Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn thủy điện nhỏ tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện trung áp bình gia

TRƯỜ

CT
U
C
T U TC
---------------------------------------

U Ễ

U

Ì

BÌ

CỨU Ả
ƯỞ
CỦA
UỒ T Ủ
Ỏ TỚ C C C Ỉ T U
TẾ
T U T CỦA
LƯỚ
TRU
BÌNH GIA

Ngành:

ỹ thuật điện

Mã số: 8 52 02 01
LU

VĂ T

C SĨ

OA

- 2020

C


TRƯỜ

CT
U
C
T U TC
---------------------------------------

U Ễ

U

Ì

BÌ

CỨU Ả
ƯỞ
CỦA
UỒ T Ủ
Ỏ TỚ C C C Ỉ T U
TẾ
T U T CỦA
LƯỚ
TRU
BÌNH GIA

Ngành:

ỹ thuật điện

Mã số: 8 52 02 01
LU

VĂ T

C SĨ

OA

C

GƯỜI HƯỚ G DẪ KHOA HỌC

S. Vũ Vă

- 2020

ắ


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, các nội dung nghiên cứu và kết quả đƣợc trình bày trong
luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trƣớc đây.

Tác giả luận văn

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ 1
MỤC LỤC ........................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................... 6
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 8
I. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 8
II. Mục đích nghiên cứu ................................................................................ 9
III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................... 9
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................ 9
CHƢƠNG 1. LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ......... 10
1.1 Tổng quan về lƣới điện trung áp .......................................................... 10
1.1.1 Định nghĩa lƣới điện trung áp ......................................................... 10
1.1.2 Phân loại lƣới điện trung áp ............................................................ 10
1.1.3 Vai trò của lƣới điện trung áp ......................................................... 10

1.1.4 Các phần tử chính của lƣới điện trung áp ........................................ 11
1.1.5 Cấu trúc của lƣới điện trung áp ....................................................... 12
1.1.6 Đặc điểm của lƣới điện trung áp ..................................................... 16
1.2 Nguồn điện phân tán ............................................................................. 17
1.2.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán ..................................................... 17
1.2.2 Phân loại nguồn điện phân tán ........................................................ 17
1.2.3 Công nghệ nguồn điện phân tán ...................................................... 19
1.2.3.1
1.2.3.2
1.2.3.3
1.2.3.4
1.2.3.5
1.2.3.6
1.2.3.7
1.2.3.8
1.2.3.9

Máy phát điện Diesel (Diesel Generators) ................................... 19
Máy phát điện tua-bin khí (Gas turbine Generator) ...................... 20
Pin nhiên liệu (Fuel Cells) ........................................................... 21
Nguồn điện mặt trời (Solar Power) .............................................. 22
Máy phát điện tua-bin gió (Wind Turbine Generator) .................. 24
Thủy điện nhỏ (Small Hydro Turbines)......................................... 27
Năng lượng điện thủy triều (Tidal Energy) ................................... 29
Năng lượng sinh khối (Biomass Energy) ...................................... 31
Năng lượng địa nhiệt (Geothermal Energy) ................................. 32

1.3 Hiện trạng lƣới điện trung áp và nguồn phân tán tại Việt Nam ......... 34
1.3.1 Tình hình phát triển lƣới điện trung áp của nƣớc ta ......................... 34
1.3.2 Tình hình phát triển phụ tải điện ..................................................... 34

2


1.3.3 Hiện trạng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam ......................... 35
1.3.4 Tiềm năng phát triển nguồn phân tán tại Việt Nam ......................... 35
1.3.4.1
1.3.4.2
1.3.4.3
1.3.4.4
1.3.4.5

Năng lượng gió ............................................................................ 35
Năng lượng mặt trời..................................................................... 36
Thủy điện nhỏ .............................................................................. 37
Năng lượng sinh khối ................................................................... 38
Kế hoạch phát triển nguồn phân tán ở nước ta ............................. 39

1.3.5 Nhận xét ......................................................................................... 40
1.4 Kết luận chƣơng 1 ................................................................................. 40
CHƢƠNG 2. ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐẾN CÁC CHỈ
TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LĐTA ........................................................ 42
2.1 Đặt vấn đề.............................................................................................. 42
2.2 Ảnh hƣởng tới tổn thất công suất ......................................................... 43
2.3 Ảnh hƣởng tới chất lƣợng điện áp ....................................................... 45
2.3.1 Chỉ tiêu chất lƣợng điện áp ............................................................. 45
2.3.2 Ảnh hƣởng của DG tới chất lƣợng điện áp ...................................... 47
2.3.2.1 Gia tăng điện áp .......................................................................... 47
2.3.2.2 Suy giảm nhanh điện áp ............................................................... 47
2.3.2.3 Dao động điện áp......................................................................... 47

