Đang tải... (xem toàn văn)
Theo thống kê, đến cuối năm 2009, CS lắp đặt của toàn hệ thống điện (HTĐ) là 19.378 MW, sản lượng điện sản xuất đạt 83 tỷ kWh. Tính đến hết năm 2008 tổng chiều dài đường dây truyền tải và phân phối là 306.000 km và 89.600 MVA là tổng dung lượng trạm biến áp ở các cấp điện áp
Chương TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY TỔNG QUAN Năng lượng nhu cầu thiếu cho sống Nhân loại, để tồn Con người phải cần dạng NL yếu sau: - Nhiệt năng: tối cần thiết cho sống hầu hết ngành sản xuất, nhiệt tạo từ: điện, than, dầu, khí đốt, nhiệt từ mặt trời, từ sinh khối… - Quang năng: cần thiết cho trình lao động sản xuất, sinh hoạt Con người, quang tạo từ điện, dầu hỏa, chế phẩm sinh học… - Cơ năng: dạng NL giúp giải phóng Con người thoát khỏi lao lực bắp, thường biến đổi từ: điện, than, dầu, sức nước, sức gió…; - Nước sạch: 70% bề mặt địa cầu nước, với tốc độ phát triển CN vũ bão làm nguồn nước dần ô nhiễm khan hiếm, nước nhu cầu xúc nhiều nơi Thế giới, Việt Nam không ngoại lệ Để có cơ, nhiệt hay quang phải qua trình biến đổi (hình 2.1) từ nhiên liệu hóa thạch chủ lực, số biến đổi từ dạng lượng tái tạo (NLTT) thông qua NL trung gian điện Nguồn nhiên liệu hóa thạch cải vơ giá thiên nhiên ban tặng, khai thác triệt để từ hàng trăm năm khắp nơi Thế giới (TG) Con người khai thác nguồn nhiên liệu nào? Liệu khai thác đến bao giờ? Ví nguồn nhiên liệu cạn kiệt, có loại khác thay hay không? Những câu hỏi trình bày chi tiết chương này, cụ thể là: - Khái quát trạng khai thác sử dụng NL TG Việt Nam; - Khái quát sản xuất nhu cầu điện Việt Nam; GV: Ths Lại Minh Học Page HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NL TRÊN TG 2.1 Hiện trạng khai thác sử dụng NL hóa thạch Như đề cập, NL tự nhiên giúp Nhân loại tồn phát triển, giúp xã hội ngày văn minh, đại Thế nhưng, nguồn tài ngun q giá có vơ tận? tận thu triệt để có giải pháp tối ưu? Câu trả lời chắn không, nguồn tài nguyên cạn kiệt, sớm hay muộn, điều thời gian phụ thuộc vào ý thức sử dụng người Theo báo cáo Cơ quan NL Quốc tế (IEA) vào tháng 7/2007 “sản lượng dầu lửa tồn cầu đạt 96 triệu thùng/ngày vào năm 2012, khó thể vượt số khám phá hoi” 82,2% trữ lượng dầu mỏ TG tập trung Nga, vùng Vịnh Trung Đơng; 55,8% nguồn cung khí đốt cho toàn cầu chủ yếu ba nước Nga, Iran Qatar Nga chiếm 10% trữ lượng dầu mỏ, 20% trữ lượng than 7% lượng khí thiên nhiên Với trữ lượng vậy, Nga đứng đầu TG khí đốt, thứ hai dầu mỏ nguồn cung cấp than, urani quan trọng Song, theo nhiều nghiên cứu, khoảng 20 – 30 năm tài nguyên Nga chẳng lại lại bao Saudia Arabia chiếm 25% dầu mỏ toàn cầu, nước sản xuất xuất dầu thô hàng đầu TG Dầu mỏ khí đốt kinh tế quan trọng bậc khu vực Arab Từ năm 1970, dầu mỏ đem lại hưng thịnh cho khu vực Nhưng trữ lượng dầu Saudia Arabia sụt giảm đa phần lớn mỏ dầu khai thác nửa kỷ qua ngày khó khai thác Khơng riêng dầu mỏ; nguồn cung khí đốt, than urani suy giảm sau đến hai thập kỷ Để khai thác than người ta phải đào sâu vào lòng đất, làm tăng chi phí mức độ nguy hiểm Điển hình Trung Quốc, khai thác than công việc nguy hiểm Gần nhất, tai nạn nổ hầm lò Pakistan cướp sinh mạng gần 50 công nhân Có thể phát biểu rằng: “than sản phẩm máu, nước mắt sinh mạng người thợ mỏ” Tổng NL sơ cấp tiêu thụ hàng năm toàn TG tăng 10 lần Thế kỷ XX, thống kê năm 2002 ước đạt gần 451 EJ (exa-joules; 1EJ = 10 18J) hay ước chừng 10.800 Mtoe Trong nhiên liệu hố thạch cung cấp ¾ tổng số Người ta tính được, NL tiêu thụ bình qn đầu người tương đương lít dầu ngày Với tốc độ tiêu thụ tại, câu hỏi đặt là: nguồn nhiên liệu hoá thạch cạn kiệt? Câu trả lời thống kê bảng 2.1 biểu đồ hình 2.2 Bảng 2.1: Tiềm lại nhiên liệu hóa thạch TT Nhiên liệu Tiềm lại [năm] Than 200 Dầu 40 Khí đốt loại 60 Nhìn vào hình 2.2, nhận thấy: nhiên liệu lỏng đạt đỉnh khai thác khoảng 2005 – 2015 Khí thiên nhiên đạt đỉnh khoảng năm 2030 Từ trở đi, nhìn chung nguồn NL dần cạn kiệt đến đầu Thế kỹ XXII trữ lượng lại khơng đáng kể GV: Ths Lại Minh Học Page 2.2 Năng lượng tái tạo – nguồn tài nguyên vô giá Từ năm 70 Thế kỷ trước, nước tiên tiến bắt đầu nghiên cứu ứng dụng NLTT nhằm thay dần NL truyền thống Điển hình Quốc gia: Brasil (sinh khối); Đức, Đan Mạch, Hà Lan, Tây Ban Nha (gió); Nhật Bản (mặt trời) Mỹ (gió, sinh khối…) Theo thống kê, khai thác sử dụng NLTT tăng từ 6% lên 7% vòng từ năm 2004 đến năm 2007 Trong đó, đứng đầu thủy điện sinh khối; tiếp sau gió, địa nhiệt NL mặt trời (xem hình 2.3 2.4) HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NL TẠI VIỆT NAM 3.1 Tình hình khai thác sử dụng điện Việt Nam Theo thống kê, đến cuối năm 2009, CS lắp đặt toàn hệ thống điện (HTĐ) 19.378 MW, sản lượng điện sản xuất đạt 83 tỷ kWh Tính đến hết năm 2008 tổng chiều dài đường dây truyền tải phân phối 306.000 km 89.600 MVA tổng dung lượng trạm biến áp cấp điện áp GV: Ths Lại Minh Học Page Hình 2.5 Sản lượng điện thương phẩm từ năm 1997 – 2005 Tốc độ tăng trưởng bình quân sản lượng điện năm gần mức cao (10% – 17%) Hình 2.5 trình bày số liệu cụ thể vấn đề Còn hình 2.6 quan hệ tăng trưởng điện tăng trưởng GDP, theo thấy rằng: nhu cầu điện ngày cao gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP Hình 2.6 Tăng trưởng điện so với tăng trưởng GDP từ 1997 – 2005 Bảng 2.2 thống kê cấu trúc nguồn cung cấp điện hệ thống từ năm 2003 đến năm 2009 đồ thị năm 2009 cho hình 2.7 Bảng 2.2: Cấu trúc nguồn cung cấp điện từ năm 2003 – 2009 Công suất tương ứng hàng năm [MW] Thủy điện Nhiệt điện than Nhiệt điện dầu Gas turbine Diesel, Thủy điện nhỏ IPP/BOT Nhập Tổng GV: Ths Lại Minh Học 2003 4.069 1.245 200 2.467 2004 4.069 1.245 200 3.084 2005 4.069 1.245 200 3.084 2006 4.383 1.245 200 3.248 2007 4.393 1.545 205 3.248 2008 5.257 1.545 200 3.263 2009 6.362 1.845 584 3.263 Tỉ lệ 2009 36,0% 10,5% 3,3% 18,5% 454 454 454 454 454 454 454 2,6% 1.575 1.475 2.324 2.326 3.119 4.494 4.494 100 200 400 550 550 650 10.01 10.62 11.57 12.25 13.51 15.76 17.65 6 25,5% 3,7% Page 100% Theo Quy hoạch điện VI Thủ tướng Chính phủ phê duyệt; để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội với mức tăng GDP khoảng 8,5% – 9%/ năm, dự báo nhu cầu điện tăng mức 17%/ năm phương án sở 20%/ năm cho phương án cao Trong giai đoạn 2006 – 2015, lấy phương án cao phương án điều hành, đồng thời chuẩn bị phương án 22%/ năm cho trường hợp tăng trưởng đột biến Hình 2.7 Biểu đồ tỉ lệ nguồn cung cấp đến năm 2009 Trong hình 2.8 cho thấy toàn cảnh cung – cầu điện cho năm 2015 2020 Màu nhạt khả đáp ứng với nguồn điện; màu đậm nhu cầu điện năng, theo hai kịch bản: mức cao (H) thấp (L) Hình 2.8 Quan hệ cung – cầu điện vào năm 2015 2020 Theo hình 2.8: đến năm 2015, mức chênh lệch cung cầu điện 46,3 TWh (L) 102,4 TWh (H) Còn đến năm 2020, mức chênh lệch cung cầu điện cao nhiều: 159,8 TWh (L) 270,8TWh (H) Căn vào bảng 2.2 thấy rằng: nguồn cung cấp điện Việt Nam phụ thuộc chủ yếu vào thủy điện nhiên liệu hóa thạch Mà hai nguồn dẫn đến hệ lụy không nhỏ cho môi trường sinh thái Hơn nữa, thủy điện – nguồn cung chủ lực gần khai thác hết khả Vào mùa khơ, CS phát nhà máy thủy điện giảm mạnh thiếu hụt nguồn nước, gây thiếu nguồn phát nghiêm trọng tồn hệ thống Đứng trước thách thức đó, cần có giải pháp phù hợp Về ngắn hạn, việc tiết kiệm điện sản xuất sinh hoạt đóng vai trò quan trọng Về lâu dài, cần có chiến lược đảm bảo an ninh NL cách: GV: Ths Lại Minh Học Page Mở rộng khai thác nguồn NL truyền thống; Quan trọng hơn, cần nghiên cứu phát triển nguồn NL mới, đặc biệt nguồn NL NLTT 3.2 Các nguồn NLTT khai thác Việt Nam 3.2.1 Thủy điện Chiếm 36% tổng cấu nguồn điện (chưa kể thủy điện Sơn La 2.400MW) Từ năm 1980, nhà máy Hòa Bình, Trị An vào hoạt động; thủy điện chứng tỏ vai trò chủ lực Thực vậy, nước nghèo, địa hình đồi núi có sơng lớn Việt Nam thủy điện ưu tiên chọn lựa Thủy điện nguồn NLTT tương đối sạch, gây nhiễm giá thành phát điện thấp Tuy nhiên, xét lâu dài, thủy điện tác động