện truyền tải. 1. GIỚI THIỆU Phát triển năng lƣợng bền vững là mối quan tâm hàng đầu của các nƣớc trên thế giới nhằm đảm bảo nguồn cung ứng điện lâu dài và giảm thiểu các tác hại đến môi trƣờng. Hiện nay các dạng năng lƣợng hoá thạch nhƣ than, dầu mỏ… đang cạn dần, đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do việc đốt nhiên liệu gây ra ngày càng trầm trọng, các nƣớc có xu hƣớng tìm nguồn năng lƣợng sạch để thay thế. Trong đó năng lƣợng gió đƣợc chọn là nguồn năng lƣợng thay thế trong tƣơng lai, trong chiến lƣợc năng lƣợng của các quốc gia trên thế giới có tiềm năng về năng lƣợng gió. Việt Nam là nƣớc thuộc vùng Đông Nam Á có tài nguyên gió lớn không những trên các vùng biển mà cả trên đất liền. Theo Chính sách năng lƣợng Việt Nam, các doanh nghiệp phát điện đến năm 2020 có 5% công suất nguồn sử dụng nguồn năng lƣợng mới và tái tạo. Theo Quyết định điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 thì đến năm 2020 công suất lắp đặt của phong điện khoảng 800MW, đến năm 2025 khoảng 2.000MW, và đến năm 2030 là 6.000MW. Điện năng sản xuất từ nguồn phong điện chiếm 0,8% vào năm 2020, chiếm 1% vào năm 2025 và chiếm 2,1% vào năm 2030 [1]. Atlas tiềm năng gió cho thấy, các khu vực có tiềm năng gió đƣợc tập trung ở khu vực duyên hải các tỉnh phía Nam Việt Nam. Tổng diện tích đƣợc đánh giá có tiềm năng gió vào loại khá trở lên (có vận tốc trung bình năm tại độ cao lắp turbine từ 6m/s trở lên), ở độ cao tiêu biểu lắp tua bin (80m) là 2.659 km2, chiếm tỉ lệ 0,8% diện tích cả nƣớc, với tổng công suất điện gió ƣớc đạt khoảng 10.637 MW. Theo tài liệu này, khu 1470
vực xã Thới Thuận - huyện Bình Đại - tỉnh Bến Tre nằm trong khu vực có vận tốc gió bình quân ở độ cao 80m từ 5,75-6,25m/s [1]. Với các đặc điểm trên, việc xây dựng nhà máy điện gió ở tỉnh Bến Tre là cần thiết, nhà máy là nguồn phát và liên kết với hệ thống điện lƣới quốc gia là hợp lý nhằm cung cấp bổ sung nguồn điện cho tỉnh Bến Tre nói riêng và cho Việt Nam nói chung. Đây là một dự án sử dụng năng lƣợng tái tạo và sạch, không phát thải khí nhà kính, không gây ra chất gây ô nhiễm môi trƣờng, đƣợc áp dụng tại khu vực có tiềm năng năng lƣợng gió tốt, có tính khả thi cao, đƣợc chính phủ khuyến kích đầu tƣ. Điện gió giúp tạo ra công ăn việc làm cho các địa phƣơng, tăng thu nhập ở các địa phƣơng có nhà máy điện gió, đồng thời góp phần vào an ninh năng của quốc gia. 2. HIỆN TRẠNG LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC Lưới điện 220kV: Trên địa bàn tỉnh Bến Tre có 02 trạm biến áp 220kV Bến Tre và Mỏ Cày cấp điện cho lƣới điện 110kV của tỉnh, ngoài ra tỉnh Bến Tre còn đƣợc cấp điện từ trạm 220kV Vĩnh Long 2 (125+250) MVA tỉnh Vĩnh Long và trạm 220kV Mỹ Tho 2 (125+250)MVA tỉnh Tiền Giang. Lưới điện 110kV: Hiện tại trên địa bàn tỉnh Bến Tre có số trạm biến áp 110kV là 6 trạm /8 máy biến áp 110kV với tổng dung lƣợng đặt là 336MVA. Tổng chiều dài đƣờng dây 110kV tỉnh Bến Tre là 166,7km, bao gồm 08 tuyến