2.4 Ảnh hƣởng do gây ra sóng hài.............................................................. 48
2.5 Ảnh hƣởng đến dòng ngắn mạch và làm việc của thiết bị bảo vệ ....... 48
2.5.1 Dòng điện tăng cao trong các trƣờng hợp sự cố .............................. 49
2.5.2 Ảnh hƣởng của DG đến sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ .......... 49
2.5.3 Ảnh hƣởng của DG đến sự làm việc của thiết bị tự động đóng lại. .. 50
2.5.4 Biện pháp hạn chế ảnh hƣởng của DG trong chế độ sự cố lƣới điện 51
2.6 Ảnh hƣởng đến độ tin cậy cung cấp điện ............................................. 51
2.6.1 Độ tin cậy cung cấp điện ................................................................ 51
2.6.2 Các hệ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện ................................... 52
2.7 Ảnh hƣởng đến các chỉ tiêu kinh tế ...................................................... 54
2.7.1 Những lợi ích về kinh tế ................................................................. 54
2.7.2 Những hạn chế ............................................................................... 55
2.8 Ảnh hƣởng đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ........................................ 55
2.8.1 Những lợi ích về mơi trƣờng .......................................................... 55
2.8.2 Những hạn chế ............................................................................... 56
2.9 Đánh giá ảnh hƣởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu ......................... 56
2.9.1 Các hệ số ảnh hƣởng của DG tới lƣới điện trung áp ........................ 56
3


2.9.2 Tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng ..................... 56
2.9.3 Chất lƣợng điện áp của lƣới điện .................................................... 57
2.9.4 Khả năng tải của dây dẫn ................................................................ 58
2.9.5 Ngắn mạch ..................................................................................... 58
2.9.6 Đánh giá bằng hệ số đa mục tiêu .................................................... 59
2.10Kết
luận
chƣơng
2
............................................................................................................... 60

CHƢƠNG 3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA DG TỚI CHẤT LƢỢNG ĐIỆN
ÁP VÀ TỔN THẤT CƠNG SUẤT TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP BÌNH
GIA ................................................................................................................... 61
3.1 Đặt vấn đề.............................................................................................. 61
3.2 Phƣơng pháp và cơng cụ tính tốn ....................................................... 61
3.2.1 Phƣơng pháp tính tốn .................................................................... 61
3.2.1.1
3.2.1.2
3.2.1.3
3.2.1.4

Ma trận tổng dẫn nút ................................................................... 62
Các loại nút của lưới điện ............................................................ 62
Phương trình cân bằng cơng suất nút khi có kết nối DG............... 63
Phương pháp Newton-Raphson (NR) ........................................... 64

3.2.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng LĐPP PSS/Adept..................... 66
3.2.2.1 Chức năng của PSS/Adept. ........................................................... 66
3.2.2.2 Các bước thực hiện ...................................................................... 66

3.3 Ảnh hƣởng của DG đến chất lƣợng điện áp và tổn thất cơng suất của
LĐTA Bình Gia. .................................................................................... 70
3.3.1 Nguồn cung cấp .............................................................................. 70
3.3.2 Sơ đồ và thông số của lƣới điện ...................................................... 70
3.3.3 Thông số của DG trong khu vực ..................................................... 77
3.3.4 Kết quả mô phỏng .......................................................................... 78
3.3.4.1 Chế độ tính tốn........................................................................... 78
3.3.4.2 Đánh giá chất lượng điện áp ........................................................ 79
3.3.4.3 Đánh giá tổn thất công suất ......................................................... 85

3.3.5 Kết luận .......................................................................................... 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 87
KẾT LUẬN: ................................................................................................ 87
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: ..................................................... 87
KIẾN NGHỊ: ............................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 88

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DG:

Nguồn điện phân tán.

ĐD:

Đƣờng dây.

FCL:

Thiết bị hạn chế dòng sự cố.

LĐPP:

LĐPP

LĐTA:

Lƣới điện trung áp.

LI:

Hệ số giảm tổn thất công suất.

MC:

Máy cắt.

NLSK:

Năng lƣợng sinh khối.

PCC:

Điểm kết nối.

PQ:

Nút phụ tải

PV:

Nút nguồn phát.

TBPĐ:

Thiết bị phân đoạn.

TĐN:

Thuỷ điện nhỏ.

TĐL:

Thiết bị tự động đóng lặp lại đƣờng dây tải điện.

VP:

Hệ số cải thiện chất lƣợng điện áp của lƣới điện

VI:

Đại lƣợng đặc trƣng cho chất lƣợng điện áp của xuất tuyến.

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Dải công suất tƣơng ứng của các công nghệ DG ....................... 18
Bảng 1.2: Kế hoạch phát triển nguồn điện sử dụng năng lƣợng tái tạo giai
đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030. ............................................................ 40
Bảng 3.1: Thông số phụ tải của lƣới điện .................................................. 71
Bảng 3.2: Thông số đƣờng dây.................................................................. 74
Bảng 3.3: Kết quả tính tốn tổn thất cơng suất .......................................... 86

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia. .................................................... 14
Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn. .............................. 14
Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp................... 14

Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập. ......... 15
Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục................................................. 15
Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phịng chung. ......................... 15
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện................................................... 16
Hình 1.8: Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC) ....................... 18
Hình 1.9: Máy phát điện Diesel ................................................................. 19
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý máy phát điện tua-bin khí. ............................. 20
Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu. ........ 22
Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời. .................................. 22
Hình 1.13: Hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam ........................................ 23
Hình 1.14: Hình ảnh nhà máy điện gió. ..................................................... 24
Hình 1.15: Nguyên lý cấu tạo của tổ hợp tua-bin – máy phát điện gió. ...... 25
Hình 1.16: Cơng trình xây dựng nhà máy thủy điện nhỏ............................ 28
Hình 1.17: Nhà máy điện thủy triều kiểu đập ở cửa sơng Rance (Pháp)..... 29
Hình 1.18: Hệ thống máy phát tua-bin thủy triều. ...................................... 30
Hình 1.19: Mơ hình phát điện sử dụng khí Biogass. .................................. 31
Hình 1.20: Nhà máy điện sử dụng các dạng năng lƣợng sinh khối. ............ 31

