Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 6, Phần 2: Ứng dụng hiệu quả năng lượng tái tạo - Nguyễn Quang Nam

408004 
Năng lượng tái tạo 
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 
2013 – 2014, HK1 
nqnam@hcmut.edu.vn 
1 
Bài giảng 13 
Ch. 6: Ứng dụng hiệu quả NLTT 
6.3. Một số vấn đề kỹ thuật về điện gió 
Tích hợp điện gió vào lưới điện 
Các công nghệ mới 
Tiêu chuẩn về điện gió 
Công nghệ truyền dẫn 
Truyền động trực tiếp 
Tích trữ năng lượng trong tương lai 
2 
Bài giảng 13 
Tích hợp điện gió vào lưới điện 
Hiện tại điện gió vẫn chiếm một tỷ trọng nhỏ về nguồn phát, nên tác động của nó lên sự vận hành của lưới điện là nhỏ 
Nhưng khi điện gió phát triển (trong tương lai không xa), nó sẽ có ảnh hưởng lớn hơn, thậm chí chiếm ưu thế đối với sự vận hành của lưới điện 
Điện gió gây ảnh hưởng đến sự vận hành của lưới điện từ tính ổn định quá độ đến dòng công suất trong trạng thái xác lập 
Ảnh hưởng về điện áp và tần số là mối quan tâm chính 
3 
Bài giảng 13 
Tích hợp điện gió vào lưới điện 
Một vấn đề cơ bản liên quan đến các hệ thống dùng “nhiên liệu miễn phí” như gió là việc vận hành với một mức dự trữ đòi hỏi phải để lại một phần năng lượng miễn phí. 
Một vấn đề tương tự đã tồn tại với năng lượng hạt nhân, với nhiên liệu hóa thạch thường đóng vai trò dự trữ 
Vì ngõ ra của tuabin gió có thể thay đổi theo lũy thừa ba của vận tốc gió, dưới các điều kiện nhất định thì một sự sụt giảm tốc độ vừa phải có thể gây ra một tổn thất lớn về công suất phát ra. 
Sự thiếu hụt dự trữ hóa thạch có thể làm vấn đề trầm trọng hơn 
4 
Bài giảng 13 
Điện gió và dòng công suất 
Công cụ phân tích hệ thống điện phổ biến nhất là phân bố công suất (còn gọi là phân bố tải) 
phân bố công suất xác định công suất truyền như thế nào trong lưới điện 
cũng dùng để xác định tất cả điện áp và dòng điện 
vì các mô hình công suất hằng, phân bố công suất là một kỹ thuật phân tích phi tuyến 
phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập 
cũng có thể được dùng để lập kế hoạch cho các nguồn phát mới, kể cả điện gió 
5 
Bài giảng 13 
Ví dụ phân bố công suất 5 bus 
400 MVA 
15 kV 
400 MVA 
15/345 kV 
T1 
T2 
800 MVA 
345/15 kV 
800 MVA 
15 kV 
520 MVA 
80 MW 
40 Mvar 
280 Mvar 
800 MW 
Line 3 345 kV 
Line 2 
Line 1 
345 kV 100 mi 
345 kV 200 mi 
50 mi 
1 
4 
3 
2 
5 
Single-line diagram 
6 
Bài giảng 13 
Thay đổi nguồn phát và slack bus 
Phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập, do đó giả thiết là tổng công suất tải và tổn thất luôn bằng với tổng công suất phát 
Sự khác biệt về nguồn phát xảy ra ở slack bus 
Khi nghiên cứu thay đổi nguồn phát dựa vào phân bố công suất cần luôn luôn hiểu rõ nơi đặt nguồn phát 
Các phương án phổ biến là slack bus của hệ thống, phân bố trên các máy phát dựa vào hệ số thâm nhập hay kinh tế 
7 
Bài giảng 13 
Công nghệ mới trong điện gió 
Công nghệ tốc độ thay đổi – tăng hiệu suất 5% 
Dễ điều khiển phân bố công suất tác dụng và phản kháng 
Rôto đóng vai trò bánh đà (trữ năng lượng) 
Không có vấn đề chập chờn điện áp 
Chi phí cao hơn ( phần điện tử công suất chiếm 7% giá thành ) 
8 
Bài giảng 13 
Máy phát KĐB nguồn kép (DFIG) 
9 
Bài giảng 13 
Tuabin vận tốc thay đổi với DFIG 
Bộ biến đổi cấp nguồn cho dây quấn rôto 
Dây quấn stato nối trực tiếp vào lưới 
Bộ biến 
đổi nhỏ 
Giá 
thành thấp 
10 
Bài giảng 13 
Turbin tốc độ bán biến thiên đơn giản hóa 
Điện trở của rô to của máy phát không đồng bộ lồng sóc được thay đổi tức thời nhờ mạch điện tử công suất tốc độ cao 
11 
Bài giảng 13 
Tốc độ biến thiên bằng bộ biến đổi đủ công suất 
Cách ly khỏi lưới điện 
Energy storage 
CONTROL of Vdc 
Truyền năng lượng 
Điều khiển công suất tác dụng và phản kháng, điều khiển méo dạng họa tần toàn phần 
Mạch kích điều khiển mômen máy phát, dùng giải thuật điều khiển vectơ 
12 
Bài giảng 13 
Bộ chỉnh lưu và băm xung 
Băm xung tăng áp được dùng để biến đổi điện áp chỉnh lưu phù hợp với điện áp dc-link của bộ nghịch lưu 
13 
Bài giảng 13 
Các tiêu chuẩn kết nối lưới cho trang trại gió 
Khả năng lướt qua sự cố điện áp của tuabin gió 
Tuabin nên nối lưới thường trực và đóng góp cho lưới trong trường hợp có nhiễu loạn như sụt điện áp. 
