Phát triển mô hình ước lượng sản lượng điện cho các dự án điện mặt trời luận văn thạc sĩ

Với những kết quả lựa chọn như trên, điều quan trọng nhất mà học viên rất tâm đắc là giảm áp lực cung cấp điện cho ngành điện, giảm nhập khẩu điện từ nước ngoài, cung cấp nguồn năng lượn

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã thực hiện xong luận văn thạc sĩ được giao Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến Quý Thầy Cô, lãnh đạo Khoa Cơ Điện tử, khoa sau Đại học, Ban Giám đốc và cán bộ nhân viên Điện lực Bến Cát đã tạo điều kiện tốt nhất và tận tình hướng dẫn cho tôi những kiến thức quý báu như ngày hôm nay Những kiến thức ấy không chỉ cần trong công việc chuyên môn mà còn là bài học thiết thực giúp tôi hoàn thiện nhân cách của mình

Với lòng tri ân sâu sắc, tôi muốn nói lời cảm ơn đến Thầy TS LÊ PHƯƠNG TRƯỜNG, người hướng dẫn khoa học của luận văn, đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo

cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu này Điều mà tôi rất tâm đắc trong đề tài này là thầy hướng dẫn đã định hướng đúng cho tôi, với công việc hiện tại là Trưởng phòng Kế hoạch – Kỹ thuật của một Điện lực sẽ giúp cho tôi, giúp cho đơn vị tôi, nói xa hơn là cho ngành điện một cái nhìn tổng quan, tổng thể và kết quả của nghiên cứu: (1) Độ chính xác tin cậy; (2) không phụ thuộc vào các phần mềm tính toán sản lượng điện thương mại; (3) giảm chi phí đầu tư cho phần mềm xác định sản lượng Với những kết quả lựa chọn như trên, điều quan trọng nhất mà học viên rất tâm đắc là mang lại những lợi ích thiết thực cho ngành điện và cho xã hội, như: giảm áp lực cung cấp điện cho ngành điện, giảm nhập khẩu điện từ nước ngoài, cung cấp nguồn năng lượng cho các nhà máy sử dụng tại chỗ, giảm tổn thất điện năng (do không phải truyền tải điện năng

đi xa), hạn chế ô nhiễm môi trường, giảm sự cố và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện,…

Mặt khác, để hoàn thành luận văn này tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể lãnh đạo

và nhân viên Khu du lịch Đại Nam, Công ty Điện lực Bình Dương và bạn bè thân thiết

đã hỗ trợ thực hiện khảo sát thực tế để đánh giá một cách thiết thực, từ đây tôi có được

dữ liệu để nghiên cứu phân tích trong luận văn này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và những người thân đã động viên, cổ vũ, hỗ trợ và luôn ủng hộ tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu này

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung của luận văn này hoàn toàn được hình thành

và phát triển từ những quan điểm của chính cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học của

TS Lê Phương Trường Các số liệu và kết quả có được trong luận văn tốt nghiệp là hoàn toàn trung thực

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trương Thành Nam

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đã trở thành nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng phổ biến, với tốc độ phát triển rất nhanh trên thế giới với tổng dung lượng lắp đặt PV toàn cầu tăng nhanh chóng từ 40,277GW năm 2010 đã tăng lên 580,159GW vào cuối năm 2019 Tại Việt Nam năm 2019 có công suất nhà máy điện mặt trời áp mái nối lưới dẫn đầu Đông Nam Á Đó là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng

Việc xác định để đánh giá hiệu quả đầu tư các nhà máy năng lượng mặt trời là bước đầu tiên và rất quan trọng trong quá trình triển khai một dự án nhà máy điện mặt trời áp mái nối lưới Do đó, những vấn đề ở đây được đặt ra là công cụ tính toán ước sản lượng ban đầu, độ chính xác, hiệu quả tối ưu,…để nhà đầu tư quyết định triển khai

Luận văn này sẽ trình bày những nội dung tổng quan liên quan đến đề tài để giải quyết những vấn đề trên: (1) Độ chính xác tin cậy; (2) không phụ thuộc vào các phần mềm tính toán sản lượng điện thương mại; (3) giảm chi phí đầu tư cho phần mềm xác định sản lượng Với những kết quả lựa chọn như trên, điều quan trọng nhất mà học viên rất tâm đắc là giảm áp lực cung cấp điện cho ngành điện, giảm nhập khẩu điện từ nước ngoài, cung cấp nguồn năng lượng cho các nhà máy sử dụng tại chỗ (phần dư ra thì chia

sẽ cho ngành điện), giảm tổn thất điện năng (do không phải truyền tải điện năng đi xa), hạn chế ô nhiễm môi trường, giảm sự cố và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện,…

Khi đề tài nghiên cứu hoàn thành sẽ hỗ trợ các nhà quản lý và các nhà đầu tư ra quyết định trong quá trình lựa chọn công suất đầu tư hợp lý trong việc xây dựng nhà máy điện mặt trời áp mái nối lưới tại Việt Nam