6


Hình 1.21: Nguyên lý sản xuất điện từ năng lƣợng địa nhiệt. .................... 32
Hình 1.22: Nhà máy địa nhiệt điện. ........................................................... 33
Hình 1.23: Dự báo cơng suất các nguồn phân tán tại Việt Nam đến năm
2030. ................................................................................................................. 39
Hình 2.1: Phân bố hợp lý các DG trên lƣới để giảm tổn thất ...................... 44
Hình 3.1: Sơ đồ các bƣớc thực hiện tính tốn bằng PSS/Adept .................. 67
Hình 3.2: Giao diện xác định thƣ viện dây dẫn .......................................... 67
Hình 3.3: Giao diện xác định các thuộc tính của lƣới điện ......................... 68
Hình 3.4: Giao diện thiết lập thông số từng phần tử của lƣới điện ............. 68

Hình 3.5: Giao diện hộp tùy chọn chƣơng trình tính tốn .......................... 68
Hình 3.6: Hiển thị kết quả tính tốn trên sơ đồ .......................................... 69
Hình 3.7: Hiển thị kết quả tính tốn trên của số progress view .................. 69
Hình 3.8: Hiển thị kết quả tính tốn trên cửa sổ report .............................. 70
Hình 3.9: Sơ đồ lƣới điện huyện Bình Gia................................................. 73
Hình 3.10: Đồ thị phụ tải ngày điển hình ................................................... 76
Hình 3.11: Đặc tính cơng suất phát của TĐN ............................................ 78
Hình 3.12: Kết quả tính tốn điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h
mùa hè (TH1- khơng có TĐN)........................................................................... 80
Hình 3.13: Kết quả tính tốn điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h
mùa hè (TH2- có TĐN) ..................................................................................... 81
Hình 3.14: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa hè 82
Hình 3.15: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu - 3h mùa hè . 82
Hình 3.16: So sánh điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại - 19h mùa đơng
.......................................................................................................................... 83
Hình 3.17: Điện áp nút trong chế độ phụ tải cực tiểu - 1h mùa đông ......... 84

7


MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
DG là nguồn điện đƣợc kết nối trực tiếp với LĐPP hoặc cung cấp trực tiếp
cho khách hàng sử dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo với công nghệ mới nhƣ
điện mặt trời, điện gió, điện địa nhiệt, tuabin khí, pin nhiên liệu hay nhà máy
điện-nhiệt kết hợp hoặc máy phát diesel và thủy điện nhỏ [3] [27][30]. Nguồn
này đƣợc lắp đặt gần nơi tiêu thụ nên loại trừ đƣợc những chi phí đầu tƣ lƣới
điện, chi phí truyền tải và phân phối, tăng cƣờng linh hoạt và độ tin cậy của
LĐPP, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, cải thiện độ lệch điện áp nút
và giảm ô nhiễm môi trƣờng.

Những năm gần đây, công nghệ DG phát triển rất nhanh với chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật ngày càng nâng cao đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trƣờng cũng đƣợc
quan tâm. Do đó, DG sử dụng nguồn năng lƣợng tái tạo đã đƣợc nhiều nhà khoa
học nghiên cứu và từng bƣớc đƣợc ứng dụng thành công tại nhiều nƣớc trên thế
giới. Trong thập kỷ qua, tổng nguồn năng lƣợng tái tạo trên toàn thế giới đã tăng
từ 1226.8GW năm 2010 tới 2536.8GW vào năm 2019, tốc độ tăng trƣởng đạt tốc
độ tăng 10.7% mỗi năm [5][20][24][25][26]. Ngoài ra, thủy điện nhỏ và các DG
sử dụng năng lƣợng hóa thạch nhƣ máy phát tuabin khí, máy phát diesel, pin
nhiên liệu cũng đƣợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh mẽ [3][10][23][30].
DG nói chung và DG sử dụng các nguồn tái tạo nói riêng cũng đƣợc sử
dụng và có vai trị ngày càng quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam. Hiện
nay, nhiều dự án sử dụng DG đang đƣợc triển khai trong phạm vi cả nƣớc [14].
Nƣớc ta có nguồn năng lƣợng tái tạo khá phong phú, năm 2010 có cơng suất là
8814MW đã tăng tới 24519MW năm 2019, tốc độ tăng trƣởng đạt 17.8% mỗi
năm. Trong đó, các DG sử dụng năng lƣợng tái tạo mới chiếm phần rất nhỏ, năm
2010 tổng công suất của các nguồn này đạt 3,5% và dự báo đến năm 2020 đạt
4,5% tƣơng ứng 3375,0MW [14]. Trong những năm trƣớc đây, phần lớn DG là
nguồn thủy điện nhỏ cịn năng lƣợng mặt trời với cơng nghệ pin mặt trời đã tăng
trƣởng vƣợt bậc trong vài năm gần đây, năm 2017 mới đạt công suất là 106MW
nhƣng tới năm 2019 đã lắp đặt đƣợc tới 5695MW, chiếm tỷ trọng lớn trong các
nguồn năng lƣợng tái tạo [25][26].
Tuy nhiên, sự xuất hiện của DG trong hệ thống điện hiện tại cũng đặt ra
nhiều vấn đề kỹ thuật cần đƣợc quan tâm nghiên cứu, nhất là trong LĐTA.
Nguyên nhân chính của các vấn đề này là việc LĐTA hiện tại vốn khơng đƣợc
thiết kế tích hợp các DG với công suất phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trƣờng.
Do đó, khi DG tham gia vào LĐTA hiện tại có thể làm nảy sinh các vấn đề kỹ