không nhỏ tới hệ sinh thái, làm biến đổi dòng chảy, ảnh hưởng đến đời sống phận lớn dân cư hết tuổi thọ, vấn đề phá dỡ đập thủy điện không đơn giản Xu hướng TG không xây dựng nhà máy thủy điện lớn mà khai thác mức độ nhỏ cực nhỏ để trình phát triển bền vững 3.2.2 Điện hạt nhân Là nguồn NL có tiềm lớn NL hạt nhân coi NLTT nguồn ngun liệu gần vô tận, giá thành phát điện cực rẻ Tuy nhiên, nguồn NL tiềm ẩn nguy an tồn rò rỉ phóng xạ Thảm họa nguyên tử Chernobyl (1986 – Ukraina) hay cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima Nhật Bản sau trận động đất kinh hoàng ngày 11/03/2011 cảnh báo 3.2.3 Điện gió Việt Nam có tiềm gió lớn khu vực Đơng Nam Á với tổng CS ước đạt 513.360 MW Mật độ NLG vào khoảng 800 – 1.400 kWh/m2/năm hải đảo; 500 – 1000 kWh/m2/năm vùng duyên hải miền Trung, Tây Nguyên duyên hải Nam Bộ; khu vực khác 500 kWh/m2/năm NL gió nguồn NLTT sạch, thân thiện với môi trường nguồn phát vơ tận, nhược điểm nguồn NL suất đầu tư lớn nên giá thành phát điện cao (từ 0,06 – 0,1 USD/kWh) Với cơng nghệ liên tục phát triển năm gần đây, dự báo suất đầu tư giá thành điện gió giảm dần năm tới Hiện tại, Thế giới, điện gió nguồn NLTT có tốc độ phát triển nhanh 3.2.4 Năng lượng mặt trời Việt Nam nằm vùng nhiệt đới, số nắng trung bình khoảng 2.000 – 2.500 giờ/năm với tổng NL xạ mặt trời trung bình khoảng 150 kCal/cm 2/năm, tiềm đánh giá khoảng 43,9 TOE/năm Tuy nhiên, nguồn NL chưa khai thác triệt để hạn chế CN giá thành đầu tư 3.2.5 Năng lượng sinh khối (biomass) Trên 10% số mà NL sinh khối đóng góp vào tổng NL sản xuất TG Việt Nam nước nơng nghiệp, có tiềm lớn lĩnh vực Theo đánh giá: NL từ gỗ, củi, rơm rác, phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam khoảng 43 – 46 triệu TOE/năm, NL khí sinh học, tiềm đánh giá sơ khoảng 0,4 triệu TOE/năm, tiềm khai thác chiếm khoảng 10% 3.2.6 Địa nhiệt Là dạng NL khai thác sức nóng từ lòng đất, Việt Nam có 300 nguồn nước khống nóng có nhiệt độ bề mặt từ 30oC đến 105oC, tập trung nhiều Tây Bắc, Trung Bộ Dự báo GV: Ths Lại Minh Học Page đến năm 2020 phát triển khoảng 200 MW Hạn chế lớn nguồn vấn đề CN giá thành sản phẩm Tóm lại: Ngồi thủy điện khai thác lâu nay, nguồn NLTT lại nên tập trung nghiên cứu phát triển Việt Nam bao gồm: NL gió, sinh khối NL mặt trời, trọng tâm điện gió phát điện từ sinh khối, hai dạng có tiềm lớn phù hợp với địa điều kiện kinh tế – xã hội Việt Nam VẤN ĐỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 4.1 Tiềm phong điện 4.2 Đánh giá chung Việt Nam với bờ biển dài 3.000 km nằm khu vực nhiệt đới gió mùa có địa hình tự nhiên đa dạng: đồng bằng, trung du, cao nguyên lợi cho khai thác nguồn NLG Trong chương trình đánh giá NL cho Châu Á, ngân hàng Thế giới (WB) kết luận: “Việt Nam có tiềm gió lớn khu vực Đơng Nam Á với tổng tiềm ước đạt 513.360 MW” tức 200 lần CS thủy điện Sơn La, 10 lần tổng CS dự báo EVN Nhiều khu vực ven vùng núi có tốc độ gió trung bình hàng năm đạt từ – 9,5 m/s, xây dựng trạm phong điện CS lớn Theo tính tốn WB tổng tiềm lý thuyết NLG (với tốc độ gió từ m/s trở lên) Việt Nam 100.000 MW; vùng lãnh thổ khai thác NLG có tổng diện tích chiếm gần 9% diện tích nước (bảng 2.3) Bảng 2.3: Tiềm NLG nước Đông Nam Á độ cao 65 m Tốc độ gió Diện tích, Yếu T.bình Tốt Rất tốt L.tưởng Quốc gia Tổng tiềm 9 m/s m/s m/s m/s m/s Diện tích [km ] 175.468 6.155 315 30 % diện tích 96,4% 3,4% 0,2% 0% 0% Campuchia Tiềm – 24.620 1.260 120 26.000 [MW] Diện tích [km2] 184.511 38.787 6.070 671 35 % diện tích 80,2% 16,9% 2,6% 0,3% 0% Lào Tiềm – 155.148 24.280 2.648 140 182.252 [MW] Diện tích [km2] 477.157 37.337 748 13 % diện tích 92,6% 7,2% 0,2% 0% 0% Thái lan Tiềm – 149.348 2.992 52 152.392 [MW] Diện tích [km2] 197.342 100.361 25.679 2.187 113 % diện tích 60,6% 30,8% 7,9% 0,7% 0% Việt Nam Tiềm – 401.444 102.716 8748 452 513.360 [MW] Nguồn: WB 4.3 Một số khu vực tiềm a Miền Nam Việt Nam: GV: Ths Lại Minh Học Page - Vùng bao quanh miền Nam Việt Nam