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 01

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 04

1.1 Đặt vấn đề 04

1.2 Tình hình phát triển điện mặt trời áp mái nối lưới trên thế giới 05

1.3 Tình hình phát triển điện mặt trời áp mái nối lưới tại Việt Nam 07

1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời áp mái nối lưới tại các tính theo các Tổng Công ty Điện lực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam 13

1.5 Các nghiên cứu phát triển hệ thống xác định sản lượng 16

1.5.1 Phần mểm PV syst (Software for Photovoltaic Systems) 16

1.5.2 Phần mềm Homer (Hybrid Renewable and Distributed Power Design): 17

1.5.3 Phần mềm RETscreen (Clean Energy Project Analysis Software): 18

1.5.4 Phần mềm MATLAB/SIMULK 18

1.5.4.1 Ứng dụng 18

1.5.4.2 Hiệu quả 19

1.5.4.3 Chi phí bản quyền 19

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN MÁI NỐI LƯỚI TẠI BÌNH DƯƠNG 20

2.1 Các hệ thống điện mặt trời trên mái nối lưới tại Bình Dương 20

2.2 Thông số kỹ thuật hệ thống điện mặt trời trên mái nối lưới 25

2.3 Hệ thống nhà máy điện mặt trời nối lưới khu du lịch Đại Nam 25

2.4 Hệ thống nhà máy điện mặt trời nối lưới Điện lực Bến Cát 27

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP 30

3.1 Lịch sử phát triển Pin Quang điện 30

3.1.1 Vật liệu chế tạo tấm pin mặt trời 31

3.1.1.1 Module PV tinh thể silic 32

3.1.1.2 Module PV dạng màn mỏng (thin film) 33

3.2 Mô hình Pin Quang điện 33

3.3 Mô hình xác định sản lượng 36

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SẢN LƯỢNG BẰNG MATLAB/SIMULINK 38

4.1 Mô tả hệ thống 38

4.2 Xây dựng mô hình pin quang điện trên MATLAB/SIMULINK 39

4.3 Mô hình tổn thất của hệ thống 40

4.4 Xây dựng mô hình tính toán sản lượng 42

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THẢO LUẬN: 44

5.1 Thông số đầu vào 44

5.2 Kết quả mô phỏng 45

5.3 Kết quả thực nghiệm 48

5.4 Phân tích kết quả 49

KẾT LUẬN 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

EVNNPC Northern power corporation Tổng Công ty Điện lực

EVNSPC Southern power corporation Tổng Công ty Điện lực

Miền Nam

EVNNPC Northern power corporation Tổng Công ty Điện lực

Miền Bắc

GIS Geographical information

GIZ Gesellschaft für Internationale

Zusammenarbeit

Tổ chức Hợp tác Quốc tế Đức

IRNA International Renewable

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Khối lượng lưới điện dự kiến đến năm 2030 theo QĐ 428/QĐ-TTg 04

Bảng 1.2 Giá thành các phần mềm thương mại 05

Bảng 1.3 Giờ nắng trung bình và bức xạ mặt trời cho các khu vực tại Việt Nam 09

Bảng 1.4Bảng thống kê hệ thống NLMTAM nối lưới theo Tổng Công ty đến 4/2020.14 Bảng 1.5 Bảng thống kê hệ thống NLMTAM nối lưới theo nhóm khách hàng 15

Bảng 2.1 Số liệu đường dây và trạm biến áp tỉnh Bình Dương đến 5/2020 21

Bảng 2.2 Tổng hợp công suất mặt trời áp mái nối lưới tỉnh Bình Dương đến 5/2020 22

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của pin quang điện Canadian 330W 26

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của Inverter VES Solar 27

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của pin quang điện IREX 360W 29

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của Inverter SMA 29

Bảng 3.1 Hằng số lý tưởng vật liệu phụ thuộc vào công nghệ PV 36

Bảng 4.1 Bức xạ mặt trời đo được thực tế trong thời gian 12 tháng 39

Bảng 4.2 Bảng thông số kỹ thuật các loại pin quang điện 40

Bảng 4.3 Các tham số tổn thất 41

Bảng 5.1 Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của pin quang điện 44

Bảng 5.2 Bức xạ mặt trời đo đạt thực tế tại Bình Dương 45

Bảng 5.2a Sản lượng điện mô phỏng hệ thống Nhà máy mặt trời Đại Nam 47

Bảng 5.2b Sản lượng điện mô phỏng hệ thống Nhà máy mặt trời Điện lực Bến Cát 47

Bảng 5.3a Sản lượng điện thực tế hệ thống Nhà máy mặt trời Đại Nam 48

Bảng 5.3b Sản lượng điện thực tế hệ thống Nhà máy mặt trời Điện lực Bến Cát 49

Bảng 5.4a So sánh kết quả giữa mô hình tính toán sản lượng xây dựng trên MATLAB/SIMULINK và kết quả thực tế từng nhà máy Đại Nam 50

Bảng 5.4b So sánh kết quả giữa mô hình tính toán sản lượng xây dựng trên MATLAB/SIMULINK và kết quả thực tế từng nhà mặt trời Điện lực Bến Cát 52

