GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Lý do lựa chọn đồ án
Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của nhân loại, và khủng hoảng năng lượng vào cuối thế kỷ XIX đã thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm nguồn năng lượng mới Việc khai thác các nguồn năng lượng hiện tại có thể gia tăng, nhưng việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo mới là cần thiết Mỗi nguồn năng lượng tái tạo đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, nhưng nhìn chung, chúng là miễn phí và cần được khai thác để tránh lãng phí Điều này đã trở thành động lực cho các quốc gia trong việc thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo.
Hình 0-1 Công suất đặt của điện mặt trời từ năm 2010 đến năm 2020
Vấn đề năng lượng là một thách thức phức tạp, đòi hỏi sự cân bằng giữa phát triển kinh tế - xã hội và cam kết phát triển bền vững Chính phủ đã tích cực thúc đẩy hợp tác quốc tế trong việc ứng dụng và chuyển giao công nghệ năng lượng mới Sự hợp tác giữa doanh nghiệp, nhà quản lý và nhà khoa học là cần thiết để thiết lập một khung phát triển hiệu quả.
Các nguồn năng lượng mới và tái tạo như điện mặt trời và điện gió đang nhận được sự hỗ trợ từ các quốc gia phát triển như Đức và Nhật Bản trong việc chuyển giao công nghệ Với sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, điện mặt trời (photovoltaic - PV) đã trở thành một phần thiết yếu trong hệ thống điện của Việt Nam trong những năm gần đây Kể từ năm 2019, điện mặt trời phân tán tại Việt Nam đã phát triển nhanh chóng, với tổng công suất hệ thống điện mặt trời đạt 16.700 MW vào năm 2020 Đồng thời, công suất năng lượng tái tạo lắp đặt hoàn chỉnh đạt 20.670 MW, chiếm 27% tổng công suất hệ thống.
Hệ thống điện PV mang lại lợi ích kinh tế, điện năng và môi trường, với khả năng giảm tổn thất điện năng bằng cách sản xuất điện trực tiếp cho phụ tải Chúng cũng giúp giảm khí thải CO2 từ các nhà máy điện hóa thạch, đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng Tuy nhiên, khi công suất của hệ thống PV chiếm tỷ lệ lớn trong cơ cấu nguồn, có thể phát sinh các vấn đề về chất lượng điện như quá điện áp, công suất ngược và sóng hài do sự biến động của công suất phát phụ thuộc vào thời tiết Điều này tạo ra áp lực lớn lên công tác quản lý, thiết kế và vận hành lưới điện phân phối của các công ty Điện lực.
Tiêu chuẩn lưới điện quốc gia quy định chặt chẽ về chất lượng điện áp, với dải điện áp hoạt động cho phép dao động 10% điện áp định mức theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 50160 Tại Canada, lưới điện 50 kV trở xuống phải duy trì điện áp ổn định trong khoảng từ 0,917 đến 1,042 p.u Theo Thông tư 30/2019/TT-BCT, dải điện áp hoạt động cho phép của Việt Nam là +10% và -5% từ 35 kV trở xuống Khi điện áp thay đổi đáng kể, cần vận hành hoặc điều chỉnh bộ đổi điện áp máy biến áp và bộ điều chỉnh điện áp để giữ điện áp trong phạm vi cho phép.
Mục đích
Đánh giá được tiềm năng ứng dụng và thực trạng điện mặt trời tại Việt Nam.
Đối tượng
Mô hình hệ thống điện mặt trời áp mái tại lưới điện phân phối Hương Khê,
Hà Tĩnh là lưới điện phân phối trung áp có cấp điện áp 35/0.4kV
Phạm vi
Tìm hiểu tổng quan, tính toán và giá hiệu quả kinh tế của từng nhà mái điện mặt trời áp mái tại hai lộ 373 và 374 Hương Khê
Khảo sát thực trạng, nghiên cứu về tình hình tổn thất điện nặng trên lưới phân phối trước và sau khi tích hợp điện mặt trời áp mái.
Các nghiên cứu liên quan đến luận văn
Tổn thất điện năng trong lưới phân phối tích hợp năng lượng tái tạo đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và kỹ sư điện Nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và gió được phát triển như một giải pháp cung cấp điện tiềm năng cho hệ thống lưới phân phối Hệ thống PV phân tán có khả năng cải thiện đồ thị điện áp và giảm tổn thất điện năng ở mức thâm nhập thấp Nghiên cứu cho thấy việc tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào lưới phân phối có thể giảm tổn thất điện năng từ 10-20% và tăng cường khả năng ổn định của lưới điện Thêm vào đó, việc sử dụng thiết bị lưu trữ năng lượng như hệ thống pin cũng đã chứng minh khả năng giảm đáng kể tổn thất điện năng.
Tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo mang lại nhiều thách thức, đặc biệt là tính không ổn định của chúng, khiến việc cung cấp điện năng liên tục trở nên khó khăn Ở mức thâm nhập cao, hiện tượng quá điện áp trong lưới điện có thể xảy ra, đặc biệt khi công suất PV đạt cực đại trong lưới hạ áp Do đó, cần thiết lập biểu đồ công suất phát điện và phụ tải điện hàng năm, đồng thời kiểm tra mối quan hệ giữa các hệ thống điện mặt trời phân tán và an ninh hệ thống điện Việc tối ưu hóa triển khai các hệ thống điện mặt trời phân tán là cần thiết để đạt được sự tích hợp hiệu quả về chi phí Hơn nữa, lưới phân phối có tỷ lệ R/X cao, dẫn đến hiện tượng cắt giảm công suất tác dụng, giúp cải thiện kiểm soát điện áp Cắt giảm công suất tác dụng được xem là giải pháp sinh lợi khi kết hợp với điều chỉnh công suất phản kháng nhằm giảm khả năng quá điện áp và tổn thất điện năng tại lưới phân phối.
Kết luận
Nghiên cứu trường hợp tại tỉnh Hà Tĩnh đã phân tích và đánh giá các lộ 373E18.8 và 374E18.8 trong lưới điện phân phối 35 kV Hương Khê Một trong những yếu tố kỹ thuật quan trọng nhất là khả năng kết nối hệ thống.
Luận văn này nghiên cứu hệ thống PV quy mô lớn khoảng 13 MW kết nối với lưới điện phân phối trung thế, đồng thời đánh giá tổn thất điện năng Sử dụng phần mềm ETAP, hai kịch bản có và không có hệ thống PV đã được mô phỏng Sau khi phân tích các tình huống xấu nhất, luận văn đề xuất hai giải pháp khắc phục vấn đề đồ thị điện áp: (i) hạ điện áp vận hành tại TBA 100/35 kV từ 37,5 kV xuống 36,5 kV trong khoảng thời gian từ 6 giờ đến 18 giờ, giúp nâng cao đồ thị điện áp và giảm tổn thất điện năng; (ii) cắt giảm công suất phát của hệ thống PV trong giờ cao điểm, dễ dàng thực hiện thông qua điều khiển biến tần Hai đóng góp chính của nghiên cứu là thu thập dữ liệu thực tế và đánh giá hệ thống PV qua mô phỏng, cùng với việc xác nhận hiệu quả của hai giải pháp cải thiện đồ thị điện áp.
Luận văn được cấu trúc như sau: Phần 2 phân tích hiện trạng chất lượng điện áp của lưới phân phối thuộc Công ty điện lực Hà Tĩnh, đồng thời trình bày các tiêu chuẩn chất lượng điện năng tại Việt Nam và quốc tế Phần 3 nghiên cứu tác động của hệ thống năng lượng mặt trời (PV) qua các trường hợp điển hình khác nhau Cuối cùng, Phần 4 đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp và giảm thiểu tổn thất điện năng.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI
Tổng quan về chất lượng điện năng, tổn thất điện năng trên LĐPP
Cấp điện áp [12] là một trong những giá trị của điện áp danh định được sử dụng trong hệ thống điện, bao gồm:
• Hạ áp là cấp điện áp danh định đến 01 kV;
• Trung áp là cấp điện áp danh định trên 01 kV đến 35 kV;
• Cao áp là cấp điện áp danh định trên 35 kV đến 220 kV;
• Siêu cao áp là cấp điện áp danh định trên 220 kV
Dao động điện áp là sự thay đổi biên độ điện áp so với điện áp danh định kéo dài hơn 01 phút Đơn vị phân phối điện là tổ chức được cấp phép hoạt động trong lĩnh vực phân phối và bán điện.
• Tổng công ty Điện lực;
• Công ty Điện lực tỉnh, thành phố trực thuộc Tổng công ty Điện lực
Hệ thống điện phân phối [12] là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối
Hệ thống đo đếm là một tập hợp các thiết bị và mạch điện được tích hợp nhằm mục đích đo lường và xác định lượng điện năng được truyền tải qua một vị trí cụ thể.
Hệ thống SCADA [12] là hệ thống thu thập số liệu để phục vụ việc giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống điện
Khách hàng sử dụng điện [12] là tổ chức, cá nhân mua điện từ lưới điện phân phối để sử dụng, không bán lại cho tổ chức, cá nhân khác
2.1.2.1 Tổn thất điện năng Định nghĩa
Tổn thất điện năng (TTĐN) trong Hệ thống điện (HTĐ) là sự chênh lệch giữa lượng điện năng được sản xuất và lượng điện năng tiêu thụ tại phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định.