8

thuật liên quan đến chất lƣợng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, hiệu quả
truyền tải điện cũng nhƣ ảnh hƣởng tới chế độ làm việc của các hệ thống bảo vệ.
Với những phân tích trên, đề tài đƣợc lựa chọn cho luận văn nhằm mục đích
tìm hiểu, nghiên cứu những ảnh hƣởng của DG khi đấu nối vào LĐTA hiện có
nói chung và tính tốn, đánh giá ảnh hƣởng của DG đến chất lƣợng điện áp và
tổn thất cơng suất trong LĐTA khu vực Bình Gia thuộc Cơng ty Điện lực Lạng
Sơn. Từ đó, giúp cho cơ quan quản lý xây dựng đƣợc kế hoạch vận hành lƣới
điện này đảm bảo chất lƣợng điện năng, an toàn, tin cậy và có hiệu quả cao.

II. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc tính vận hành của các DG và LĐPPTA. Trên cơ sở đó, mơ
hình hóa đặc tính vận hành của DG và LĐPP, lựa chọn cơng cụ tính toán để đánh
giá ảnh hƣởng của các DG khi đấu nối với LĐPPTA.
- Ứng dụng vào thực tế, tính tốn và đánh giá ảnh hƣởng của thủy điện nhỏ
tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LĐPPTA Bình Gia. Từ đó, lựa chọn đƣợc
phƣơng thức vận hành tối ƣu cho LĐPPTA Bình Gia.

III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: LĐPPTA nói chung và LĐPPTA khu vực huyện
Bình Gia, tỉnh Lạng Sơn.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phƣơng pháp mơ hình hóa đặc tính
vận hành của DG và LĐPPTA, các phƣơng pháp và cơng cụ tính tốn thơng số chế
độ của LĐPPTA. Đánh giá hiện trạng và đề xuất phƣơng thức vận hành tối ƣu cho
LĐPPTA Bình Gia.

VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lựa chọn các phƣơng pháp mơ hình hóa đặc
tính vận hành của các DG và LĐPPTA. Từ đó, lựa chọn đƣợc giải pháp phù hợp
cho mỗi loại nguồn DG và LĐPPTA.
- Ý nghĩa thực tiễn: Tính tốn áp dụng cho LĐPPTA thực tiễn nhằm lựa chọn

đƣợc phƣơng thức vận hành tối ƣu cho LĐPPTA với thủy điện nhỏ của LĐPP khu
vực Bình Gia.

9


CHƢƠNG 1. LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN
TÁN
1

Chương 1, Equation Chapter 1 Section 1

1.1 Tổng quan về lƣới điện trung áp
1.1.1 Định nghĩa lưới điện trung áp
Lƣới điện trung áp (LĐTA) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân
phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy
điện cấp điện cho phụ tải. LĐTA là khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện năng
trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng [1]. Tính đến nay lƣới điện trung áp đã trải khắp các
xã trên đất nƣớc, tuy nhiên cịn một số thơn, bản vẫn chƣa đƣợc dùng điện lƣới quốc
gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.
1.1.2 Phân loại lưới điện trung áp
Lƣới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân
phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp
[1][11][13].
Phân loại LĐTA trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tƣợng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:
+ Lƣới phân phối thành phố;
+ Lƣới phân phối nơng thơn;
+ Lƣới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện:

+ Lƣới phân phối trên không;
+ Lƣới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lƣới hở (hình tia) có phân đoạn và khơng phân đoạn.
+ Lƣới kín vận hành hở;
+ Sơ đồ hình lƣới;
1.1.3 Vai trò của lưới điện trung áp
LĐTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu
vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện.

10


LĐTA đƣợc xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều
nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.
Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho
nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lƣợng điện năng cao nhất về ổn định
tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép.
LĐTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
- Trực tiếp đảm bảo chất lƣợng điện áp cho phụ tải.
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ
tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lƣới
phân phối. Mỗi sự cố trên LĐTA trung áp đều có ảnh hƣởng rất lớn đến
sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.
- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho
nguồn điện, 15% cho lƣới hệ thống và lƣới truyền tải).
- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra
trên LĐTA. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này.
- LĐTA gần với ngƣời dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất
quan trọng.

1.1.4 Các phần tử chính của lưới điện trung áp
Các phần tử chủ yếu trong LĐTA bao gồm [11][19]:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đƣờng dây tải điện.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van,
áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dƣới tải, thiết bị thay đổi đầu
phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị
lọc sóng hài bậc cao.
- Thiết bị đo lƣờng: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng,
đồng hồ đo điện áp và dịng điện, thiết bị truyền thơng tin đo lƣờng...
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.