Bảng 5.5 PR nhà máy Đại Nam và Điện lực Bến Cát 53

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 5.1a Biểu đồ so sánh ước lượng và thực tế Đại Nam (bất thường tháng 9) 53

Biểu đồ 5.1b Biểu đồ so sánh ước lượng và thực tế Đại Nam (ước lượng) 53 Biểu đồ 5.2 Biểu đồ so sánh ước lượng và thực tế Điện lực Bến Cát 54

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tốc độ phát triển công suất đặt PV toàn cầu 10 năm gần nhất (MW) 6

Hình 1.2 Năm quốc gia có công suất đặt PV hàng đầu 2019 7

Hình 1.3 Bản đồ bức xạ mặt trời GHI tại Việt Nam 8

Hình 1.4 Phân bố năng lương tại Việt Nam @ 12/2018 10

Hình 1.5 Phát triển năng lượng mặt trời tại 5 Quốc gia dẫn đầu Đông Nam Á 2015-2019 11

Hình 1.6: Các nhà máy điện mặt trời dự kiến phê duyệt bổ sung quy hoạch 2020 12

Hình 1.7: Số lượng hệ thống mặt trời áp mái nối lưới đã lắp tính theo các Tổng Công ty Điện lực 14

Hình 1.8: Công suất lắp đặt mặt trời áp mái nối lưới tính theo các Tổng Công ty Điện lực 15

Hình 1.9: Công suất lắp đặt mặt trời áp mái nối lưới tính theo các nhóm khách hàng 16 Hình 1.10: Giá thành mua bản quyền PVsyst 17

Hình 1.11: Giá thành mua bản quyền Homer 17

Hình 1.12: Giá thành mua bản quyền MATLAB/SIMULK 19

Hình 2.1 Bảng thành phần sử dụng điện trên địa bàn Bình Dương đến 5/2020 20

Hình 2.2 Vị trí địa lý phường Hiệp An, Thành phố Thủ Dầu Một, Bình Dương 25

Hình 2.3 Hình ảnh thực tế tại Đại Nam 26

Hình 2.4 Vị trí địa lý phường Mỹ Phước, Thị xã Bến Cát, Bình Dương 27

Hình 2.5 Hình ảnh thực tế tại Điện lực Bến Cát 28

Hình 3.1 Nhà khoa học Russell Ohl 30

Hình 3.2 Mô tả các loại công nghệ vật liệu tấm PV 32

Hình 3.2(a) Cấu tạo pin quang điện 33

Hình 3.2(b) Nguyên lý hoạt động pin quang điện 34

Hình 3.3 Mô hình tổng quát pin quang điện 34

Hình 4.1 Mô tả hệ thống 38

Hình 4.2 (a) Mô hình pin quang điện 39

Hình 4.4 (b) Chương trình con của mô hình quang điện 40

Hình 4.5 Mô hình xác định sản lượng điện mặt trời 42

Hình 5.1 Đặc tính I-V-P của pin quang điện Canadian 330W 45

Hình 5.2 Đặc tính I-V-P của pin quang điện Irex 360W 46

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Để đáp ứng được cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 như hiện nay cũng như xu thế phát triển của Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng thì nhu cầu năng lượng của Việt Nam ngày một gia tăng, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện, than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, việc vận chuyển khó khăn, tốn kém đặc biệt là tới những vùng sâu, xa, hải đảo… thì nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mới đang được khai thác và phát triển tại Việt Nam thì điện mặt trời đang có điều kiện phát triển tốt nhất

Tuy nhiên, việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mặt trời không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường và phù hợp xu hướng phát triển bền vững với nguồn năng lượng thân thiện môi trường

Trong bối cảnh đó, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/03/2016 về việc Quyết định điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 và Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg quyết định

về việc cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam ngày 11 tháng 04 năm 2017 đã khẳng định tầm quan trọng của các nguồn năng lượng sạch trong việc đảm bảo điện cho phát triển kinh tế - xã hội gắn với môi trường Theo lộ trình này,

từ thời điểm ban hành đến năm 2020, mỗi năm ngành điện phải xây dựng các dự án điện mặt trời với công suất hơn 200 MW; từ năm 2020 - 2025, mỗi năm phải lắp đặt hơn 600

MW và 5 năm tiếp theo, mỗi năm phải lắp đặt 1.600 MW mới đạt kế hoạch đề ra

Thực tại đó, nguồn Năng lượng tái tạo của Việt Nam tương đối lớn do nằm trong khu vực nhiệt đới có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào, cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía Bắc là 3,69 kWh/m2 và phía Nam là 5,9 kWh/m2 Lượng

bức xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời Cường độ bức xạ

ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc, và nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo ra các tấm pin quang điện để đáp ứng nhu cầu năng lượng sạch

Theo đó, để ước lượng sản lượng điện sản sinh ra từ nguồn năng lượng mặt trời thì cũng có nhiều phương pháp như: ước sản lượng trung bình ngày dựa trên hiệu suất, hay sử dụng phần mềm PV syst, Homer, RETscreen,… Tuy nhiên, vấn đề gặp phải là các phần mềm thương mại này có phí tương đối không nhỏ, lên đến hàng nghìn USD/năm