Trang trại gió nên phát điện giống như các nhà máy điện truyền thống, cung cấp công suất tác dụng và phản kháng để phục hồi tần số và điện áp, ngay sau khi xuất hiện sự cố. 
14 
Bài giảng 13 
Các yêu cầu 
15 
Bài giảng 13 
Các yêu cầu CLĐN cho các tuabin gió hòa lưới 
 Chập chờn điện áp + liên họa tần 
 Dự thảo tiêu chuẩn IEC-61400-21 đối với “Các yêu cầu về chất lượng điện năng cho các tuabin gió hòa lưới ” 
16 
Bài giảng 13 
Tiêu chuẩn IEC-61400-21 
Phân tích chập chờn điện áp 
Vận hành chuyển mạch . Quá độ điện áp và dòng điện. 
Phân tích họa tần (FFT) – cửa sổ hình chữ nhật 8 chu kỳ tần số cơ bản . THD đến họa tần bậc 50 . 
17 
Bài giảng 13 
Các tiêu chuẩn khác 
Họa tần tần số cao và liên họa tần IEC 61000-4-7 và IEC 61000-3-6 
Các phương pháp tính tổng họa tần và liên họa tần trong IEC 61000-3-6 
Để có được biên độ đúng của các thành phần tần số, xác định chiều rộng cửa sổ theo IEC 61000-4-7 
Tần số chuyển mạch của bộ nghịch lưu không phải là hằng số 
Có thể không phải là bội số của 50 Hz 
18 
Bài giảng 13 
Các công nghệ truyền dẫn tương lai 
Lắp đặt ngoài khơi . 
19 
Bài giảng 13 
Truyền tải AC cao áp (HVAC) 
Nhược điểm : 
Cáp có điện dung phân tán cao 
Chiều dài bị giới hạn 
20 
Bài giảng 13 
Truyền tải DC cao áp (HVDC) 
Kinh tế hơn khi >100 km và công suất 200-900 MW 
1) Tần số ở hai đầu độc lập nhau. 
2) Khoảng cách truyền bằng dc không bị ảnh hưởng bởi dòng điện điện dung của cáp . 
3) Vị trí lắp đặt ngoài khơi được cách ly đối với nhiễu loạn trên đất liền 
4) Phân bố công suất hoàn toàn xác định và điều khiển được. 
5) Tổn thất công suất trên cáp là thấp. 
6) Khả năng truyền tải công suất của mỗi cáp cao hơn. 
21 
Bài giảng 13 
HVDC dựa trên LCC 
Line-commutated converters (LCC) 
Có nhiều nhược điểm 
Vấn đề họa tần 
22 
Bài giảng 13 
HVDC dựa trên SVC 
HVDC Light – HVDC Plus 
Một số ưu điểm – điều khiển công suất linh hoạt, không cần bù công suất phản kháng,  
23 
Bài giảng 13 
Các sơ đồ biến đổi trung thế công suất lớn 
Bộ biến đổi đa bậc 
1) Cấu hình đa bậc có diode kẹp 
2) Cấu hình đa bậc với kết nối khóa hai chiều 
3) Cấu hình đa bậc với tụ điện thả nổi 
4) Cấu hình đa bậc với nhiều bộ nghịch lưu ba pha 
5) Cấu hình đa bậc với các cầu H 1 pha nối tầng 
24 
Bài giảng 13 
Bộ biến đổi đa bậc back-to-back kết lưới trực tiếp 
25 
Bài giảng 13 
Máy phát NCVC tốc độ thấp 
power-electronic building 
block (PEBB) 
26 
Bài giảng 13 
Công nghệ truyền động trực tiếp tuabin gió 
 Giảm kích thước 
 Chi phí lắp đặt và bảo trì thấp hơn 
 Phương pháp điều khiển linh hoạt 
 Đáp ứng nhanh với dao động của gió và phụ tải 
 Các máy dùng từthông hướng trục 
27 
Bài giảng 13 
Công nghệ trữ năng tương lai cho trang trại gió 
Ắc-quy kẽm brôm 
Suất năng lượng cao so vớiắc-quy chì axit• Độ xả sâu 100% • Tuổi thọ cao, > 2000 chu kỳ • Không giới hạn th/gian bảo quản • Dải dung lượng rộng từ 10kWh đến trên 500kWh• Khả năng tích năng lượng từ bất kỳ nguồn phát điện nào 
28 
Bài giảng 13 
Công nghệ trữ năng tương lai cho trang trại gió 
Ắc-quy kẽm brôm 
29 
Bài giảng 13