Vấn đề vận hành không ổn định của nhà máy điện mặt trời và cân bằng công suất trên hệ thống điện

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

VẤN ĐỀ VẬN HÀNH KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN
MẶT TRỜI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN
Hồ Sỹ Mão
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Điện mặt trời (ĐMT) là nguồn năng lượng
sạch, thân thiện với môi trường. Nguồn năng
lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo
(NLTT), không bị cạn kiệt. Ngành công
nghiệp ĐMT đang là xu hướng phát triển ở
các nước trên thế giới và ngay cả Việt Nam.
Các trạm phát điện bằng pin quang điện cung
cấp điện lên hệ thống điện (HTĐ) và khơng
phát thải khí thải gây hiệu ứng nhà kính như
các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu
hóa thạch. Tuy nhiên nhược điểm của các
trạm pin mặt trời thường hoạt động không ổn
định, chịu tác động trực tiếp bởi thời tiết và
đặc biệt chỉ làm việc được ban ngày, trời
nắng thì phát được cơng suất cao, cịn trời
mây, mưa thì phát cơng suất rất thấp. Bảng
thống kê về tỷ lệ sai số giữa công suất phát
lên lưới điện so với công suất lắp máy trong
những ngày không quá tải đường dây được
thể hiện trong bảng hình 11.

Quy hoạch điện VII sửa đổi đến năm

2020 tỷ trọng nguồn NLTT (điện gió, điện
mặt trời) chiếm 9,9% về cơng suất và 6,5%
về điện lượng 2, nhưng thực tế cơ cấu
nguồn hiện nay NLTT đã chiếm đến 12%
(11% điện mặt trời) và theo dự báo nó có
thể tăng lên trên 30% năm 2045. Vấn đề đó
thể hiện vai trị của nguồn NLTT trên HTĐ
ngày càng quan trọng và chiếm tỷ trọng
chính của các nguồn cấp điện ở Việt Nam.
Do đó sự không ổn định của chế độ vận
hành các nhà máy điện NLTT mà cụ thể là
ĐMT sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến nền
kinh tế - xã hội.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nguyên lý hoạt động của nhà máy ĐMT:
pin mặt trời (PV) hoạt động giữa trên q
trình chuyển hóa năng lượng của ánh sáng
mặt trời thành dòng điện 1 chiều (DC) trên
tấm pin và từ dòng DC chuyển sang dòng
điện xoay chiều (AC) để phát lên lưới điện.
Công suất của nhà máy phụ thuộc vào
cường độ bức xạ của ánh sáng mặt trời,
diện tích lắp đặt các tấm pin quang điện và
hiệu suất chuyển đổi điện (bao gồm hiệu
suất tấm pin và hiệu suất chuyển sang dòng
điện AC, các loại tổn thất) được thể hiện
trong công thức sau 3:
N Si  i .ITi . AS
(1)

t2

ES   N s dt

(2)

t1

Hình 1. Thống kê sai số giữa công suất phát
và công suất lắp máy

Trong đó: NSi - cơng suất của nhà máy
ĐMT tại thời điểm i (MW); µi - hiệu suất
chuyển đổi điện của nhà máy trong thời điểm
215


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

i; ITi - cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm
i (W/m2); AS - diện tích các tấm pin nhà máy
(m2); Es - điện lượng của các nhà máy ĐMT
trong 1 ngày (106kWh); t1, t2 - thời điểm bắt
đầu và kết thúc nắng trong ngày (giờ).
Gọi PSi là công suất phát điện lên lưới
điện của các nhà máy ĐMT tại thời điểm i.
PSmaxi là công suất phát điện lên lưới tối đa
mà các nhà máy ĐMT có thể phát tại thời
điểm i, khi PSi < PSmaxi thì lưới điện bị thiếu
hụt điện so với thiết kế và cần phải được bù

công suất và điện năng. Phần công suất
thiếu hụt do hoạt động không ổn định của
nhà máy ĐMT là PS= PSmaxi PSi. Khi
công suất phát điện thấp hơn công suất phát
theo khả năng thiết kế của nhà máy thì
thành phần cơng suất và điện lượng đưa lên
lưới điện sẽ bị thiếu và cần phải bù công
suất ở các nhà máy điện khác.
Các trường hợp cần phải bù công suất
ngắn hạn do chế độ hoạt động không ổn định
của nhà máy ĐMT: Chế độ hoạt động của
nhà máy ĐMT phụ thuộc vào số giờ nắng
trong ngày. Tuy nhiên số giờ nắng phụ thuộc
vào thời tiết, ngày, tháng, mùa và có thể ngắn
hạn do trời mưa, trời có mây… do nhiều yếu
tố ngoại cảnh tác động nên khả năng cung
cấp điện lên lưới của ĐMT là không ổn định
và gây ảnh hưởng cho hệ thống điện. Biểu đồ
sự thay đổi cơng cường độ mặt trời được thể
hiện trong các hình sau: Hình 2 là biểu đồ
minh họa cường đồ bức xạ mặt trời trong các
trạng thái thời tiết trong ngày: ngày nắng,
ngày có mây và ngày mưa. Hình 3 là biểu đồ
minh họa cường độ bức xạ ứng với các ngày
có thời tiết tốt trong năm.