Trong thị trường điện, thất thoát điện năng (TTĐN) trên một lưới điện được định nghĩa là sự chênh lệch giữa lượng điện năng đi vào và đi ra khỏi lưới điện trong một khoảng thời gian nhất định Khoảng thời gian này có thể là một ngày, một tháng, hoặc một năm, tùy thuộc vào mục đích và công cụ xác định TTĐN.
Theo phạm vi quản lý có TTĐN trên lưới truyền tải và TTĐN trên lưới phân phối Trong HTĐ, TTĐN chủ ở phân bố ở lưới điện phân phối
Theo quan điểm kinh doanh điện: TTĐN kỹ thuật và TTĐN thương mại (hay phi kỹ thuật)
TTĐN kỹ thuật là tổn thất do tính chất vật lý của quá trình truyền tải điện năng, không thể loại bỏ hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý Tổn thất kỹ thuật được chia thành hai dạng dựa trên đặc điểm vật lý.
Tổn thất điện năng (TTĐN) phụ thuộc vào dòng điện, gây ra hiện tượng phát nóng trong các phần tử có tải dòng điện Mức độ tổn thất này phụ thuộc vào cường độ dòng điện và điện trở thuần của phần tử, là thành phần chính được xem xét trong TTĐN kỹ thuật.
TTĐN phụ thuộc vào điện áp, bao gồm các loại tổn thất như tổn thất không tải của máy biến áp (MBA), tổn thất vầng quang điện, tổn thất do dò điện do cách điện không đảm bảo, và tổn thất trong mạch từ của các thiết bị đo lường.
TTĐN thương mại là hiện tượng không liên quan đến tính chất vật lý của quá trình truyền tải điện năng, mà chủ yếu xuất phát từ vấn đề quản lý hệ thống điện Do đó, việc giải quyết TTĐN không thể chỉ dựa vào các giải pháp kỹ thuật, mà cần áp dụng các biện pháp quản lý trong kinh doanh Để xác định nguồn gốc của TTĐN, có thể phân loại theo từng khâu, từ đó đưa ra giải pháp xử lý phù hợp, chẳng hạn như TTĐN do không được đo đếm, không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện Hiện tượng này chủ yếu xảy ra ở lưới điện phân phối.
Nguyên nhân tổn thất điện năng
Nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng rất đa dạng; các nguyên nhân chủ yếu có thể chia thành 4 nhóm [13]:
(1) TTĐN phụ thuộc dòng điện
(2) TTĐN phụ thuộc điện áp
(3) TTĐN do chất lượng điện năng
(4) TTĐN do thiết kế và vận hành a Tổn thất điện năng phụ thuộc dòng điện
Xét từ góc độ vật lý, trong cấu trúc của hệ thống điện, tất cả các thành phần tham gia vào việc truyền tải dòng điện đều có điện trở thuần, dẫn đến hiện tượng phát nhiệt.
7 nóng và phát sinh TTĐN Cụ thể, các phần tử có phát sinh TTĐN gây phát nóng trong HTĐ bao gồm:
Các đường dây tải điện bao gồm dây dẫn pha, dây trung tính, dây nối đất và dây chống sét Tổn thất trên dây trung tính xảy ra khi có dòng điện chạy qua, trong khi dây chống sét, nằm trong điện từ trường của dây dẫn pha, cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng Điều này dẫn đến tổn thất trên điện trở của dây chống sét và điện trở nối đất.
- Các cuộn dây trong MBA lực;
- Các máy điện quay: máy phát điện (MPĐ), máy bù đồng bộ, động cơ điện;
- Các tiếp điểm trong các thiết bị chuyển mạch (còn được gọi là thiết bị đóng cắt);
- Các mối nối trong mạch điện;
- Các thanh góp, cuộn dây các máy biến đổi đo lường, các mạch tụ bù, các cuộn dây kháng điện b Tổn thất điện năng phụ thuộc điện áp
Tổn thất vầng quang điện trong hệ thống truyền tải điện xảy ra do hiện tượng phóng điện vầng quang trên các đường dây trên không và dây dẫn trần Mức độ tổn thất này có thể thay đổi từ 0% đến 4% tổng tổn thất của đường dây, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết.
- Tổn thất trong lõi thép máy biến áp; c Tổn thất điện năng do chất lượng điện năng
Dòng điện thành phần thứ tự nghịch gây ra hiện tượng phát nóng phụ cho các phần của lưới điện không đối xứng, đặc biệt là ở máy điện quay Tuy nhiên, dòng điện thành phần thứ tự không ảnh hưởng trực tiếp đến mạch trung tính.
Hiện tượng biến dạng sóng gây ra sự phát sinh các nguồn sóng hài, dẫn đến việc làm nóng các thiết bị điện như đường dây, máy biến áp (MBA) và máy điện quay Điều này cũng góp phần vào tổn thất điện năng do thiết kế và vận hành không hiệu quả.
