Hệ thống năng lượng phân tán
Giới thiệu
Hệ thống năng lượng phân tán – DG (Distributed Deneration) đang được chú ý nhiều hơn trong những năm gần đây. Điều này chủ yếu là do các ưu điểm khác nhau của DG, chẳng hạn như:
- Giảm tổn thất năng lượng điện trong hệ thống phân phối;
- Giảm dao động điện áp trên lưới;
- Tăng độ tin cậy, cung cấp điện liên tục;
- Cải thiện chất lượng điện, ổn định điện áp, sóng hài …;
- Giảm chi phí năng lượng;
- Tăng sự hài lòng của khách hàng.
Bất chấp tất cả những lợi ích liên quan đến DG trong hệ thống điện, việc kết nối các công nghệ mới này với hệ thống năng lượng quốc gia dẫn đến một số vấn đề quan trọng như thay đổi cài đặt bảo vệ, độ ổn định của hệ thống điện và hiện tượng “đảo” (islanding).
- “Đảo” có nghĩa là một hoặc một số nhà máy điện, được cách ly với lưới điện quốc gia
DG có thể bao gồm các hình thức, tài nguyên tạo năng lượng điện khác nhau: tài nguyên tái tạo , chủ yếu là các nhà máy điện gió và năng lượng mặt trời , hoặc tài nguyên không thể tái sinh (phương pháp thông thường – nguyên liệu hóa thạch). Việc sử dụng hầu hết các nguồn năng lượng tái tạo , chẳng hạn như các trang trại gió và hệ thống quang điện (PV) làm DG dẫn đến những thách thức chính: khả năng thay đổi và không kiểm soát được công suất đầu ra. Thật vậy, những tính năng chính này dẫn đến những lo ngại bổ sung các hệ thống DG trong hệ thống lưới điện. Sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng – ESS (Energy Storage System) được đề xuất và là một trong những giải pháp thích hợp nhất trong lĩnh vực này. Hạng mục mới này cho phép các kỹ thuật quản lý hệ thống điện một cách tối ưu.
Nói chung, hoạt động ESS được phân loại như sau:
- Khoảng thời gian sạc: Quy trình này được áp dụng bằng cách sử dụng năng lượng điện lưới, để sạc trong khoảng thời gian thấp điểm, với giá thấp hơn.
- Khoảng thời gian xả: Trong thời gian cao điểm sử dụng, năng lượng dự trữ trong ESS được sử dụng. Cần lưu ý rằng trong giai đoạn này năng lượng trên lưới có giá thành cao hơn và sử dụng các DG chắc chắn tiết kiệm hơn. Do đó, việc áp dụng một hệ thống ESS chủ yếu có thể giải thích được để giảm hoặc thậm chí loại bỏ sự không chắc chắn của DG tái tạo.
Cần lưu ý rằng các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong ESS là dựa trên điện một chiều – DC, do đó việc sử dụng các hệ thống này được kết nối linh hoạt hơn với các thiết bị điện tử công suất để kết nối với lưới điện quốc gia.
Nói chung, nhiều loại ESS có thể được cung cấp về công nghệ, địa điểm, công suất, nhu cầu và chi phí đầu tư.
Trong nội dung này, sẽ trình bày các trạng thái vận hành khác nhau liên quan đến sự hiện diện của DG trong hệ thống lưới điện bao gồm chế độ kết nối hoặc cách ly. Mô hình hóa các thiết bị hệ thống lưu trữ dựa trên các ESS quy mô nhỏ và quy mô lớn dựa trên các ứng dụng khác nhau được mô tả. Hơn nữa, các mối quan hệ điều chỉnh với từng công nghệ được giải thích chi tiết. Cuối cùng, một số điểm quan trọng liên quan đến tính kinh tế của hoạt động ESS sẽ được thảo luận.
Các vấn đề chính về kết nối:
Nói chung, các hệ thống điện dựa trên DG có thể hoạt động ở các chế độ độc lập hoặc kết nối với lưới điện. Trên thực tế, ở chế độ đầu tiên, công suất của DG chỉ được chọn dựa trên các yêu cầu về tải. Tuy nhiên, trong trường hợp thứ hai, ràng buộc này không phải là yếu tố quyết định. Mặc dù chế độ vận hành nối lưới thường được ưu tiên hơn do trao đổi năng lượng hai chiều, và vấn đề “đảo” là mối quan tâm chính cần được xem xét.
“Đảo” cung cấp độc lập cho một phần của mạng điện và tuân theo một số sự cố trong hệ thống lưới điện chính. Hoạt động trong điều kiện “đảo” là không mong muốn, vì chế độ này có thể gây ra các vấn đề không mong muốn như tạo ra mối nguy hiểm cho nhân viên bảo trì và sửa chữa hư hỏng thiết bị do sự không ổn định về điện áp và tần số.
Các vấn đề nhất định phát sinh do kết nối được thảo luận dưới đây.
Mối quan tâm về kỹ thuật:
- Tính ổn định: Kết nối của DG với lưới điện ảnh hưởng đến góc rotor, điện áp và độ ổn định tần số của lưới điện. Dựa trên loại và kích thước của máy phát điện, DG có thể cải thiện hoặc làm xấu đi sự ổn định của hệ thống.
- Chất lượng điện: Chất lượng điện lưới gần đây đã trở thành một vấn đề do việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất ngày càng nhiều. Hầu hết các máy phát điện phân phối được giao tiếp với lưới điện thông qua các mạch điện tử công suất. Việc sử dụng các phương pháp kết nối điện tử công suấtnày làm tăng vấn đề chất lượng điện trên lưới.