Trên thực tế, để đảm bảo các yếu tố: (1) Độ chính xác tin cậy; (2) không phụ thuộc vào các phần mềm tính toán sản lượng điện thương mại; (3) giảm chi phí đầu tư cho phần

mềm xác định sản lượng, tác giả đã quyết định chọn đề tài nghiên cứu “PHÁT TRIỂN

MÔ HÌNH ƯỚC LƯỢNG SẢN LƯỢNG ĐIỆN CHO CÁC DỰ ÁN ĐIỆN MẶT TRỜI” Khi đề tài nghiên cứu hoàn thành sẽ hỗ trợ các nhà quản lý và các nhà đầu tư ra

quyết định trong quá trình lựa chọn công suất đầu tư hợp lý trong việc xây dựng nhà máy điện mặt trời tại Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng mô hình xác định sản lượng điện mặt trời trên mái nối lưới dựa trên môi trường Matlab/Simulink, phải đáp ứng được tất cả các nhà máy có công suất từ nhỏ vài chục kWp đến hàng ngàn kWp để cho thấy độ chính xác khi áp dụng

So sánh số liệu ước lượng của mô hình và số liệu thực tế tại hai nhà máy trên địa bàn tỉnh Bình Dương (nhà máy điện mặt trời khu du lịch Đại Nam và nhà máy điện mặt trời Điện lực Bến Cát)

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Thuật toán xác định sản lượng điện mặt trời

Nhà máy điện mặt trời trên mái nối lưới

4 Phương pháp nghiên cứu

 Thu thập tài liệu từ nguồn thư viện, thư viện số, số liệu thu thập từ các công trình thực tế

 Xây dựng mô hình xác định sản lượng điện mặt trời trên mái nối lưới dựa trên môi trường Matlab/Simulink

 Sử dụng mô hình để ước sản lượng điện tại nhà máy điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam bằng phương pháp hệ thống hóa lý thuyết, mô phỏng

 Lấy số liệu thực tế và so sánh kết quả tính toán

5 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận luận văn gồm có 04 chương:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Mô tả hệ thống

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Xây dựng mô hình tính toán bằng MATLAB/SIMULINK

Chương 5: Kết quả tính toán và thảo luận

Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 trên toàn thế giới với nhu cầu năng lượng ngày càng nhiều, năng lượng mặt trời đã trở thành nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng phổ biến Đó là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng

Theo Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18 tháng 3 năm 2016 [1] của Thủ tướng Chính phủ về việc “Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển Điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030”, thì khối lượng lưới điện dự kiến xây dựng đến năm 2030 như Bảng 1.1:

Bảng 1.1 Khối lượng lưới điện dự kiến đến năm 2030 theo QĐ 428/QĐ-TTg [1]

Năm 2017, Thủ tướng Chính phủ tiếp tục ban hành quyết định số TTg ngày 11 tháng 4 năm 2017 [3] về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời, và đến thời điểm hết tháng 6 năm 2019, cả nước có 88 dự án điện mặt trời nối lưới với tổng công suất gần 4.500 MW và 154,6 MW điện mặt trời mái nhà vào vận hành phát điện Ngoài ra, 200 dự án điện mặt trời với tổng công suất là 17 GWp đang đăng ký triển khai

11/2017/QÐ-trong giai đoạn từ nay đến 2025 [2] Do đó, một 11/2017/QÐ-trong những giải pháp ngành năng lượng Việt Nam đang khuyến khích, tạo điều kiện phát triển các dự án điện mặt trời, mà vấn

đề cần quan tâm là sản lượng điện cho các dự án điện mặt trời áp mái tạo ra được so với thực tế do tổn hao sản lượng Theo đó, để ước lượng sản lượng điện sản sinh ra từ nguồn năng lượng mặt trời có nhiều phương pháp như: ước sản lượng trung bình ngày dựa trên hiệu suất, hay sử dụng phần mềm PV syst, Homer, RETscreen,… Tuy nhiên, vấn đề gặp phải là các phần mềm thương mại này có phí tương không nhỏ, lên đến hàng nghìn USD/năm (xem bảng 1.2)

Bảng 1.2 Giá thành các phần mềm thương mại

USD/năm

Thông tin phần mềm

1 PV syst Ước lượng sản lượng điện mặt

Vấn đề đặt ra ở đây là mô hình ước lượng có (1) có độ chính xác tin cậy; (2) không phụ thuộc vào các phần mềm tính toán sản lượng điện thương mại; (3) giảm chi phí đầu tư cho phần mềm xác định sản lượng

Từ đó học viên chọn đề tài nghiên cứu “PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ƯỚC LƯỢNG SẢN LƯỢNG ĐIỆN CHO CÁC DỰ ÁN ĐIỆN MẶT TRỜI” làm đề tài nghiên cứu