- Quy hoạch và thiết kế:
Dự báo nhu cầu phụ tải không chính xác có thể dẫn đến thiết kế hệ thống điện không hợp lý, bao gồm tiết diện dây dẫn, số lượng và công suất máy biến áp Hệ quả là gia tăng tổn thất công suất và tổn thất điện năng.
+ Sự phân bố cơ cấu nguồn thiếu cân đối, hợp lý dẫn đến làm gia tăng khoảng cách truyền tải;
Việc lựa chọn cấp điện áp vận hành không phù hợp, đặc biệt là khi quá thấp so với yêu cầu cung cấp của phụ tải trong giai đoạn thiết kế, sẽ dẫn đến sự gia tăng đáng kể tổn thất điện năng.
Tiêu chuẩn về Chất lượng điện năng
Các tiêu chuẩn liên quan đến Chất lượng điện năng (CLĐN) được quy định trong “Thông tư 39/2015/TT-BCT về Quy định hệ thống điện phân phối.”[12] và
“Thông tư 25/2016/TT-BCT về Quy định hệ thống điện truyền tải.” [15] Dưới đây, xin giới thiệu vắn tắt các tiêu chuẩn này
Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia Việt Nam là 50Hz, với phạm vi dao động tần số được quy định cụ thể tùy thuộc vào trạng thái và chế độ làm việc của hệ thống điện.
Bảng 0-7 Phạm vi dao động của tần số
Chế độ làm việc của HTĐ
Dải tần số (f) cho phép,
Trạng thái chưa ổn định yêu cầu 02 phút để điều chỉnh tần số về khoảng 49,50Hz đến 50,50Hz Để khôi phục về chế độ vận hành bình thường, cần 05 phút để đưa tần số về khoảng 49,80Hz đến 50,20Hz.
Sự cố nhiều phần tử, sự cố nghiêm trọng, trạng thái khẩn cấp
49,50 > f > 48,75 60 lần/năm 48,75 f > 48,00 12 lần/năm 48,00 f 47,50 01 lần/2năm
Trong thời gian xảy ra sự cố, điện áp tại điểm sự cố và khu vực lân cận có thể giảm xuống 0 ở pha bị sự cố, trong khi các pha còn lại có thể tăng vượt quá 110% điện áp định mức cho đến khi sự cố được khắc phục.
Bảng 0-8 Điện áp thanh cái cho phép vận hành
Chế độ vận hành Bình thường Sự cố một phần tử
Sự cố nhiều phần tử, Sự cố nghiêm trọng, trạng thái khẩn cấp, Khôi phục hệ thống
+ Phụ tải (Khách hàng): 5% Udđ Điểm đấu nối với khách hàng:
Bảng 0-9 Mức nhấp nháy điện áp
Cấp điện áp, kV P lt95% P st95%
Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không được vượt quá 3% Udđ cho cấp điện áp 110kV trở lên và 5% cho cấp điện áp 35kV trở xuống.
Bảng 0-10 Mức biến dạng sóng hài điện áp
Cấp điện áp, kV THD Độ biến dạng riêng lẻ
Trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố ngắn mạch của bảo vệ chính quy định ở Bảng
Bảng 0-11 Dòng điện ngắn mạch và thời gian tối đa loại trừ ngắn mạch
I NM.max , kA Thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính, ms
Thời gian chịu đựng tối thiểu của thiết bị, s
2.2.1.6 Hệ số sự cố chạm đất
Hệ số sự cố chạm đất cho lưới điện có trung điểm nối đất trực tiếp không được vượt quá 1,4, trong khi lưới điện có trung điểm cách ly hoặc nối đất qua trở kháng không được vượt quá 1,7.
Khách hàng sử dụng điện cho sản xuất, kinh doanh và dịch vụ, có trạm biến áp riêng hoặc không, nhưng có công suất sử dụng cực đại từ 40kW trở lên, phải duy trì hệ số công suất (cosφ) tại điểm đo đếm điện năng theo hợp đồng mua bán điện không nhỏ hơn 0,90.
Bảng 0-12 Tiêu chuẩn về độ sút áp
Tiêu chuẩn Biên độ Thời gian
Ghi chú Ngắn nhất Dài nhất
0,5 chu kỳ Hàng giây IEC 1000-2-1 (10-99)%Udđ 10ms Hàng giây IEC 1000-2-5
Theo tiêu chuẩn IEC1000-3-7, tại điểm đấu nối trung và hạ áp, Mức nhấp nháy ngắn hạn Pst không được vượt quá 0,90, trong khi Mức nhấp nháy dài hạn Plt không được vượt quá 0,70.