- Biến động điện áp: Điện năng được cung cấp bởi một số công nghệ DG, chẳng hạn như tuabin gióvà nhà máy điện PV, đang dao động. Điều này dẫn đến sự dao động điện áp cục bộ.
- Có giới hạn về số lượng hệ thống DG được kết nối với hệ thống:Giới hạn này phụ thuộc vào kích thước và loại hệ thống DG. Công suất phản kháng cung cấp phải bằng nhu cầu công suất phản kháng để duy trì cấp điện áp của hệ thống trong vùng cho phép. Việc kết nối nhiều DG hơn có thể làm tăng công suất phản kháng được cung cấp, do đó làm tăng đáng kể mức điện áp của hệ thống.
- DG làm tăng dòng ngắn mạch khi xảy ra sự cố: điều này tạo ra các yêu cầu bảo vệ khó khăn hơn. Do đó, để sử dụng DG, cần phải sử dụng các thiết bị bảo vệ cải tiến, việc này làm tăng thêm chi phí của hệ thống.
- Việc tăng mật độ kết nối của các DG là rất khó và cũng mất nhiều thời gian để xác định bất kỳ lỗi nào trong hệ thống điện lưới. Hơn nữa, hướng của dòng điện trở nên không thể đoán trước và khó kiểm soát.
- Hiện đã có hệ thống điều khiển theo phương pháp phân bố xuyên tâm (radial distribution,) bộ điều khiển này được thiết kế để xử lý các dòng điện chảy theo một hướng. Khi các DG được kết nối, dòng điện chạy theo cả hai hướng. Do đó, các hệ thống hiện có cần được nâng cấp để đồng bộ.
Mối quan tâm về kinh tế:
- Do tính chất không thể đoán trước của chi phí nhiên liệu, rất khó để lập kế hoạch kết nối các DG với lưới điện một cách hợp lý. Điều này dẫn đến các vấn đề tài chính cho khách hàng.
- Nhà điều hành lưới điện phải phân biệt giữa nguồn điện từ lưới và nguồn điện từ các DG.
- Như đã đề cập trước đó, việc tăng cường các thiết bị bảo vệ là cần thiết, điều này làm tăng thêm chi phí của hệ thống.
- Những cải tiến cần thiết trong hệ thống làm tăng tổng chi phí của hệ thống.
Dung lượng và kích thước ESS
Cho đến nay các công nghệ ESS khác nhau đã được đề xuất. Một số trong số chúng phù hợp cho các ứng dụng quy mô vừa như lưu trữ bơm thủy lực – PHS (Pumped Hydro
Storage), lưu trữ năng lượng khí nén – CAES (Compressed Air Energy Storage), lưu trữ năng lượng bánh đà – FES (Flywheel Energy Storage) và lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn – SMES (Superconductor Magnetic Energy Storage). Công suất của các hệ thống này trong khoảng MW.
Tổng quan chung về ESS được mô tả trong hình bên dưới, trong đó các hệ thống được phân loại dựa trên các ứng dụng của chúng.
Ngoài ra, các đặc điểm liên quan đến các công nghệ ESS quan trọng nhất được chỉ ra trong bảng dưới đây – trình bày một số so sánh hữu ích về các công nghệ ESS theo mật độ công suất và năng lượng của chúng.
Công suất và mật độ năng lượng của các thiết bị lưu trữ khác nhau:
Giao diện điện tử công suất:
Công suất đầu ra của điện trong tất cả các thiết bị lưu trữ năng lượng là điện một chiều và nó được chuyển đổi thành điện xoay chiều bằng cách sử dụng các thiết bị điện tử công suất để đưa vào lưới điện.
Nói chung, khi hệ thống sản xuất cao hơn công suất sử dụng, phần công suất dư ra sẽ được lưu trữ vào hệ thống (hệ thống được sạc).
Việc chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC là tất yếu trong tất cả các hệ thống lưu trữ năng lượng điện – EESS. Có nghĩa là khi nhu cầu tiêu thụ điện năng nhiều hơn điện được tạo ra, thì năng lượng sẽ chuyển từ EESS sang lưới điện. Điều này có nghĩa là hệ thống đi vào chế độ xả. Khoảng thời gian này là sự chuyển đổi từ nguồn DC thành AC.
Hình dưới đây cho thấy ngắn gọn về kết nối của một EES với lưới điện thông qua các bộ chuyển đổi một chiều (Hình. A) và hai chiều (Hình. B). Bởi vì sử dụng hai bộ chuyển đổi một chiều sẽ tốn kém hơn so với sử dụng một bộ chuyển đổi hai chiều, bộ chuyển đổi hai chiều được ưu tiên trong các ứng dụng thực tế. Như được chỉ ra trong hình dưới, bộ chuyển đổi hai chiều hoạt động như bộ chỉnh lưu trong quá trình sạc pin. Vai trò này sẽ được thay đổi thành một biến tần trong quá trình phóng điện, trong đó pin được sạc.
Hình (A) – Bộ chuyển đổi một chiều; Hình (B) – Bộ chuyển đổi hai chiều
Sơ đồ kết nối cho các thiết bị lưu trữ
Sưu tầm và biên tập bởi NTH – Lithaco
Nguồn: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/energy-storage-system
Bài Viết Liên Quan