gồm vùng Đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) đến Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), gió tốt 7,0 – 7,5 m/s; - Cơn Đảo gió tốt, đạt – m/s khu vực địa hình đồi trọc; b Nam Trung Bộ: - Vùng núi Cao nguyên Bảo Lộc tốc độ gió từ – 7,5 m/s Các khu vực khác tốc độ thấp hơn, phù hợp cho turbine gió CS nhỏ; - Một dãy núi Pleiku Buôn Mê Thuộc, độ cao 500 m tốc độ gió trung bình độ cao cách mặt đất 65 m đạt đến m/s; c Ven biển Nam Trung Bộ: - Các đỉnh núi độ cao 1.600 – 2.000 m, gió cực tốt đến – 9,5 m/s; phía tây Qui Nhơn Tuy Hồ độ cao 1.000 – 1.200 m tốc độ gió dự đoán – 8,5 m/s; - Vùng bờ biển có tốc độ gió tốt, bán đảo cạnh Phan Rang gió từ ngồi khơi thổi vào dự đốn – 9,5 m/s; - Hai vùng giàu tiềm Sơn Hải (Ninh Thuận) phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) Gió có vận tốc trung bình lớn, chế độ gió ổn định ảnh hưởng bão Trong tháng gió mùa vận tốc khoảng – m/s xây dựng trạm điện gió – 3,5 MW d Bắc Trung Bộ: - Dải Trường Sơn dọc Bắc Trung Nam Lào, đỉnh dốc độ cao 1.800 m vận tốc gió cực tốt đạt 8,5 – 9,5 m/s; Vùng núi rộng lớn hướng Tây Thành Phố Huế độ cao 400 – 800 m vận tốc gió trung bình đạt – m/s; 4.4 Hiện trạng khai thác phong điện 4.4.1 Hiện trạng Dù đánh giá nguồn NL có tiềm đáng kể, khai thác bổ sung cho nguồn điện Quốc gia, NLG Việt Nam chưa phát triển, giai đoạn nghiên cứu ứng dụng Đa phần dự án mang tính cục bộ, nhỏ lẽ, số dự án lớn triển khai gặp phải số rào cản định Thống kê bảng 2.5 cập nhật tính hình triển khai điện gió đến tháng 6/2010 Bảng 2.4: Thống kê tình hình điện gió đến tháng 6/2010 Tỉnh/TP Cơng suất [MW] Số nhà đầu tư Tổng số dự án GĐ1 Đăng ký Ninh Thuận 277 1.068 13 Bình Thuận 388 1.541 10 12 Bà Rịa - Vũng 1 Tàu Tiền Giang 100 1 Bến Tre 40 280 2 Trà Vinh 28,5 93 1 Sóc Trăng 187 350 4 Bạc Liêu 99 1 Cà Mau 300 2 Tổng cộng 920,5 3.837 31 37 4.4.2 Một số khó khăn GV: Ths Lại Minh Học Page Trong số dự án trên, có số dự án triển khai vào vận hành phát huy tác dụng Nhưng dự án CS lớn như: Phương Mai 1,2,3 chờ giá bán điện nên khơng thể hòa lưới; hay dự án Tuy Phong 1, hòa lưới 7,5 MW chưa thu lợi nhuận chờ đơn giá mua điện Các dự án lại giai đoạn xây dựng thiết lập dự án khả thi Các số liệu thống kê cho thấy, 10 năm qua Việt Nam khai thác MW điện gió tổng số tiềm 513.000 MW Đây lãng phí, chậm trễ lạc hậu so với phát triển điện gió TG Tổng hợp phân tích trên, rút trở ngại cho phát triển điện gió là: Vẫn chưa có sách quy định giá mua điện gió cụ thể: Theo PGS-TS Nguyễn Bội Khuê – Chủ tịch hiệp hội NLG Bình Thuận: “ngun nhân khiến điện gió Việt Nam chưa phát triển giá mua điện gió EVN thấp 0,04 USD/kWh, giá thành sản xuất điện gió 0,1 USD/kWh…” Đồng tình với quan điểm này, Ơng Nguyễn Văn Bản – chuyên viên cao cấp lĩnh vực NL có phát biểu hội nghị ENEREXPO Việt Nam 2010 “… để tạo điều kiện cho nhà đầu tư yên tâm triển khai dự án, Chính phủ Bộ ngành liên quan cần sớm duyệt khung pháp lý, khung giá điện…" Số liệu, thông tin tốc độ gió, lượng gió có chưa chuẩn xác: Theo số liệu Tổng cục Khí tượng thủy văn, tốc độ gió có nơi có – m/s, số liệu WB khảo sát lớn nhiều, có nơi lên tới 10 m/s đảo Phú Quý, Côn Đảo Thiếu hụt trầm trọng nhân lực: Hiện chưa có sở đào tạo chuyên sâu điện gió, thiếu Cán am tường lĩnh vực Đây nguyên nhân đẩy giá thành lên cao, gần tồn qui trình từ tư vấn TK, đến thi công lắp đặt đối tác Nước đảm nhận, tham gia Cán KT người Việt khiêm tốn Ngoài ra, 100% thiết bị phải nhập khẩu, toàn phụ tùng thay phụ thuộc vào hãng cung cấp Nước nên giá thành đầu tư cho nhà máy điện gió lớn 4.4.3 Kết luận Kịch quy hoạch NLG Bộ Cơng thương trình Chính phủ, năm 2010 Việt Nam khai thác 89,5 MW, năm 2015 217 MW, đến năm 2025 556 MW Mặc dù so với tiềm số nhỏ bé (0,08%) Song để kịch trở thành thực, từ nên có chuẩn bị nghiêm túc để vượt qua khó khăn, trở ngại Với hỗ trợ KT từ Quốc gia tiên tiến, hồn tồn hy vọng vào tương lai lạc quan cho ngành CN điện gió