Một số tiêu chuẩn quốc tế quy định về giới hạn sự cố mất điện hay ngừng điện ngắn hạn được nêu ở Bảng
Bảng 0-13 Tiêu chuẩn về ngừng điện ngắn hạn
Tiêu chuẩn Biên độ Thời gian
Ghi chú Ngắn nhất Dài nhất
IEC Mất điện áp 100% 1 phút IEC 1000-2-1
2.2.2.4 Hệ số mất đối xứng điện áp
Bảng 0-14 Tiêu chuẩn về Hệ số mất đối xứng K2U
Hai mức nhiễu loạn được xác định:
IEC 1000-2-5, Phân loại theo hiện tượng
BÀI TOÁN KINH TẾ ĐẦU TƯ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI
Các cách thức hoạt động của hệ thống điện mặt trời áp mái
3.1.1 Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập với lưới điện
Hệ thống điện mặt trời áp mái hoạt động độc lập với lưới điện (off-grid) là giải pháp tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời, với khả năng lưu trữ năng lượng trong pin để sử dụng sau này Hệ thống này có nhiều đặc điểm nổi bật, bao gồm tính tự chủ về năng lượng, khả năng hoạt động ở những khu vực xa xôi và không phụ thuộc vào lưới điện Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến một số nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu bảo trì định kỳ.
Hình 0-1 Mô hình hệ thống điện mặt trời áp mái hoạt động độc lập
− Hoạt động độc lập với lưới điện, tức là không phụ thuộc vào nguồn điện công cộng và không phải trả tiền cho các công ty điện
− Dễ dàng lắp đặt và di chuyển, không yêu cầu việc kéo dây điện dài, tiết kiệm chi phí và thời gian lắp đặt
− Thân thiện với môi trường và giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính Ưu điểm:
− Tự cung cấp nguồn điện cho gia đình hoặc doanh nghiệp của mình, đảm bảo điện năng liên tục và ổn định
− Tiết kiệm chi phí điện, giúp giảm bớt chi phí hoạt động của gia đình hoặc doanh nghiệp
− Không bị ảnh hưởng bởi cúp điện hoặc các sự cố khác trên lưới điện, giúp đảm bảo an toàn và ổn định hơn
Hệ thống lưu trữ điện năng yêu cầu một lượng pin lớn, dẫn đến nhu cầu về không gian lắp đặt rộng rãi và chi phí cao hơn so với hệ thống lưới điện truyền thống.
− Không thể cung cấp đủ năng lượng cho các thiết bị tốn nhiều điện như điều hòa không khí hoặc máy sưởi trong những ngày đông lạnh
− Yêu cầu bảo trì và kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống
Hệ thống điện mặt trời áp mái hoạt động độc lập với lưới điện mang lại nhiều lợi ích, nổi bật là tính độc lập và khả năng tiết kiệm chi phí điện Tuy nhiên, trước khi quyết định lắp đặt, cần cân nhắc một số nhược điểm của hệ thống này.
3.1.2 Hệ thống điện mặt trời kết nối với lưới điện không có hệ thống dự trữ
Hệ thống điện mặt trời áp mái kết nối với lưới điện không có hệ thống dự trữ là giải pháp tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời, cung cấp năng lượng cho hộ gia đình và doanh nghiệp Hệ thống này có những đặc điểm nổi bật, cùng với các ưu điểm như tiết kiệm chi phí điện năng và giảm thiểu tác động môi trường Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến nhược điểm như phụ thuộc vào thời tiết và không có khả năng lưu trữ điện năng.
Hình 0-2 Hệ thống điện mặt trời áp mái kết nối lưới điện không có hệ thống lưu trữ Đặc điểm:
Kết nối với lưới điện giúp cung cấp điện năng dư thừa và đảm bảo nguồn điện liên tục ngay cả khi ánh sáng mặt trời không đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng.
− Dễ dàng lắp đặt và có thể tiết kiệm chi phí so với hệ thống lưu trữ dự trữ bằng pin
− Giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính, đóng góp vào việc bảo vệ môi trường Ưu điểm:
Giảm chi phí điện cho gia đình và doanh nghiệp bằng cách tận dụng năng lượng dư thừa từ hệ thống, giúp chủ sở hữu nhận được thanh toán từ nhà cung cấp điện.
− Giảm thiểu phụ thuộc vào nguồn điện từ nhà cung cấp điện và giảm thiểu tình trạng mất điện
− Giúp cải thiện chất lượng điện năng, đặc biệt là trong những khu vực có lưới điện kém chất lượng
Hệ thống không được trang bị dự trữ pin, vì vậy trong trường hợp mất điện hoặc sự cố lưới điện, nó sẽ không cung cấp điện cho gia đình hoặc doanh nghiệp.