11


- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng
nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo
trên đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch, ...
- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa,
thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực
hiện, ...
Mỗi phần tử trên lƣới điện đều có các thơng số đặc trƣng (cơng suất, điện áp
định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định
mức, khả năng đóng cắt ...) đƣợc chọn trên cơ sở tính tốn kỹ thuật.
Những phần tử có dịng cơng suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt,
máy biến dịng, tụ bù ...) thì thơng số của chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thơng số chế
độ (điện áp, dịng điện, cơng suất) nên đƣợc dùng để tính tốn chế độ làm việc của
LĐTA.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc. Một

số ít phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi
trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dƣới tải) nhƣ:
Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dƣới tải. Một số khác có thể thay đổi khi
cắt điện nhƣ: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đƣờng dây nhờ các
máy cắt có thể thay đổi trạng thái dƣới tải.
Nhờ các thiết bị phân đoạn, đƣờng dây tải điện đƣợc chia thành nhiều phần tử
của hệ thống điện.
Không phải lúc nào các phần tử của lƣới phân phối cũng tham gia vận hành,
một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ
bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử của lƣới không làm
việc để LĐTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất.
1.1.5 Cấu trúc của lưới điện trung áp
Cấu trúc của LĐTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành [11][19].
- Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lƣới
đầy đủ. Muốn lƣới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng
thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần
tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ
các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa. Trong một chế độ vận hành

12


nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu,
đa phần đó là cấu trúc vận hành.
- Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay
một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lƣới
điện.
Cấu trúc vận hành bình thƣờng gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do
ngƣời vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ

thuật, ngƣời ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ƣu theo điều kiện kinh tế nhất (tổn
thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì
cấu trúc vận hành bị rối loạn, ngƣời ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận
hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự
cố có chất lƣợng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thƣờng. Trong
chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố
chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi.
Ngoài ra, cấu trúc LĐTA cịn có thể có các dạng nhƣ:
- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐTA không thể thay đổi sơ đồ vận hành.
Khi cần bảo dƣỡng hay sự cố thì tồn bộ hoặc một phần LĐTA phải
ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là LĐTA hình tia khơng
phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc động khơng hồn tồn: Trong cấu trúc này, LĐTA có thể thay
đổi sơ đồ vận hành ngồi tải, tức là khi đó LĐTA đƣợc cắt điện để thao
tác. Đó là lƣới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở.
- Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐTA có thể thay
đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lƣới đang trong trạng thái làm việc. Cấu
trúc động đƣợc áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung
cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐTA, trong
đó cấu trúc động khơng hồn tồn và cấu trúc động hồn tồn mức thấp
cho phép vận hành kinh tế lƣới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi
đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lƣới điện trong thời
gian thực. LĐTA trong cấu trúc này phải đƣợc thiết kế sao cho có thể vận
hành kín trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ.
Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐTA:
- Lưới hình tia (Hình 1.1): Lƣới này có ƣu điểm là rẻ tiền nhƣng độ tin cậy
rất thấp.

13

MC

ĐD

Nguồn

P1

P2

P3

P4

P…

Pn

Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia.
- Lưới hình tia phân đoạn (Hình 1.2): Độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lƣới
phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn
lƣới phía sau, vì nó ảnh hƣởng ít đến các phân đoạn trƣớc.
ĐD

MC
Nguồn

P1

P2

TBPĐ

P3

P4

P…

Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn.

Pn

- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy cao
hơn nữa do mỗi phân đoạn đƣợc cấp điện từ hai phía. Lƣới điện này có thể vận
hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhƣng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ
có hƣớng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao
tác khi sự cố nhƣng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa.
MC
Nguồn

ĐD

TBPĐ

ĐD
TBPĐ

MC

MC

ĐD

TBPĐ

ĐD

Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp.
- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (hình 1.4): Lƣới điện
này phải vận hành hở vì khơng đảm bảo điều kiện vận hành song song
lƣới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch.

14


MC

ĐD

Nguồn 1

TBPĐ

ĐD
TBPĐ

MC

ĐD

Nguồn 2

TBPĐ

ĐD

Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập.
- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt hay một
trạm biến áp, từ đó có các đƣờng dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ
tải. Trên các đƣờng dây cấp điện khơng có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy
cao. Thƣờng dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa
trạm nguồn và có u cầu cơng suất lớn.
MC
Nguồn
MC

ĐD1

MC

ĐD2

MC

MC
MC

Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục.
- Lưới điện có đường dây dự phịng chung (Hình 1.6): Có nhiều đƣờng dây

phân phối đƣợc dự phòng chung bởi một đƣờng dây dự phịng. Lƣới điện
này có độ tin cậy cao và rẻ hơn kiểu một đƣờng dây dự phòng cho một
đƣờng dây nhƣ ở trên (Hình 1.5). Loại này đƣợc dùng tiện lợi cho lƣới
điện cáp ngầm.

Nguồn
Đƣờng dây dự phịng

Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phịng chung.