1.2 Tình hình phát triển điện mặt trời áp mái nối lưới trên thế giới:

Năm 2019, theo báo cáo của tổ chức IRENA là cơ quan năng lượng tái tạo quốc

tế ghi nhận thị trường PV toàn cầu đang phát triển rất nhanh trong hơn một thập kỷ qua Tổng dung lượng lắp đặt PV toàn cầu tăng nhanh chóng từ 40,277GW năm 2010 đã tăng lên 580,159GW vào cuối năm 2019 như hình 1.1 (PV chiếm tỉ lệ 22,87% tổng nguồn năng lượng tái tạo toàn cầu) [4]

Sự tăng trưởng tại thị trường Châu Á cao nhất (chiếm 56,9% PV toàn cầu) đã bù đắp cho sự sụt giảm các ở khu vực châu Âu trong những năm gần đây, với sự tăng trưởng vượt bậc của Trung Quốc và Nhật Bản chiếm 80,1% của toàn Châu Á Tăng trưởng ở các khu vực khác cũng tiếp tục tăng trưởng mạnh, trong khi đó Châu Phi chiếm tỉ lệ thấp nhất (chỉ 1,09% PV toàn cầu)

Hình 1.1 Tốc độ phát triển công suất đặt PV toàn cầu 10 năm gần nhất (MW) [4]

Bên cạnh sự phát triển ngành năng lượng mặt trời toàn cầu, tốc độ không đồng đều giữa các Châu lục, các quốc gia và đến năm 2019 có 5 quốc gia chiếm tỉ lệ 71% đa phần là do năng lực phát triển ngành công nghiệp mặt trời một cách chủ động cũng như chính sách tại các quốc gia này Theo hình hình 1.2 thì Trung Quốc chiếm 35%, Nhật Bản chiếm 11%, Mỹ chiếm 10%, Đức chiếm 8%, Ấn Độ chiếm 6%

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000

Hình 1.2 Năm quốc gia có công suất lắp đặt PV hàng đầu 2019 [5]

1.3 Tình hình phát triển điện mặt trời áp mái nối lưới tại Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia nằm trên bán đảo Đông Dương, khu vực Đông Nam Á, ven biển Thái Bình Dương Việt Nam có đường biên giới trên đất liền dài 4.550 km tiếp giáp với Trung Quốc ở phía Bắc, với Lào và CampuChia ở phía Tây; phía Đông giáp biển Đông

Việt Nam là một trong những quốc gia có bức xạ mặt trời tốt nhất khu vực Châu

Á Theo báo cáo của nhóm tác giả Polo và cộng sự thuộc Cơ quan Họp tác Phát triển Quốc tế Tây Ban Nha đã phối hợp cùng Bộ Công Thương Việt Nam thực hiện nghiên cứu và trình bày bản đồ nguồn năng lượng mặt trời và tiềm năng tại Việt Nam năm 2015 [5] Kết quả nghiên cứu đã trình bày được bản đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam (xem Hình 1.3) Trong đó có 30/61 tỉnh, thành phố có bức xạ mặt trời tương đối cao hơn 4,5 kwh/m2 Đặc biệt, khu vực Trung tâm phía nam của Việt Nam có tiềm năng bức xạ năng lượng mặt trời tuyệt vời để phát triển các kế hoạch năng lượng mặt trời, với số giờ nắng trung bình khác nhau, từ 1700h đến 2500h mỗi năm, và bức xạ mặt trời 4,9– 5,7 kWh/m2/ngày (xem bảng 1.3)

Hình 1.3 Bản đồ bức xạ mặt trời GHI tại Việt Nam [5]

Bảng 1.3 Giờ nắng trung bình và bức xạ mặt trời cho các khu vực tại Việt Nam [5]

Khu vực Giờ nắng mỗi

năm (giờ/năm)

Bức xạ mặt trời (kWh/m2/ngày)

 Giai đoạn 2016 - 2020 là 10,3-11,3%/năm

 Giai đoạn 2021 - 2030 khoảng 8,0-8,5%/năm

Trong khi nguồn năng lượng chủ yếu tại Việt Nam [2] được thể hiện qua hình 1.4, cụ thể:

 Thủy điện (41%)

 Than (37%)

 Tuabin khí (15%)

 Nguồn khác (7%)

Hình 1.4 Phân bố năng lương tại Việt Nam @ 12/2018 [2]

Theo hình 1.4 năng lượng tái tạo chiếm một phần rất nhỏ do đó Thủ Tướng Chính phủ ban hành Quyết định 11/2017/QÐ-TTg [1] về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời, đến thời điểm hết tháng 6/2019, cả nước có 88 dự án điện mặt trời nối lưới với tổng công suất gần 4.500 MW và 154,6 MW điện mặt trời mái nhà vào vận hành phát điện Ngoài ra, 200 dự án điện mặt trời với tổng công suất là 17 GWp đang đăng ký triển khai trong giai đoạn từ nay đến 2025 [2]

Bên cạnh đó, trong năm 2019 sự phát triển ồ ạt theo chính sách về giá điện điện

là 2.086 đồng/kWh (chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng, tương đương với 9,35 Uscents/kWh, theo tỷ giá trung tâm của đồng Việt Nam với đô la Mỹ do Ngân hàng Nhà nước Việt Nam công bố ngày 10 tháng 4 năm 2017 là 22.316 đồng/USD) và

có thời hạn 20 năm đối với các nhà máy hoạt động trước ngày 30 tháng 6 năm 2019 [1]