− Không thể cung cấp đủ năng lượng cho các thiết bị tốn nhiều điện như điều hòa không khí hoặc máy sưởi trong những ngày đông lạnh
− Yêu cầu bảo trì và kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống
Hệ thống điện mặt trời áp mái kết nối với lưới điện mà không cần hệ thống dự trữ mang lại nhiều lợi ích, nổi bật là khả năng tiết kiệm chi phí điện và giảm sự phụ thuộc vào nguồn điện từ nhà cung cấp.
3.1.3 Hệ thống điện mặt trời kết nối với lưới điện có hệ thống dự trữ
Hệ thống điện mặt trời áp mái kết nối với lưới điện không có hệ thống dự trữ là giải pháp tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời, cung cấp năng lượng cho hộ gia đình và doanh nghiệp Hệ thống này có nhiều đặc điểm nổi bật, cùng với những ưu điểm như tiết kiệm chi phí điện năng và giảm thiểu tác động đến môi trường Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến một số nhược điểm như phụ thuộc vào thời tiết và không có khả năng lưu trữ điện năng.
Hình 0-3 Hệ thống điện mặt trời áp mái kết nối lưới có hệ thống dự trữ Đặc điểm:
Kết nối với lưới điện giúp cung cấp điện năng dư thừa và đảm bảo nguồn điện liên tục ngay cả khi ánh sáng mặt trời không đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng.
− Dễ dàng lắp đặt và có thể tiết kiệm chi phí so với hệ thống lưu trữ dự trữ bằng pin
− Giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính, đóng góp vào việc bảo vệ môi trường Ưu điểm:
Giảm chi phí điện cho gia đình và doanh nghiệp bằng cách tận dụng năng lượng dư thừa từ hệ thống, giúp chủ sở hữu nhận được thanh toán từ nhà cung cấp điện.
− Giảm thiểu phụ thuộc vào nguồn điện từ nhà cung cấp điện và giảm thiểu tình trạng mất điện
− Giúp cải thiện chất lượng điện năng, đặc biệt là trong những khu vực có lưới điện kém chất lượng
− Yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với hệ thống không có hệ thống dự trữ
− Yêu cầu bảo trì và kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống
Không thể duy trì năng lượng cho các thiết bị tiêu tốn điện trong thời gian dài nếu thiếu ánh sáng mặt trời hoặc pin không đủ công suất.
Hệ thống này cho phép chủ sở hữu nhận thanh toán tiền điện từ nhà cung cấp khi tạo ra năng lượng dư thừa Trong trường hợp lưới điện gặp sự cố hoặc mất điện, pin dự trữ sẽ đảm bảo cung cấp điện liên tục Ngoài ra, hệ thống còn cải thiện chất lượng điện năng, đặc biệt ở những khu vực có lưới điện kém Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, cần thực hiện bảo trì và kiểm tra định kỳ.
Bài toán kinh tế khi đầu tư vào hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện mặt trời áp mái kết nối với lưới điện không có hệ thống lưu trữ là lựa chọn khả thi và hiệu quả với chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn so với hai hệ thống khác Việc không cần mua pin lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu tư Do đó, luận văn sẽ tập trung vào việc tính toán bài toán kinh tế cho việc đầu tư vào hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam.
Dựa trên số liệu thực tế thu thập từ Chương 2 và các thông số phù hợp với thị trường, chúng tôi đã phát triển công thức tổng quát để tính toán đầu tư lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái, được tích hợp vào lưới điện phân phối tại Hương Khê.
3.2.1 Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới bao gồm các thành phần cấu tạo rõ ràng và toàn bộ chi phí mua sắm lắp đặt được tính toán dựa trên công thức tổng quát, phân tích theo quy mô và chất lượng của dự án Các yếu tố cụ thể liên quan đến tổng chi phí được trình bày trong bảng công thức tính, như thể hiện trong Bảng 0-1.
Bảng 0-1 Chi phí lắp đặt từng thành phần của hệ thống điện mặt trời áp mái
Thiết bị Đơn vị Đơn giá Số lượng Thành tiền
Trong đó, các thiết bị có chính sách bảo hành như sau:
- Bộ hòa lưới inverter được bảo hành 10 năm, 1 đổi 1
- Tấm pin mặt trời bảo hành 20 năm
Do thời gian các thiết bị được bảo hành lâu năm nên sẽ có tiết kiệm chi phí bảo hành bảo dưỡng và thay thế thiết bị
3.2.2 Tổng tiền nhận được từ hệ thống năng lượng mặt trời Để tính số tiền điện phải trả trong một tháng, cần dựa theo bảng giá điện của nhà nước năm 2019 được phát hành công khai như Bảng 0-2 Từ đó, đưa ra chỉ số sử dụng năng lượng và tổng giá trị cần thanh toán theo từng tháng
Bảng 0-2 Bảng giá bán điện theo giờ dành cho nhóm hộ gia đình năm 2019 [16]
STT Mức sử dụng của một hộ trong tháng Giá bán điện
6 Bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên 2.927 Đặt ẩn cho giá điện là N
Bảng 0-3 Bảng thống kê tiền điện phải trả cho EVN theo trung bình tháng
Thông tin điện năng Năng lượng điện mặt trời sử dụng
(kWh) Điện năng tiêu thụ trung bình tháng 1
Sản lượng điện mặt trời theo tháng 0
Tiền bán điện cho EVN theo tháng 0 1
Để tối ưu hóa dòng tiền, số tiền thu được từ việc bán điện lên lưới nên được gửi tiết kiệm ngân hàng như một hình thức đầu tư đơn giản Tuy nhiên, có thể sử dụng số tiền này cho các mục đích khác nhằm mang lại lợi ích hoặc lợi nhuận cao hơn Do đó, việc gửi tiền điện phát lên lưới vào ngân hàng hàng tháng là một lựa chọn hợp lý.