Việt Nam Hiện tại, Bộ Cơng thương trình Chính phủ phê duyệt đề án giá điện gió hòa lưới Quốc gia Đây hội quan trọng giúp giải khó khăn mà dự án điện gió gặp phải lâu GV: Ths Lại Minh Học Page Chương TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ TỔNG QUAN NLG nguồn NL tự nhiên người khai thác từ hàng ngàn năm trước Đến cuối kỷ XIX, CN có phát triển định, người bắt đầu nghĩ đến việc khai thác điện gió Hơn 100 năm nghiên cứu ứng dụng, CN điện gió ngày hồn thiện đựợc ứng dụng rộng khắp TG Hiện tại, người ta chế tạo turbine đến vài MW với giá thành ngày giảm thấp Để hiểu rõ q trình phát triển này, đặc tính NLG thông số KT trạm điện gió cụ thể, chương trình bày vấn đề sau: - Sơ lược lịch sử khai thác NLG phát điện sức gió; - Các thông số đặc trưng NLG; - Các thành phần hệ thống điện gió; - Các dạng mơ hình phát điện gió phạm vi ứng dụng; LỊCH SỬ KHAI THÁC NLG VÀ PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ Từ hàng ngàn năm trước NLG hữu sống Con người, hình ảnh cối xay gió hay thuyền buồm hiên ngang biển khơi minh chứng sinh động Ngày nay, có hàng trăm ngàn cối xay gió sử dụng khắp TG, đặc biệt vùng cao, nơi mà sống nhiều thiếu thốn NLG trở thành người bạn đồng hành thân thiết giúp Con người giải phóng phần lao lực bắp để đối đầu với thiên nhiên khắc nghiệt cho công sinh tồn Từ cuối Thế kỷ XIX, cố gắng để phát điện từ sức gió thực Tuy nhiên, từ năm 1980 mà KHKT hồn thiện, việc sản xuất turbine CS lớn thực Giá thành turbine gió giảm xuống đặn đầu 1980s đến đầu 2000s Có thể điểm qua số cột mốc sau: Năm 1888: Charles F Brush chế tạo máy phát điện chạy sức gió CS 12 kW; Năm 1891: mẫu TK Dane Poul La Cour chế tạo, nhiên không đem lại bước đột phá đáng kể nào; Đầu 1910s, có nhiều máy phát điện chạy sức gió CS 25 kW lắp đặt Đan Mạch; 1925s – 1931s: hệ máy phát điện gió khác có CS từ vài kW đến hàng trăm kW tiếp tục TK lắp đặt Mỹ, Nga, Đan Mạch; Từ năm 1970 trở đi, NLG thật phát triển, chế tạo turbine gió CS đến MW Sau năm 2000, thị trường NLG thật sôi động, không Quốc gia truyền thống mà vươn tận nước TG thứ ba theo chế phát triển mà Nghị định thư Kyoto ban hành; Hiện nay, NLG trở thành ngành CN hoàn thiện bùng nổ tồn cầu với tốc độ tăng trưởng bình qn hàng năm xấp xỉ 29% Đến năm 2009, CS lắp đặt điện gió tồn cầu vượt q 159 GW, tức 11 lần CS điện gió mười năm trước Trong năm 2010, CS điện gió ước đạt 203,5 GW dự đoán tăng 70% vòng vài năm tới Thị trường lắp đặt turbine gió năm 2009 đạt 63 tỉ USD có nửa triệu người làm việc lĩnh vực GV: Ths Lại Minh Học Page 10 Hình 4.12: Mơ hình mô mạch Buck-Boost converter cấp nguồn từ PV array qua thuật tốn MPPT Kết mơ trình bày hình 4.13 Hình 4.13: Kết mơ mạch Buck-Boost converter hình 4.12 - Nhận xét: Từ kết mơ hình 4.13 thấy: điện áp ngõ PV array (cũng áp ngõ vào mạch Buck-Boost converter) thay đổi theo chiếu độ điện áp ngõ mạch Buck-Boost converter giữ ổn định nhờ thay đổi tỉ số đóng cắt D GV: Ths Lại Minh Học Page 110 8.2.3 Khối 5-level Hybrid Inverter - Khối Hybrid Inverter có chức biến đổi điện áp DC cấp từ hệ PV thông qua khối Buck-Boost converter thành áp AC để bơm vào lưới cấp cho tải cục cần Sơ đồ chi tiết bên khối mơ tả hình 4.15 - Phần mô đánh giá khả ứng dụng BNL thực chương nên khối tác giả không thực mơ lại a) b) Hình 4.14: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu lai bậc đề xuất a) BNL bậc NPC ; b) BNL bậc thông thường GV: Ths Lại Minh Học Page 111 8.2.5 Khối máy biến áp lưới - Khối máy biến áp thơng số chọn hình 4.15 Hình 4.15: Các thơng số mơ hình khối máy biến áp Hình 4.16: Các thơng số mơ hình khối lưới ba pha 8.2.6 Các khối chuyển đổi tín hiệu * Khối chuyển tín hiệu dòng lưới ba pha Iabc sang hệ trục - GV: Ths Lại Minh Học Page 112 - Chương trình hàm Matlab viết cho khối chuyển trục Iabc I sau: function y = converseI(z) ia = z(1); ib = z(2); ic = z(3); c = [ia;ib;ic]; a = sqrt (2/3); b = [1/2 1/2 1/2;1 -1/2 -1/2;0 sqrt(3)/2 -sqrt(3)/2]; [y] = a*b*c ; % [Io;Ialfa;Ibeta] * Khối chuyển tín hiệu dòng hệ trục - sang hệ trục d-q sau: * Khối vòng khóa pha PLL: * Khối chuyển tín hiệu áp hệ trục d-q sang hệ trục - sau: GV: Ths Lại Minh Học Page 113 * Khối chuyển tín hiệu áp hệ trục - sang hệ trục abc để làm áp điều chế cho nghịch lưu sau: * Khối điều chế so sánh sóng mang để điều khiển nghịch lưu sau: Sơ đồ chi tiết bên khối xung kích (Trigger pulses) chương trình hàm Matlab điều khiển cổng (switch) nghịch lưu trình bày phần 3.6 chương 8.3 Mơ hình hệ thống điều khiển hồn chỉnh Sau mơ hình hóa khối cho hệ thống, ta mơ hình hệ thống điều khiển hồn chỉnh hình 4.17 8.4 Mơ hệ thống kết nối PV với lưới điện biến tần lai Các thơng số cho việc mơ từ mơ hình đưa hình 4.17 mơ tả bảng 4.5 Bảng 4.5: Các thơng số cho việc mơ mơ hình đưa Khối Thơng số Giá trị Công suất MPP (Pp) 110W Điện áp MPP (Vp) 17V Dòng điện MPP (Ip) 6,47A Module PV Điện áp hở mạch (VOC) 21,3V Dòng điện ngắn mạch (ISC) 7,48A Số cell module 72 Tổng công suất 2,2kW nguồn Vd, nguồn gồm module mắc x 550W PV array nối tiếp nguồn 2Vd, nguồn gồm 10 module 1100W mắc nối tiếp 3-phase Công suất 20kVA Transformer Điện áp dây sơ cấp (rms) 220V GV: Ths Lại Minh Học Page 114 3-phase Grid 3-phase Load Carrier wave Điện áp dây thứ cấp (rms) Tần số Điện áp dây (rms) / Tần số Điện trở / cuộn dây Tần số Kết mô thu sau: Hình 4.18: Dạng sóng áp điều khiển Hình 4.19: Dạng sóng sóng mang 6kHz Hình 4.20: Dạng sóng áp pha ngõ nghịch lưu GV: Ths Lại Minh Học Page 115 380V 50Hz 380V/ 50Hz 10/100mH 6kHz Hình 4.21: Dạng sóng dòng điện ngõ nghịch lưu Hình 4.22: Dạng sóng điện áp dây điểm kết nối chung (PCC) Hình 4.23: Dạng sóng dòng điện ba pha PCC Hình 4.24: Dạng sóng dòng điện PCC với trường hợp lưới bị điện (0.04-0.06s) GV: Ths Lại Minh Học Page 116 Hình 4.25: Dạng sóng dòng điện ba pha PCC Hình 4.26: Dạng sóng áp pha A hệ thống phát lưới đồng Hình 4.27: Phổ hài dòng điện pha A điểm kết nối chung GV: Ths Lại Minh Học Page 117 Hình 4.28: Tỉ lệ dòng hài bậc đến bậc 10 điểm kết nối chung Hình 4.29: Phổ hài điện áp pha A điểm kết nối chung 8.5 Nhận xét đánh giá kết mô Từ mô hình mơ phần 4.4, ta tiến hành phân tích phổ sóng hài dòng áp điểm kết nối chung Kết hình 4.27, 4.28 4.29 Từ kết mô phân tích phổ sóng hài, ta rút số nhận xét sau: GV: Ths Lại Minh Học Page 118 Dòng điện bơm vào lưới có độ méo dạng thấp, THDI = 0.33% (hình 4.27), nhỏ nhiều so với cấu trúc đưa báo khảo sát chương 1: [1] (THD I = 7.5%), [2] (THDI = 1.85%), [3] (THDI = 2.5%) Tổng dòng hài từ bậc đến bậc 10 điểm kết nối chung 0.46% (hình 4.28), so với giới hạn tiêu chuẩn IEC61727, IEEE1547 [4] 4% Tỉ lệ dòng DC bơm vào lưới khơng (hình 4.28) Điện áp phát từ hệ thống lưới đồng biên độ, góc pha tần số (hình 4.26) Khi lưới bị cố điện, nghịch lưu ngừng cấp điện cho lưới vòng 0.007s Khi lưới có điện trở lại, sau khoảng 0.01s nghịch lưu tiếp tục bơm dòng vào lưới (hình 4.24 4.25) So sánh thông số mô (sự đồng bộ, số THD, tỉ lệ bơm dòng DC vào lưới, tổng dòng hài bậc đến bậc 10, v.v.) thu với tiêu chuẩn nối lưới hệ thống PV theo tiêu chuẩn IEC61727, IEEE1547 bảng 4.1 cấu trúc cho hệ thống nối lưới PV [4], khẳng định cấu trúc nghịch lưu lai bậc đưa thích hợp cho việc điều khiển hệ thống kết nối PV với lưới 9.Giới thiệu hệ thống điện mặt trời nhà thong minh Giới thiệu hệ thống Điện mặt trời độc lập Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời sử dụng độc lập bao gồm: GV: Ths Lại Minh Học Page 119 Nguyên lý hoạt động hệ thống diện mặt trời: Hệ thống pin lượng mặt trời nhận xạ mặt trời chuyển hóa thành nguồn điện chiều (DC) Nguồn điện DC nạp vào bình ắc quy ( để lưu trữ điện ) thông qua điều khiển sạc (có chức bảo vệ ắc quy, pin ) Sau điện lưu ắc quy kích lên 220Volt sine chuẩn để sử dụng cho thiết bị Lựa chọn hệ thống phù hợp: Hệ thống độc lập phải tính công suất, số thiết bị, thời gian sử dụng thiết bị từ tính cơng suất hệ thống: Ví dụ : Một nhà muốn sử dụng