15


Lƣới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lƣới điện trên. Áp dụng cụ thể cho
lƣới điện trên không hay lƣới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có
kiểu sơ đồ riêng.
Lƣới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể đƣợc
điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại khơng địi hỏi bảo dƣỡng
định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi nhƣ tin cậy tuyệt đối.
- Sơ đồ hình lưới (Hình 1.7): Đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất
của lƣới phân phối trung áp. Lƣới điện có nhiều nguồn, nhiều đƣờng dây
tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lƣới điện
bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống
SCADA. Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động.
Nguồn 2

Nguồn 1

Nguồn 3
TBPĐ

Nguồn 4

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện.
Trong sơ đồ, các vị trí cắt đƣợc chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ
nhất cho chế độ bình thƣờng, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện
an toàn cao nhất khi sự cố.
1.1.6 Đặc điểm của lưới điện trung áp
LĐTA đƣợc phân bố trên diện rộng, thƣờng vận hành khơng đối xứng và có
tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐTA vào khoảng 4%
[11][19].
Vấn đề tổn thất trên LĐTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lƣới
điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu về tổn thất có
thể đánh giá sơ bộ chất lƣợng vận hành của LĐTA.
Trong những năm gần đây, LĐTA của nƣớc ta phát triển mạnh, các Công ty
Điện lực cũng đƣợc phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất lƣợng vận hành của

16


LĐTA đƣợc câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh song vẫn còn rất
khiêm tốn.

1.2 Nguồn điện phân tán
Những năm gần đây, nhiều công nghệ nguồn điện phân tán đã đƣợc ứng dụng
thành công trong hệ thống điện. Khi tham gia trong hệ thống, nguồn điện phân tán
sẽ làm thay đổi trào lƣu công suất, thay đổi lộ trình và thơng số nâng cấp của đƣờng
dây, trạm biến áp nguồn. Tuy nhiên, nguồn điện phân tán thƣờng có vốn đầu tƣ lớn,
cơng suất phát có thể không ổn định phụ thuộc vào nguồn năng lƣợng sơ cấp.
Thông số của LĐTA nhƣ tổn thất công suất, tổn thất điện năng và chất lƣợng điện
áp sẽ thay đổi dƣới tác động của nguồn điện phân tán. Do đó, cần nghiên cứu ảnh

hƣởng của nguồn này tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LĐTA.
1.2.1 Định nghĩa nguồn điện phân tán
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ mới,
nhiều loại nguồn điện phân tán đã đƣợc ứng dụng thành công. Nhu cầu về năng
lƣợng tăng cao, các vấn đề bất cập từ việc phát triển nguồn năng lƣợng truyền
thống, cũng nhƣ những ƣu điểm của nguồn điện phân tán, đang là động lực thúc đẩy
sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn điện phân tán.
Trong nhiều tài liệu khác nhau, nhiều thuật ngữ và tên gọi khác nhau đƣợc sử
dụng để định nghĩa nguồn điện phân tán. Các tên gọi thƣờng đƣợc sử dụng là:
“nguồn phát nhúng vào – Embedded Generation”, “nguồn phát phân tán –
Distributed Genneration (DG) hay Dispersed Generation”, “nguồn phi tập trung –
Decentralized Generation” [21][30]. Nói chung, nguồn phân tán có thể đƣợc hiểu
nhƣ là một nguồn phát điện với quy mô nhỏ đƣợc đấu nối vào hệ thống lƣới phân
phối.
Trong luận văn này, tác giả sử dụng định nghĩa nguồn phân tán nhƣ định nghĩa
trong tiêu chuẩn IEEE 1547: “Nguồn phân tán là loại nguồn kết nối trực tiếp tới hệ
thống phân phối. Nguồn phân tán bao gồm máy phát điện và các công nghệ dự trữ
năng lƣợng.
1.2.2 Phân loại nguồn điện phân tán
Nguồn phân tán có thể chia ra làm hai nhóm chính theo cơng nghệ chế tạo
[3][28][30]:
- Nhóm nguồn năng lƣợng tái tạo: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện nhỏ,
điện sinh khối, địa nhiệt điện, điện thủy triều.

17


- Nhóm nguồn năng lƣợng khơng tái tạo: Động cơ đốt trong (Diesel), pin
nhiện liệu, tua bin hơi.
Trong đó các DG tái tạo đang đƣợc ƣu tiên thúc đẩy phát triển nhanh chóng do

các tác động tích cực của chúng đến môi trƣờng. Các công nghệ DG và dải công
suất thông thƣờng đƣợc chỉ ra trong Bảng 1.1
Bảng 1.1: Dải công suất tƣơng ứng của các công nghệ DG
Loại DG
Thủy điện nhỏ
Thủy điện rất nhỏ
Điện gió
Pin quang điện
Điện mặt trời

Dải công suất
1 - 100MW
25kW - 30MW
200W - 3MW
20W - 100kW
1 - 80MW

Loại DG
Điện sinh khối
Pin nhiên liệu
Địa nhiệt
Năng lƣợng biển

Dải công suất
100kW - 20MW
1kW - 5MW
5MW - 1000MW
100kW - 1MW

Đƣờng dây

kết nối DG

Dao cách ly
Lƣới
điện
phân
phối
trung
áp

Điểm
kết nối
(CP)

Hệ thống bảo vệ
kết nối

Máy cắt

Đo đếm

Điểm kết
nối chung
(PCC)