vào đầu mỗi tháng với lãi suất X
%/tháng thì sau t tháng tổng số tiền (cả vốn lẫn lãi) bằng:
Tổng số tiền hộ gia đình nhận được từ hệ thống năng lượng mặt trời theo t tháng:
3.2.3 Bài toán kinh tế gửi tiền tiết kiệm lãi suất kép tại ngân hàng
Công thức tính lãi suất:
Trong đó: o FV t : Số tiền ở tháng thứ t o
= : giá trị của số vốn tại thời điểm hiện tại o X: lãi suất
Vay vốn ngân hàng để đầu tư:
Trong đó, lãi suất ưu đãi r %/ tháng và lấy số tiền bán điện trả góp theo từng tháng
Dựa theo (0-3) và (0-4), ta có công thức hoàn vốn theo t tháng:
(0-5) Theo Bảng 0-2, ta biết được giá điện được tính cho phụ tải địa phương là 2.927 VNĐ
Bảng 0-4 Số tiền tiêu thụ của phụ tải địa phương khi mua điện từ EVN
Từ thông tin đã có, chúng ta có danh sách và giả thiết về các nhà máy điện mặt trời tại hai lộ 373 và 374 Sử dụng phần mềm PVsyst để tính toán sản lượng điện năng, chúng ta có bảng tính toán cho lượng điện năng thu được trong một tháng Mức giá bán điện cho EVN là 1.940 VNĐ/kWh Đối với nhà máy Cty CP đầu tư Thuận An 68, số tiền bán điện cho EVN đạt 210.68 triệu VNĐ.
Tương tư như thế ta có bảng ở như sau:
STT Tên nhà máy điện mặt trời Điện năng (MWh/tháng)
Phụ tải địa phương (MWh/thán g)
Số tiền tiêu thụ của phụ tải địa phương (triệu VNĐ)
1 Cty CP đầu tư Thuận An 68 181.00 40 72.4 211.91
2 Công ty CP ĐT Thuận An
3 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALK 181.00 30 54.3 158.94
5 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALA 217.67 23 50.0641 146.54
6 Công ty TNHH công nghệ xanh THT Hà Tĩnh 217.67 45 97.9515 286.70
7 Công ty An bình LTA 225.83 35 79.0405 231.35
8 Công ty TNHH MTV SL68 193.21 15 28.9815 84.83
9 Công ty CP Đầu tư và xây dựng Bảo Việt 193.21 42 81.1482 237.52
10 Công ty TNHH Công nghệ xanh DLK 195.21 28 54.6588 159.99
11 Công ty TNHH Địa linh
Bảng 0-5 Bảng tính toán sản lượng điện năng thu được trong 1 tháng của từng nhà máy điện mặt trời
Số tiền cần đầu tư:
Ta có bảng đơn giá chi phí cho hệ thống điện mặt trời áp mái như sau:
Bảng 0-6 Bảng đơn giá chi phí cho hệ thống điện mặt trời áp mái
Thiết bị Đơn vị Giá (triệu VNĐ)
Pin mặt trời Q.CELL – 230W Tấm 2
Phụ kiện đi kèm Gói Bằng 10%-20% tổng tiền thiết bị chính
Khung giá đỡ và công lắp đặt Gói Bằng 10% tổng tiền thiết bị
STT Tên nhà máy điện mặt trời
Số lượng tấm pin Điện năng (MWh/ tháng)
Số tiền thu được (triệu VNĐ)
1 Cty CP đầu tư Thuận An 68 999 4344 181.00 210.68
2 Công ty CP ĐT Thuận An 68 999 4344 181.00 280.91
3 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALK 999 4344 181.00 245.80
5 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALA 1201,5 5224 217.67 325.16
6 Công ty TNHH công nghệ xanh THT Hà Tĩnh 1201,5 5224 217.67 232.25
7 Công ty An bình LTA 1246,5 5420 225.83 284.77
8 Công ty TNHH MTV SL68 1066,5 4637 193.21 318.60
9 Công ty CP Đầu tư và xây dựng Bảo Việt 1066,5 4637 193.21 217.40
10 Công ty TNHH Công nghệ xanh DLK 1077,4 4685 195.21 272.67
11 Công ty TNHH Địa linh Hương Khê 500,2 2175 90.63 87.91
12 Doanh nghiệp tư nhân Quỳnh Nga 999 4344 181.00 228.24
Phí bảo dưỡng, thay thế thiết bị trong suốt vòng đời sử dụng
Bằng 10% tổng phí đầu tư ban đầu
Từ Bảng 0-5 và Bảng 0-6, ta tính được tổng số tiền đầu tư cho các nhà máy điện mặt trời áp mái như sau
Bảng 0-7 Tổng số tiền đầu tư của các hệ thống điện mặt trời áp mái
Giả sử lãi suất gửi theo định kỳ tháng không đổi là 0,6%/tháng, chúng ta sẽ tính toán thời gian cần thiết để hệ thống vận hành đạt giá trị bằng tổng tiền nhận được từ ngân hàng theo lãi kép Công thức tính toán sẽ được áp dụng cho nhà máy của Công ty Cổ phần Đầu tư Thuận.