đƣờng dây 110kV. Phía thanh cái 110kV trạm 220kV Bến Tre có 3 ngăn lộ đƣờng dây ra, phía thanh cái 110kV trạm 110kV Mỏ Cày có 02 ngăn lộ đƣờng dây, phía thanh cái 110kV trạm 220kV Vĩnh Long 2 và Mỹ Tho 2 có 02 ngăn lộ đƣờng dây ra và tuyến đƣờng dây còn lại là nhánh rẽ Giồng Trôm - Bình Đại. Sơ đồ lƣới điện truyền tải 220kV và 110kV tỉnh Bến Tre đƣợc trình bày trên Hình 1. Các kết quả phân tích trào lƣu công suất trên các đƣờng dây hiện hữu không quá 70%, đa phần dƣới 50% giới hạn. Hình 1. Sơ đồ lƣới điện truyền tải 220kV và 110kV tỉnh Bến Tre [2] 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI LƢỚI 110KV – TỈNH BẾN TRE . Đánh giá tiềm năng gió Vị trí cột đo gió đƣợc lắp đặt tại địa phận ấp Thới Bình, xã Thới Thuận, huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre; nằm phía Tây Nam của khu vực dự án. Toạ độ địa lý của cột đo: 10002‘40.2‘‘ N, 106041‘48.5‘‘E. Hiện trạng khu vực trạm đo là đất trống ven biển. 1471
3.2 Thiết bị và thời gian đo đạt Thời gian đo gió đƣợc thực hiện từ ngày 29/5/2011 đến ngày 10/6/2012. Thiết bị đo đạc gắn trên cột cao 80 mét gồm 20 đoạn, mỗi đoạn 4m. Cột hình kim đứng cố định bằng hệ dây neo và móng neo, cột đƣợc gia công bằng liên kết hàn với thép ống và thép tròn, các đoạn cột đƣợc liên kết với nhau bằng bu lông. Tốc độ gió trung bình tháng của cột đo gió tại khu vực dự án đƣợc tổng hợp nhƣ trong Bảng 2. Bảng 2. Thống kê số liệu gió trung bình tháng Tháng Trung bình Độ cao 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 (m/s) 78m (Ch1) 5,6 5,6 5,1 6,3 5,8 6,0 5,3 7,6 6,9 6,4 5,4 4,9 5,9 76m(Ch2) 5,6 5,6 5,1 6,3 5,7 6,0 5,3 7,6 6,8 6,3 5,4 4,9 5,9 62m(Ch3) 5,2 5,3 4,8 6,0 5,5 5,8 5,1 7,2 6,5 6,1 5,2 4,7 5,6 40m(Ch14) 4,8 4,9 4,5 5,5 4,9 5,1 4,6 6,6 6,1 5,7 4,9 4,2 5,1 10m(Ch15) 3,6 3,7 3,4 4,1 3,7 3,9 3,5 5,2 4,7 4,3 3,7 3,1 3,9 Nhận xét: – Tốc độ gió trung bình trong năm của khu vực dự án ở độ cao 78m là 5,9m/s, năng lƣợng gió đƣợc phân bố đều trong năm, mạnh nhất từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, yếu nhất vào các tháng chuyển mùa khoảng tháng 4 và 10. – Các hƣớng gió chính tại khu vực: Đông (E), Đông Đông Nam (ESE), Đông Nam (SE), Tây (W), Tây Tây Nam (WSW). – Tốc độ gió tƣơng đối đều giữa các giờ trong ngày và giữa các tháng trong năm; tần suất gió phục vụ phát điện cao, chiếm 88,4% thời gian trong năm. – Sự biến đổi tốc độ gió theo độ cao ở khu vực này tƣơng đối rõ rệt. – Mật độ rối khu vực thuộc nhóm C: mức yếu. 3.3 Lựa chọn tua bin gió Việc chọn tua bin cho nhà máy đƣợc xem xét gam công suất trên 3.0MW của các hãng điện gió hàng đầu hiện nay. Hiện nay các hãng tua bin hàng đầu trên thế giới có gam công suất khoảng 3.0MW trở lên bao gồm các gam công suất cơ bản là: 3,0MW; 3,3MW và 3,5MW. Kết quả tính toán sơ bộ bằng phần mềm WinPro 3.1.597 lựa chọn các loại gam công suất phù hợp với vùng của khu vực dự án nhƣ Bảng 3: Bảng 3. Kết quả tính toán sản lƣợng điện sơ bộ Phƣơng Công Gam công Loại tua bin Số lƣợng Sản lƣợng điện Hiệu Hệ số án suất trại suất điển hình tua bin (MWh/năm/ suất công gió MW tua bin) trại gió suất (MW) (%) (%) 1 29,7 3,3 G132-3.3 9 9257,0 92,5 32,0 2 28,8 3,2 GE-3.2-130 9 8874,3 92,6 31,6 3 30 3,0 VENSYS130 10 8951,3 90,7 34,0 4 30 3,0 GW140/3.0 10 9453,8 91,0 35,9 5 30 3,0 V126-3.0 10 8157,9 91,4 31,0 1472