G

G

Hình 1.8: Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)

Với sự đa dạng về các DG nhƣ vậy, trong tƣơng lai mạng điện sẽ giống nhƣ
một mạng Internet trong đó các DG đƣợc kết nối ở khắp nơi giống nhƣ máy vi tính.
Hệ thống điện lúc này là sự kết hợp của các DG và các nguồn phát điện trung tâm.
Các nguồn phát điện trung tâm đƣợc kết nối vào lƣới điện áp cao (thƣờng từ 110kV
trở lên) cung cấp điện cho các trung tâm, vùng miền tiêu thụ công suất lớn, trong

18


khi đó các DG đƣợc kết nối vào lƣới điện từ 35kV trở xuống cung cấp điện cho các
nơi xa lƣới điện trung tâm, các cụm phụ tải vừa và nhỏ, … Bên cạnh đó, một số
nguồn phân tán nhỏ nhƣ: máy phát Diesel, điện mặt trời, pin nhiên liệu… đƣợc nối
trực tiếp vào lƣới hạ thế 0,4kV cung cấp điện cho các khách hàng nhỏ nhƣ hộ gia
đình hoặc tòa nhà chung cƣ, ...
DG đƣợc kết nối với lƣới phân phối thông qua điểm kết nối (CP) và điểm kết
nối chung (PCC). Cách thức đấu nối DG vào lƣới phân phối đƣợc thể hiện trong
Hình 1.8.
1.2.3 Cơng nghệ nguồn điện phân tán
1.2.3.1 Máy phát điện Diesel (Diesel Generators)
Máy phát điện Diesel là một tổ hợp khối thiết bị gồm một máy phát điện và
một động cơ nổ kéo máy phát, thông thƣờng sử dụng động cơ đốt trong 4 thì, nhiên
liệu đƣợc sử dụng để vận hành máy là dầu diesel hoặc khí gas tự nhiên. Động cơ
chuyển năng lƣợng từ nhiên liệu đầu vào thành động năng làm quay rôto cấp năng
lƣợng cho máy phát, máy phát nhận công suất cơ chuyển thành công suất điện và
phát ra điện [30][21].

Hình 1.9: Máy phát điện Diesel
Hiện nay loại máy phát điện này đƣợc sử dụng rất rộng rãi với cơng suất trong
khoảng từ (3 ÷ 1500) kVA.
Ƣu điểm của máy phát Diesel:

+ Chi phí sản xuất thấp, bảo dƣỡng đơn giản.
+ Thời gian khởi động nhanh.
+ Những máy có cơng suất nhỏ và trung bình có độ lƣu động cao.
Nhƣợc điểm của máy:

19


+ Gây tiếng ồn, rung động lớn và ô nhiễm môi trƣờng.
+ Chất lƣợng điện năng không cao nhƣ một số công nghệ chuyển đổi nhƣ
pin nhiên liệu và tua-bin nhỏ.
1.2.3.2 Máy phát điện tua-bin khí (Gas turbine Generator)
Cơng nghệ tua-bin khí là những tua-bin nhỏ có động cơ sử dụng nhiên liệu là
khí sinh học, khí ga tự nhiên, khí đốt, dầu lửa [28].
Tua-bin khí là một động cơ nhiệt, biến đổi nhiệt năng thành cơ năng. Khơng
khí đƣợc hút vào và nén tới áp suất cao nhờ một máy nén. Nhiên liệu cùng với
khơng khí đƣợc đƣa vào buồng đốt để đốt cháy, khí cháy sau khi ra khỏi buồng đốt
sẽ đƣợc đƣa vào để làm quay tua-bin. Năng lƣợng cơ học của tua-bin một phần sẽ
đƣợc đƣa về quay máy nén, một phần khác đƣa ra quay tải ngoài, nhƣ cánh quạt làm
mát, máy phát điện, … Khi đầu phía tua-bin đƣợc nối với máy phát điện trực tiếp
hoặc qua bộ giảm tốc, ta sẽ có máy phát điện tua-bin khí.

Hình 1.10: Sơ đồ ngun lý máy phát điện tua-bin khí.
Máy phát điện tua-bin khí thƣờng đƣợc sử dụng với công suất trên 1MW, tuy
nhiên ngày nay có thể sử dụng các module nhỏ hơn với cơng suất từ 20kW đến
500kW.
Ƣu điểm của máy phát tua-bin khí:
+ Chi phí đầu tƣ thấp và giá thành thấp hơn một số công nghệ nguồn
phân tán khác.
+ Độ bền cao, ít phải bảo dƣỡng.