Hình 3. Cường độ bức xạ mặt trời
các ngày có thời tiết tốt trong năm
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nhà máy ĐMT Phước Hữu, đặt ở xã

Phước Hữu, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh
Thuận. Tọa độ nhà máy (11o31’27’’N;
108o52’7.0E), công suất lắp đặt 65,0
MWp/55,0 MWac . Tổng số lượng tấm pin
lắp đặt tại dự án là 175680 tấm. Loại pin JA
Solar, có cơng suất 1PV là 370Wp, hiệu suất
chuyển đổi điện của nhà máy 15,5%, kích
thước tấm pin 20041000mm.
Cường độ bức xạ các tháng trong năm tại
Ninh Thuận được thể hiện trong biểu đồ sau:

Hình 4. Biểu đồ cường độ bức xạ theo tháng

Hình 2. Cường độ bức xạ mặt trời
trong các trạng thái thời tiết khác nhau

Hình 5. Biểu đồ cơng suất phát giữa tháng
cao nhất và tháng thấp nhất
216


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

Căn cứ vào biểu đồ cường độ bức xạ theo
tháng cho thấy tháng 2 có cường độ bức xạ tốt
nhất, tháng 12 có cường độ bức xạ thấp nhất.
Chênh lệch công suất giữa tháng cao nhất và
thấp nhất được thể hiện trong biểu đồ hình 5.
Bảng kết quả tính tốn cơng suất, điện lượng
thiếu hụt được thể hiện trong bảng 1.

Bảng 2. Tính tốn cơng suất thiếu hụt
do ảnh hưởng cường độ bức xạ ứng với
các trạng thái thời tiết thay đổi trong ngày

Bảng 1. Tính tốn cơng suất và điện lượng
thiếu hụt do ảnh hưởng cường độ bức xạ

Giờ

Pmây
(MW)

Tỷ lệ %

Pmưa
(MW)

Tỷ lệ %

7h45

3.49

51.20

6.2

90.24

8h45

9.63

60.03

14.8

92.01

9h45

18.12

60.47

27.6

92.09

10h45

25.46

61.30

38.3

92.26

11h45

30.42

61.33

45.8

92.27

Giờ

P (MW)

E (MWh)

Tỷ lệ %

7h45

0.16

1.69

2.4

8h45

3.22

4.75

20.1

12h45

32.66

62.21

48.5

92.44

32.93

63.86

47.8

92.77

9h45

6.28

7.83

20.9

13h45

10h45

9.39

10.31

22.6

14h45

29.28

64.87

42.0

92.97

11h45

11.24

12.03

22.7

15h45

24.09

67.71

33.3

93.54

12h45

12.82

13.56

24.4

16h45

16.32

70.69

21.7

94.14

13h45

14.30

13.86

27.7

17h45

8.57

82.63

10.0

96.53

14h45

13.42

13.01

29.7

15h45

12.61

11.08

35.4

16h45

9.55

8.16

41.4

17h45

6.77

3.38

65.3

Sum

4. KẾT LUẬN

99.67

Đối với trường hợp vào những ngày có
thời tiết xấu như trời khơng nắng có nhiều
mây hoặc những ngày trời mưa thì cường độ
bức xạ giảm tương đối nhiều được thể hiện
trong hình 6.
Tính tốn cơng suất phát điện và chênh
lệch cơng suất, điện lượng trong các ngày có
sự thay đổi trạng thái thời tiết được thể hiện

trong bảng 2.

Bài báo đưa ra cơ sở đánh giá chế độ vận
hành không ổn định của các nhà máy điện
mặt trời do ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh
như thời tiết, chuyển động của mặt trời trong
năm. Kết quả phân tích cho thấy rằng thành
phần công suất phát lên lưới điện hệ thống
của các nhà máy ĐMT bị thiếu hụt do ảnh
hưởng của cường độ bức xạ các tháng trong
năm đồng thời giảm sâu ứng với các trạng
thái thời tiết xấu như trời nhiều mây và mưa.
Từ đó đưa ra các cơ chế bù công suất thiếu
hụt để đảm bảo cân bằng phụ tải trên hệ
thống điện.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cục điều tiết điện lực, 2020, Đánh giá tuần
từ 29/6 đến 5/7/2020.
[2] Quyết định 428/QĐ-TTg của thủ tướng,
“Điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực
Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đên
năm 2030” ngày 18 tháng 3 năm 2016.
[3] John Twidell, Tony Weir, 1986, renewable
energy resources.

Hình 6. Chênh lệch cơng suất
giữa ngày nắng và ngày có mây, mưa
217