điện mặt trời cho thiết bị ưu tiên : Quạt bàn ( 50W/cái ) sử dụng 5h/ngày, máy tính xách tay ( 90W/ ) sử dụng 8h/ngày, 10 bóng đèn ( 18W/bóng ) sử dụng 4h/ngày, tủ lạnh 120L sử dụng 24/24 Tổng công suất sử dụng ngày thiết bị : Pt = 3*50*5 + 2*90*8 + 18*10*4 + 2000 = 4,912KW GV: Ths Lại Minh Học Page 120 Cơng suất tính có hệ số an toàn : Pa = 4,912 * 1.4 = 6.7KW, với 1.4 hệ số an toàn ( Hệ số an tồn để đảm bảo ngày nắng đảm bảo đủ điện, hao phí đổi nguồn, hao phí sạc…hệ số an tồn cao an toàn ) Như lượng điện cần tạo ngày 6.7KW Với điều kiện nắng Việt Nam trung bình 4h nắng/ ngày lượng pin cần lắp đặt 1.7KW Dung lượng bình ắc quy 12V- 110Ah chứa : 12*110*0.7 = 927W ( Với 0.7 hệ số xả sắc quy ) nên số lượng ắc quy cần dùng : bình 110Ah Chi phí đầu tư cho tồn hệ thống khoảng 135tr Hệ thống lượng mặt trời độc lập chuyển lưới: Nguyên lý hoạt động Hệ thống tương tự hệ thống độc lập, có thêm thiết bị chuyển nguồn Với nguồn ưu tiên nguồn điện mặt trời, sau điện mặt trời hết ( thời tiết mưa bão ), hệ thống tự động chuyển qua điện lưới, thời gian chuyển lưới , qua chuyển mạch ATS ( Auto Transfer Swith ), thời gian chuyển mạch 12ms, đảm bảo không tắt thiết bị Ứng dụng: Dành cho vùng khơng có điện, có điện mà khơng ổn định, thiết bị cần nguồn định ổn định … Hoặc nhà, biệt thự xây muốn có nguồn ổn định cho thiết bị nhà thông minh, đèn sân vườn, hệ thống an ninh camera, mạng… Hệ thống độc lập sử dụng lượng mặt trời đem lại tính ưu điểm bật đến với quý khách hàng: – Dùng lượng xanh, tận dụng nguồn tài nguyên vô tận thiên nhiên – Hoạt động hoàn toàn tự động – Giảm tải cho điện lưới mùa khô – Hệ thống đơn giản, dễ vận hành sử dụng – Dễ dàng nâng cấp mở rộng hệ thống – Thể đại nhà, công ty – Giúp giảm thiểu tiền điện góp phần bảo vệ mơi trường, giảm lượng khí thải CO2 cho môi trường – Không phụ thuộc vào điện lưới, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định 24/24 – Có thể kết hợp với tuabin gió, để dùng cho vùng nhiều gió GV: Ths Lại Minh Học Page 121 – Không ồn ào, ô nhiễm, nguy hiểm máy phát điện 10 Phương pháp thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời Để thiết kế hệ solar, thưc bước sau: Tính tổng lượng tiêu thụ điện tất thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp Tính tổng số Watt-hour sử dụng ngày thiết bị Cộng tất lại có tổng số Watt-hour tồn tải sử dụng ngày Tính số Watt-hour pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày Do tổn hao hệ thống, số Watt-hour pin trời cung cấp phải cao tổng số Watthour toàn tải Số Watt-hour pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng Tính tốn kích cở pin mặt trời cần sử dụng Để tính tốn kích cở pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có pin mặt trời Lượng Wp mà pin mặt trời tạo lại tùy thuộc vào khí hậu vùng giới Cùng pin mặt trời đặt nơi mức độ hấp thu lượng khác với đặt nơi khác Để thiết kế xác, người ta phải khảo sát vùng đưa hệ số gọi "panel generation factor", tạm dịch hệ số phát điện pin mặt trời Hệ số "panel generation factor" tích số hiệu suất hấp thu (collection efficiency) độ xạ lượng mặt trời (solar radiation) tháng nắng vùng, đơn vị tính (kWh/m2/ngày) Mức hấp thu lượng mặt trời Việt Nam khoảng 4.58 kWh/m2/ngày lấy tổng số Watt-hour pin mặt trời chia cho 4.58 ta có tổng số Wp pin mặt trời Mỗi PV mà ta sử dụng có thơng số Wp nó, lấy tổng số Wp cần có pin mặt trời chia cho thơng số Wp ta có số lượng pin mặt trời cần dùng Kết cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng pin mặt trời cần dùng Càng có nhiều pin mặt trời, hệ thống làm việc tốt hơn, tuổi thọ battery cao Nếu có pin mặt trời, hệ thống thiếu điện ngày râm mát, rút cạn kiệt battery làm battery giảm tuổi thọ Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời làm giá thành hệ thống cao, vượt ngân sách cho phép, không cần thiết Thiết kế pin mặt trời lại tùy thuộc vào độ dự phòng hệ thống Thí dụ hệ solar có độ dự phòng ngày, ( gọi autonomy