đã thu hút được nhiều nhà đầu tư mạnh dạn đầu tư vào ngành năng lượng này

41%

37%

15%

7%

Năng lượng tại Việt Nam

Thủy điện Than Tuanin khí Khác

Năm 2019, Việt Nam có công suất lắp đặt là 5.695 MW dẫn đầu Đông Nam Á (51,16% Đông Nam Á, chiếm 1,72% Châu Á, 0,98% toàn cầu) [4]

Theo hình 1.6 thể hiện các nhà máy đã phê duyệt đến năm 2019 và các nhà máy điện mặt trời dự kiến phê duyệt trong năm 2020, được thể hiện rõ ràng theo vùng miền

Hình 1.6: Các nhà máy điện mặt trời dự kiến phê duyệt bổ sung quy hoạch 2020 [6]

1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời áp mái nối lưới tại các tính theo các Tổng Công ty Điện lực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Thực hiện theo quyết định số 13/2020/QĐ-TTg về việc cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam ngày 06 tháng 04 năm 2020 [7] Theo đó, Tập đoàn Điện lực Việt Nam theo dõi báo công tác này cho Bộ Công Thương và Thủ Tướng Chính phủ

Theo báo cáo của nhóm tác giả Polo và cộng sự thuộc Cơ quan hợp tác Phát triển Quốc tế Tây Ban Nha đã phối hợp cùng Bộ Công Thương Việt Nam thực hiện nghiên cứu và trình bày bản đồ nguồn năng lượng mặt trời và tiềm năng tại Việt Nam năm 2015 [5], cho thấy rõ công suất lắp đặt trên 3 miền: Bắc, Trung, Nam toàn Việt Nam được thể hiện thống kê, quản lý và điều hành hệ thống mặt trời áp mái nối lưới qua 05 Tổng Công

ty Điện lực như sau:

 Tổng Công ty Điện lực Miền Nam (EVNSPC)

 Tổng Công ty Điện lực Miền Bắc (EVNNPC)

 Tổng Công ty Điện lực Miền Trung (EVNCPC)

 Tổng Công ty Điện lực Hà Nội (EVNHANOI)

 Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC)

Để có cái nhìn tổng quan về số lượng hệ thống đã lắp đặt trên các miền Bắc, miền Trung, miền Nam cũng như về các mục đích sử dụng: công nghiệp, thương mại, hành chánh, hộ gia đình như bảng 1.4 Bảng thống kê hệ thống NLMTAM nối lưới theo Tổng Công ty đến 4/2020., bảng 1.5 Bảng thống kê hệ thống NLMTAM nối lưới theo nhóm khách hàng

Bảng 1.4 Bảng thống kê hệ thống NLMTAM nối lưới theo Tổng Công ty đến 4/2020 [2]

Stt Hạng mục

EVNNPC (Miền Bắc)

EVNSPC (Miền Nam)

EVNCPC (Miền Trung)

EVNHANOI (Hà Nội)

EVNHCMC (Hồ Chí Minh)

Từ bảng số liệu trên, ta thấy khu vực miền Nam, Nam Trung bộ (chiếm 66,1%

Việt Nam) do có mức bức xạ tương đối tốt, được thể hiện qua hình 1.7

Hình 1.7: Số lượng hệ thống mặt trời áp mái nối lưới đã lắp tính theo các Tổng

Công ty Điện lực [2]

EVNNPC, 1,914, 7%

EVNSPC, 13,469, 48%

EVNCPC, 5,186, 19%

EVNHANOI,

614, 2%

EVNHCMC, 6,662, 24%

EVNNPC EVNSPC EVNCPC EVNHANOI EVNHCMC

Hình 1.8: Công suất lắp đặt mặt trời áp mái nối lưới tính theo các Tổng Công ty

Điện lực [2]

Bảng 1.5 Bảng thống kê hệ thống NLMTAM nối lưới theo nhóm khách hàng [2]

Stt Hạng mục Công nghiệp Thương mại Hành

chánh

Hộ gia đình

Từ bảng số liệu trên, ta thấy số nhóm khách hàng là công nghiệp chiếm 56,3%

Việt Nam do nhận thức về năng lượng sạch, năng lượng tái tạo chủ yếu là tỷ trọng về công nghiệp chiếm đa số 56,3% (ngoài ra một phần thì chạy đua theo chính sách của quyết định số 13/2020/QĐ-TTg)

Để nhận thấy rõ về công suất lắp đặt và số lượng các hệ thống được thể hiện qua Hình 1.9

Hình 1.9: Công suất lắp đặt mặt trời áp mái nối lưới tính theo các nhóm khách

hàng [2]

1.5 Các nghiên cứu phát triển hệ thống xác định sản lượng

1.5.1 Phần mềm PV syst (Software for Photovoltaic Systems):

PVsyst là được sản xuất bởi các nhà nghiên cứu khoa học có trụ sở công ty tại Thụy Sĩ để ứng dụng thiết kế cho việc nghiên cứu, phân tích dữ liệu của các hệ thống