+ Thuận tiện trong lắp đặt cũng nhƣ bảo dƣỡng.
Nhƣợc điểm của máy:

20


+ Gây tiếng ồn lớn, đòi hỏi về cách âm cao.
+ Hiệu suất năng lƣợng thấp so với một số loại DG khác.
1.2.3.3 Pin nhiên liệu (Fuel Cells)
Pin nhiên liệu là một thiết bị điện hóa mà trong đó biến đổi hóa năng thành
điện năng nhờ q trình oxy hóa nhiên liệu, nhiên liệu thƣờng dùng ở đây là khí H 2
và khí O2 hoặc khơng khí. Q trình biến đổi năng lƣợng trong pin nhiên liệu là trực
tiếp từ hóa năng sang điện năng theo phản ứng hóa học: H2 + O2 = H2O + Dịng
điện, có nhờ các chất xúc tác, thƣờng là các màng platin nguyên chất hoặc hỗn hợp
platin, hoặc các chất điện phân nhƣ kiềm, muối cacbonat, oxi rắn, …[28]
Các loại pin nhiên liệu đều cùng chung một nguyên tắc đƣợc mô tả dựa vào tế
bào nhiên liệu PME (Proton exchange membrane – tế bào nhiên liệu màng trao đổi
bằng proton). Các hệ thống pin nhiên liệu đƣợc phân loại bằng nhiều cách khác
nhau, thông thƣờng chúng đƣợc phân loại theo chất điện phân. Theo cách này, pin
nhiên liệu có 6 loại chính: AFC (Alkaline Fuel Cell – tế bào nhiên liệu kiềm);
PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell – trao đổi hạt nhân qua mạng lọc),
công suất đạt khoảng 3kW đến 250kW; PAFC (phosphoric Acid Fuel Cell – tế bào
nhiên liệu axit phosphoric), công suất đạt khoảng 100kW đến 200kW; MCFC
(Molten Carbonate Fuel Cell – tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy), cơng suất đạt
khoảng 250kW đến 10MW; SOFC (Solid Oxide Fuel Cell – tế bào nhiên liệu oxit
rắn), công suất đạt khoảng 1kW đến 10MW; DMFC (Dierect Methanol Fuel Cell –
tế bào nhiên liệu methanol trực tiếp), công suất đạt khoảng 300kW đến 2,8MW.
Ƣu điểm của pin nhiên liệu:
+ Hiệu suất cao hơn các nguồn phát thơng thƣờng, đạt từ (40 ÷ 70)%.
+ Khơng gây tiếng ồn.

+ Khơng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và ơ nhiễm mơi trƣờng.
Nhƣợc điểm:
+ Cần dịng điện tử trên bề mặt để điều chỉnh điện áp ra.
+ Chất đốt Hidro khó bảo quản và vận chuyển.
+ Các pin nhiên liệu cần có tuổi thọ tối thiểu 40.000h với các ứng dụng
trong các cơng trình về trạm phát điện. Đây là một ngƣỡng khó vƣợt
qua với cơng nghệ hiện hành.
+ Pin nhiên liệu có thể tích cồng kềnh, giá thành cao.

21


Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu.
1.2.3.4 Nguồn điện mặt trời (Solar Power)
Kỹ thuật điện mặt trời đơn giản là cách chuyển quang năng thành điện năng
trực tiếp nhờ các tấm pin mặt trời ghép lại với nhau thành mô đun hay panel. Tấm
pin đƣợc đặt dƣới một lớp gƣơng nhằm ngăn những tác động từ mơi trƣờng. Để có
lƣợng điện lớn hơn một mảnh pin riêng lẻ có thể tạo ra, ngƣời ta gắn kết nhiều
mảnh lại thành một tấm lớn là gọi pin mặt trời. Những cục pin hấp thụ năng lƣợng
từ ánh sáng mặt trời, tại đó lƣợng tử ánh sáng tác động đến các electron làm năng
lƣợng của electron tăng lên và di chuyển tạo thành dịng điện.

Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời.

22


Điện năng do pin mặt trời sản xuất ra không dùng hết có thể đƣợc tích trữ
bằng ắcqui. Đặc điểm chung của nguồn điện này là công suất đặt của một tổ hợp các
tấm pin mặt trời thƣờng khá nhỏ, thƣờng chỉ cấp điện cho các phụ tải quy mô nhỏ

và hoạt động độc lập hoặc chỉ kết nối vào lƣới hạ áp. Dịng điện ngắn mạch ngồi
thay đổi nếu cƣờng độ bức xạ mặt trời thay đổi dẫn đến có thể làm thay đổi điện áp
ra ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện năng. Để khắc phục điều này có thể kết nối giữa
nguồn cấp và phụ tải thông qua trạm sạc ắc-qui hay bộ biến đổi công suất.
Chế độ phát điện của điện mặt trời phụ thuộc nhiều vào cƣờng độ bức xạ của
mặt trời. Số giờ có nắng trong ngày thƣờng chỉ từ 8h sáng đến 16h chiều (tức là 9h
trong ngày), trong đó cƣờng độ bức xạ cực đại đạt đƣợc vào khoảng thời gian từ
11h-13h và cực tiểu vào lúc 8h và 16h. Dựa vào cƣờng độ bức xạ của mặt trời có
thể xác định đƣợc công suất phát của điện mặt trời [3]:
Pi ĐMT  Pi dat .

i
Pbucxa
.
1000

(1.1)

Trong đó:
2

i
: Cƣờng độ bức xạ mặt trời tổng tại thời điểm i, kWp/m ;
Pbucxa

Pi-dat: Công suất đặt của dàn Pin mặt trời, kWp;
: Hiệu suất nhà máy, %.

Hình 1.13: Hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam
Ƣu điểm của nguồn điện mặt trời:

+ Khơng mất chi phí mua nhiên liệu đầu vào.
+ Là nguồn năng lƣợng sạch, tái tạo và bền vững, góp phần bảo vệ mơi
trƣờng.

23