day, ngày khơng có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), bắt buộc lượng battery phải tăng kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời Rồi vấn đề sử dụng pin loại tối ưu, thích hợp vùng địa lý có thời tiết khác Tất đòi hỏi thiết kế phải chuyên gia có kinh nghiệm thiết kế nhiều năm cho hệ solar vùng Tính tốn inverter Đối với hệ solar stand-alone, inverter phải đủ lớn để đáp ứng tất tải bật lên, phải có công suất 125% công suất tải Nếu tải motor phải tính tốn thêm cơng suất để đáp ứng thời gian khởi động motor GV: Ths Lại Minh Học Page 122 Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định battery Đối với hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định inverter phải phù hợp với điện áp danh hệ pin mặt trời Tính tốn battery Battery dùng cho hệ solar loại deep-cycle Loại cho phép xả đến mức bình thấp cho phép nạp đầy nhanh Loại có khả nạp xả nhiều lần ( có nhiều cycle) mà khơng bị hỏng bên trong, bền, tuổi thọ cao Số lượng battery cần dùng cho hệ solar số lượng battery đủ cung cấp điện cho ngày dự phòng (autonomy day) pin mặt trời không sản sinh điện Ta tính dung lượng battery sau: - Hiệu suất battery khoảng 85% chia số Wh tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh battery - Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) 0.6, ta chia số Wh battery cho 0.6 có dung lượng battery Kết cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar khơng có dự phòng Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomyday để có số lượng battery cần cho hệ thống Thiết kế solar charge controller Solar charge controller có điện vào phù hợp với điện pin mặt trời điện tương ứng với điện battery Vì solar charge controller có nhiều loại bạn cần chọn loại solar charge controller phù hợp với hệ solar bạn Đối với hệ pin mặt trời lớn, thiết kế thành nhiều dãy song song dãy solar charge controller phụ trách Công suất solar charge controller phải đủ lớn để nhận điện từ PV đủ công suất để nạp battery Thơng thường ta chọn Solar charge controller có dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch PV Ví dụ cụ thể: Tính hệ solar cho hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng sau: - bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 tối - quạt máy 60 Watt ngày sử dụng khoảng - tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục Xác định tổng lượng điện tiêu thụ ngày = (18 W x giờ) + (60 W x giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day GV: Ths Lại Minh Học Page 123 (tủ lạnh tự động ngắt đủ lạnh nên xem chạy 12 nghỉ 12 giờ) Tính pin mặt trời (PV panel) PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day Tổng Wp PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310Wp Chọn loại PV có 110Wp số PV cần dùng 310 / 110 # Tính inverter Tổng cơng suất sử dụng = 18 + 60 + 75 = 153 W Công suất inverter = 153 x 125% # 190W Chọn inverter 200W trở lên Tính tốn Battery Với ngày dự phòng, dung lượng bình = 178 x = 534 Ah Như chọn battery deep-cycle 12V/600Ah cho ngày dự phòng Tính solar charge controller Thơng số PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16.7 Vdc, Im = 6.6 A, Voc = 20.7 A, Isc = 7.5 A Như solar charge controller = (3 PV x 7.5 A) x 1.3 = 29.25 A Chọn solar charge controller có dòng 30A/12 V hay lớn GV: Ths Lại Minh Học Page 124 ... GV: Ths Lại Minh Học Page Trong số dự án trên, có số dự án triển khai vào vận hành phát huy tác dụng Nhưng dự án CS lớn như: Phương Mai 1,2,3 chờ giá bán điện nên khơng thể hòa lưới; hay dự án... vào bảng 2.2 thấy rằng: nguồn cung cấp điện Việt Nam phụ thuộc chủ yếu vào thủy điện nhiên liệu hóa thạch Mà hai nguồn dẫn đến hệ lụy không nhỏ cho môi trường sinh thái Hơn nữa, thủy điện – nguồn. .. để dự trữ NL mà điện phát nối với lưới điện địa phương thông qua kết nối lưới (grid tie inverter) Khi không sử dụng điện hộ gia đình bán điện cho điện lực Khi cần sử dụng điện, khách hàng mua điện