Kết quả tính toán nhƣ trong bảng tổng hợp trên cho thấy với diện tích dự án đã đƣợc cho nghiên cứu khảo sát là 431ha và công suất dự kiến khoảng 30MW, thì hệ số công suất dao động từ 31,0% đến 35,9% tùy theo loại tua bin. Tua bin GW140-3.0 cho hiệu suất cao nhất là 35,9% nên đề án kiến nghị chọn loại tua bin này để tính toán cho nhà máy. Mặt bằng bố trí các tua bin của nhà máy đƣợc trình bày trên Hình 2. Nhà máy điện gió Bến Tre dự kiến đầu tƣ với công suất 30MW đƣợc bố trí trên diện tích 431ha. Theo bản đồ mã màu ở độ cao 100m, khu vực dự án có vận tốc gió hầu nhƣ không có sự thay đổi đáng kể và dao động từ 6,19m/s đến 6,38m/s, do đó việc lựa chọn vị trí tua bin sẽ thuận lợi hơn. Việc bố trí tua bin cần xem xét các công trình hiện hữu lân cận và các công trình quy hoạch trong khu vực dự án, mặt bằng bố trí bao gồm 10 tua bin dự kiến đƣợc bố trí trãi đều quanh khu vực dự án và không ảnh hƣởng tới đất rừng phòng hộ, không ảnh hƣởng tới các công trình hiện hữu cũng nhƣ các công trình đã đƣợc quy hoạch. Hình 2. Bản đồ gió và phân bố vị trí các tua bin 3.4 Sản lƣợng điện hàng năm Sản lƣợng điện hàng năm (gross/P50) của trang trại gió đƣợc tính toán bởi phần mềm Windpro 3.1.597. Để ƣớc tính sản lƣợng điện thực tế cho nhà máy các tổn thất/hiệu suất đƣợc xem xét tính toán trong phần mềm bao gồm: – Tổn thất che chắn (wake loss) và tính khả dụng của toàn trại gió: 9,0%. – Tính khả dụng của lƣới điện: 2,0% – Đặc tính công suất tua bin ƣớc khoảng: 1,0%; – Quá trình biến đổi điện truyền tải điện: 3,0%; – Tổn thất do ảnh hƣởng môi trƣờng nhƣ do nhiệt độ tăng cao ƣớc tính khoảng: 1,0%; – Tổn thất do bảo dƣỡng định kỳ là: 1,0%; Tổng hợp các tổn thất nêu trên ta có đƣợc hiệu suất tổng của nhà máy là: 83,94% (tổn thất 16,06%) Tổn thất = 1-(1-9.0%)*(1-2.0%)*(1-1%)*(1-3%)*(1-1%)*(1-1%) = 16,06%. Từ đó sản lƣợng hàng năm ƣớc tính cho nhà máy nhƣ Bảng 4: 1473
Bảng 4. Sản lƣợng điện ƣớc tính hàng năm Công suất Sản lƣợng Tổn thất Sản lƣợng Hệ số công Loại tua bin (gross) 16,06% (net)/năm trại gió (MW) suất (net) (GWh/năm) (GWh/năm) (GWh) GW-3.0 30 103,89 16,689 87,2 33,18% Nhƣ vậy sản lƣợng điện hàng năm của dự án là 87,2GWh, giờ đầy tải tƣơng đƣơng là 2906h, hệ số công suất trung bình là 33,18%. 