PV hoàn chỉnh, làm việc với các hệ thống điện mặt trời nối lưới, độc lập PVSyst có thể

mô phỏng và thiết kế hệ thống điện mặt trời khá phổ biến hiện nay được các nhà tư vấn thiết kế sử dụng, một số tính năng cơ bản và thông dụng, như sau:

- Chọn mô đun PV từ cơ sở dữ liệu nội bộ

- Ước sản lượng điện cho dự án

Hiện tại PVsyst có hai phiên bản phần mềm:

- Pro30 – Giới hạn công suất thiết kế (tối đa 30kWp)

- Premium – Không giới hạn công suất thiết kế

Hộ gia đình

Hình 1.10: Giá thành mua bản quyền PVsyst (ảnh chụp màn hình website: https://vbtsolar.com/phan-mem-pvsyst/)

1.5.2 Phần mềm Homer (Hybrid Renewable and Distributed Power Design):

HOMER là phần mềm giúp tối ưu hóa hệ thống cung cấp năng lượng (điện) hỗn hợp (hydbrid) sử dụng nhiều công nghệ khác nhau như tuabin gió, pin mặt trời, máy phát diesel, thủy điện, pin nhiên liệu, ắc quy…Phần mềm này có những tính năng tương tự như Pvsyst, tuy nhiên có ưu điểm hơn là có thể kết hợp được nhiều hệ thống lai

Hình 1.11: Giá thành mua bản quyền Homer (ảnh chụp màn hình website https://www.homerenergy.com/products/pro/pricing/index.html)

1.5.3 Phần mềm RETscreen (Clean Energy Project Analysis Software):

Phần mềm phân tích dự án Năng lượng Sạch của RETScreen International là một công cụ hỗ trợ ra quyết định duy nhất đã được sáng chế trên cơ sở có sự đóng góp của nhiều chuyên gia trong chính quyền, các ngành công nghiệp, và giới học thuật, được sử dụng để thiết kế các hệ thống năng lượng tái tạo, đánh giá các giải pháp tiết kiệm năng lượng bao gồm phí tổn trong chu kỳ hoạt động, giảm khí thải nhà kính, tính khả thi về mặt tài chính cũng như phân tích rủi ro

Phần mềm có ưu điểm là hỗ trợ tiếng việt và dữ liệu khí tượng như bức xạ mặt trời, tốc độ gió, nhiệt độ (nguồn do NASA cung cấp tương đối tin cậy)

Nhược điểm là vẫn tính phí bản quyền khoảng 869 USD/năm (hoặc thỏa thuận quốc tế) nếu muốn sử dụng đầy đủ các tính năng của phần mềm

1.5.4 Phần mềm MATLAB/SIMULK:

Từ những tính năng có thể sử dụng của các phần mềm trên, tuy nhiên tất cả đều tốn một chi phí nhất định, trên cơ sở đó học viên muốn chọn một chương trình, phần

mềm MATLAB/SIMULK để thực hiện xây dựng mô phỏng, phần mềm là một phần

mở rộng của MATLAB bởi MathWorks Inc Nó làm việc với MATLAB để cung cấp mô hình, mô phỏng và phân tích hệ thống dynamic dưới một môi trường giao diện người dùng đồ họa Việc xây dựng một mô hình được đơn giản hóa với hoạt động chuột nhấp chuột và kéo Simulink bao gồm một thư viện khối toàn diện của hộp công cụ cho cả phân tích tuyến tính và phi tuyến tính, Mô hình này khi xây dựng xong sẽ đem đến nhiều lợi ích, cụ thể:

1.5.4.1 Ứng dụng:

- Sử dụng cho công tác đào tạo cơ bản đến nâng cao

- Sử dụng cho tính toán chuyên môn với nhiều quy mô công suất khác nhau (không giới hạn)

- Mô phỏng các đặc tuyến của từng tấm pin chính xác

- Ước sản lượng điện cho dự án

- Miễn phí (nếu sử dụng các tính năng cơ bản)

- Chi phí thấp, nếu muốn mở rộng và đầy đủ các tính năng của

MATLAB/SIMULK

Hình 1.12: Giá thành mua bản quyền MATLAB/SIMULK

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN MÁI NỐI

LƯỚI TẠI BÌNH DƯƠNG

2.1 Các hệ thống điện mặt trời trên mái nối lưới tại Bình Dương

Bình Dương nằm trong khu vực miền Đông Nam bộ, diện tích tự nhiên 2.694,64

km2, chiếm khoảng 0,83% diện tích cả nước, có tọa độ địa lý từ 10o 52' 00'' đến 11o 30' 00'' vĩ độ Bắc và từ 106o 20' 00" đến 106o 57' 00" kinh độ Đông Phía Bắc giáp tỉnh Bình Phước, phía Đông giáp tỉnh Đồng Nai, phía Nam giáp thành phố Hồ Chí Minh và phía Tây giáp tỉnh Tây Ninh, là một trong những tỉnh có cường độ bức xạ mặt trời cao thuộc miền Đông Nam bộ