3.5 Phân tích ổn định kết nối nhà máy điện gió vào lƣới điện 110kv tỉnh Bến Tre Chọn phƣơng án xây dựng mới tuyến đƣờng dây 110kV mạch kép đấu nối về TBA 110kV Bình Đại hiện hữu nằm trên địa bàn các xã Thới Thuận, Thạnh Phƣớc, Đại Hòa Lộc, Thạnh Trị và Bình Thới, huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre; với chiều dài 17,67km. Kết quả tính toán trào lƣu công suất trên phần mềm PSSE-30 cho sơ đồ lƣới điện truyền tải khu vực tỉnh Bến Tre với phụ tải tại các TBA 110kV cập nhật theo Quy hoạch điện lực tỉnh Bến Tre trong các chế độ vận hành bình thƣờng và sự cố khác nhau đƣợc trình bày trong Bảng 5. Bảng 5. Kết quả tính toán trào lƣu công suất Mức Mang tải Năm TT Trƣờng hợp Phần tử xem xét mang tải Nhận xét P (MW) Q (MVar) % ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 1 Vận hành bình thƣờng 28,7 4,1 30,6 gió – Bình Đại thƣờng Sự cố ĐD110kV Giao ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 2020 2 28,7 2,4 30,6 Long -Phú Thuận gió – Bình Đại thƣờng Sự cố ĐD110kV Giồng ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 3 28,7 3,8 30,6 Trôm - Bình Đại gió – Bình Đại thƣờng ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 1 Vận hành bình thƣờng 28,7 2,4 30,6 gió – Bình Đại thƣờng Sự cố ĐD110kV Bến ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 2025 2 28,7 7,1 30,6 Tre -Phong Nẫm gió – Bình Đại thƣờng Sự cố ĐD110kV Giao ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 3 28,7 7,5 30,6 Long -Phú Thuận gió – Bình Đại thƣờng ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 1 Vận hành bình thƣờng 28,7 14,5 30,6 gió – Bình Đại thƣờng Sự cố ĐD110kV Giao ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 2030 2 28,7 17,1 30,6 Long -Phú Thuận gió – Bình Đại thƣờng Sự cố ĐD110kV Bình ĐD 110kV NMĐ Vận hành bình 3 28,7 13,8 30,6 Đại - ĐG Thừa Đức 1 gió – Bình Đại thƣờng Dựa vào kết quả tính toán trào lƣu công suất trên, có thể thấy rằng khi hoàn thành lắp đặt nhà máy 30MW, các đƣờng dây đấu nối của nhà máy điện gió vào lƣới 110kV tỉnh Bến Tre đều đảm bảo ổn định trong các chế độ vận hành bình thƣờng và sự cố [3]. 4. KẾT LUẬN 1474
Bài báo này trình bày việc nghiên cứu tính toán thiết kế nhà máy điện gió kết nối vào lƣới điện truyền tải của tỉnh Bến Tre. Trên cơ sở đánh giá tiềm năng gió và dữ liệu đo gió tại huyện Bình Đại -tỉnh Bến Tre đã tính toán công suất lắp đặt nhà máy, số lƣợng và bố trí trang trại điện gió, sản lƣợng điện hàng năm thu đƣợc. Lựa chọn phƣơng án kết nối nhà máy với lƣới điện truyền tải 110kV Bến Tre và phân tích ổn định của lƣới điện trong các chế độ vận hành bình thƣờng và sự cố. Kết quả cho thấy tính khả thi về mặt kỹ thuật của dự án góp phần vào việc đảm bảo nguồn cung cấp điện cho nhu cầu phát triển phụ tải không ngừng tăng cao trong khu vực. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu ―Wind Resource of VietNam‖ của Ngân hàng Thế giới tháng 12 năm 2010. [2] Quyết định số 4259/QĐ-BCT ngày 23/08/2011 của Bộ Công Thƣơng về việc phê duyệt ― Qui hoạch phát triển điện lực tỉnh Bến Tre giai đoạn 2011-2015 có xét đến năm 2020‖, 2011. [3] Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, Won-Pyo Hong, 2008; ―Active Use of DFIGBased Variable-Speech Wind-Turbine for Voltage Regulation,‖ IEE transactions on industry applications, vol.44, no.6, November/December 2008. 1475