Là một vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, với thành phần công nghiệp – xây dựng chiếm đến 76,48% (và dự kiến năm 2020 toàn tỉnh Bình Dương sẽ sử dụng điện thương phẩm là 14,870 tỷ kWh)

Hình 2.1 Bảng thành phần sử dụng điện trên địa bàn Bình Dương đến 5/2020

Do đó, nhu cầu sử dụng điện rất lớn từ các nhà máy, xí nghiệp phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đặc biệt, sau khi Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg về việc cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam ngày 11 tháng

04 năm 2017 có hiệu lực thì tình hình phát triển điện mặt trời trên mái nối lưới trên địa bàn Bình Dương phát triển mạnh mẽ

Mặt khác, trên toàn tỉnh Bình Dương nhu cầu và tiềm năng để phát triển vào các năm tiếp theo là rất lớn, điều này thể hiện qua tổng số liệu đường dây truyền tải và phân phối tính đến tháng 5/2020, cụ thể bảng 2.1:

Bảng 2.1 Số liệu đường dây và trạm biến áp tỉnh Bình Dương đến 5/2020

Nguồn: Công ty Điện lực Bình Dương 5/2020

Tính đến 5/2020, trên toàn địa bàn tỉnh Bình Dương có tổng công suất là 39,410 MWp được đầu tư áp mái nối lưới tại bảng 2.2, cụ thể như sau:

Bảng 2.2 Tổng hợp công suất mặt trời áp mái nối lưới tỉnh Bình Dương đến 5/2020

STT Đơn vị hành chính Công suất (kWp) Tỉ lệ (%)

Nguồn: Công ty Điện lực Bình Dương 5/2020

Bên cạnh những công tác đã đạt được đó, cụ thể tại Bình Dương còn thực hiện các giải pháp khác, tuyên truyền vận động, nhằm khuyến khích khách hàng đẩy mạnh công tác phát triển năng lượng mặt trời áp mái nối lưới, cụ thể:

- Phối hợp với Sở Công Thương, các nhà cung cấp và lắp đặt hệ thống Năng lượng mặt trời trên mái nhà để tổ chức Hội thảo “Điện mặt trời lắp mái nhà – giải pháp

sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả” vào ngày 20/3/2019 tại Trung tâm Hội nghị

triển lãm tỉnh Bình Dương, ngày 11/7/2019 tại thị xã Tân Uyên, ngày 18/7/2019 tại thị xã Thuận An, ngày 25/7/2019 tại thị xã Bến Cát cho các đối tượng khách hàng: các Sở ban ngành, các tổ chức đoàn thể - chính trị xã hội, các bệnh viện, trường Đại học và Ngân hàng lớn trên địa bàn tỉnh, các khách hàng trọng điểm, khách hàng lớn trên địa bàn toàn tỉnh Qua đó giới thiệu, quảng bá lợi ích, hiệu quả của nguồn năng lượng này, khuyến khích khách hàng hướng tới đầu tư, sử dụng nguồn năng lượng xanh, sạch qua đó góp phần bảo vệ môi trường, giảm áp lực cung cấp điện do thiếu nguồn điện cho ngành điện

- Phối hợp với các cơ quan truyền thông, báo đài trên địa bàn tỉnh Bình Dương để triển khai nhiều công tác tuyên truyền, quảng bá cơ chế khuyến khích phát triển nguồn năng lượng xanh, nguồn năng lượng sạch của Chính phủ đến từng khách hàng sử dụng điện trên địa bàn, phối hợp làm phóng sự và ghi hình phát triển nguồn điện năng lượng mặt trời áp mái tại Công ty Cổ phần Tân Cảng ICD Sóng Thần, các cơ chế chính sách hỗ trợ khách hàng trong quá trình thực hiện thủ tục đấu nối, hòa lưới vào lưới điện quốc gia, thủ tục ký hợp đồng mua điện cũng như các thủ tục thanh toán tiền cho lượng điện thừa phát lên lưới điện quốc gia cho khách hàng

- Phối hợp Sở Công Thương, tham mưu cho UBND tỉnh văn bản chỉ đạo các Sở ban, ngành trên địa bàn tỉnh xây dựng triển khai chương trình Quản lý nhu cầu điện (DSM), kế hoạch đầu tư lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời tại trụ sở cơ quan làm việc Hỗ trợ truyền thông hoạt động hợp tác, thỏa thuận giữa Điện lực huyện/thị/thành phố với các khách hàng sử dụng điện ngoài sinh hoạt tham gia thực hiện chương trình điều chỉnh phụ tải điện (DR)

- Phát động chỉ thị thi đua về tổ chức phong trào thực hiện đạt kế hoạch phát triển năng lượng mặt trời áp mái trong toàn Công ty Điện lực Bình Dương năm 2019 nhằm phấn đấu đạt kế hoạch Tổng công ty giao

- Công ty đã xây dựng, thiết kế mẫu brochure và phân bổ đến các Điện lực phân phát đến khách hàng để tuyên truyền cơ chế chính sách khuyến khích phát triển năng