An 68, số tháng thu hồi vốn đầu tư là:
= 11671400000 ( 0,6% + 1) t Giải phương trình thu được t = 32 (tháng) Tương tự như thế ta có bảng sau:
Bảng 0-8 Bảng tính số tháng thu hồi vốn đầu tư của các hệ thống điện mặt trời áp mái
STT Tên nhà máy điện mặt trời Tổng số tiền đầu tư
1 Cty CP đầu tư Thuận An 68 11671.4
2 Công ty CP ĐT Thuận An 68 11671.4
3 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALK 11671.4
5 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALA 14011.4
6 Công ty TNHH công nghệ xanh THT Hà Tĩnh 14011.4
7 Công ty An bình LTA 14521
8 Công ty TNHH MTV SL68 12433.2
9 Công ty CP Đầu tư và xây dựng Bảo Việt 12433.2
10 Công ty TNHH Công nghệ xanh DLK 12558
11 Công ty TNHH Địa linh Hương Khê 5863
12 Doanh nghiệp tư nhân Quỳnh Nga 11671.4
STT Tên nhà máy điện mặt trời
Tổng số tiền đầu tư (triệu VNĐ)
Số tiền bán điện (triệu VNĐ)
Số tháng thu hồi vốn đầu tư
1 Cty CP đầu tư Thuận An 68 11671.4 210.68 32
2 Công ty CP ĐT Thuận An 68 11671.4 280.91 37
Đối với việc vay vốn ngân hàng với lãi suất ưu đãi 0,9%/tháng để đầu tư, số tiền thu được từ việc bán điện và tiền điện hàng tháng sẽ được sử dụng để trả góp Áp dụng công thức (0-4), chúng ta có thể tính toán số tháng cần thiết để hoàn trả toàn bộ số tiền vay ngân hàng Cụ thể, tại nhà máy Cty CP đầu tư Thuận An 68, số tháng để trả hết tiền vay vốn là
Sau khi giải phương trình \$ (1 + 0,9\%)^t - 1 = 0 \$, ta tìm được giá trị của \$ t = 32 \$ tháng Tổng số tiền bán điện cho EVN cùng với số tiền tiết kiệm từ tiền điện cho phụ tải địa phương là rất đáng kể.
210684000 + 211914800 = 422598800 (VNĐ) Tương tự như thế ta có bảng sau:
Bảng 0-9 Số tháng để trả hết tiền vay vốn của các hệ thống điện mặt trời
3 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALK 11671.4 245.80 34
5 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALA 14011.4 325.16 36
6 Công ty TNHH công nghệ xanh THT Hà Tĩnh 14011.4 232.25 31
7 Công ty An bình LTA 14521 284.77 33
8 Công ty TNHH MTV SL68 12433.2 318.60 38
9 Công ty CP Đầu tư và xây dựng Bảo Việt 12433.2 217.40 32
10 Công ty TNHH Công nghệ xanh DLK 12558 272.67 35
11 Công ty TNHH Địa linh Hương Khê 5863 87.91 31
12 Doanh nghiệp tư nhân Quỳnh Nga 11671.4 228.24 33
STT Tên nhà máy điện mặt trời
Tổng số tiền đầu tư (triệu VNĐ)
Tổng số tiền bán điện (triệu VNĐ)
Số tháng để trả hết tiền vay
1 Cty CP đầu tư Thuận An 68 11671.4 369 32
2 Công ty CP ĐT Thuận An 68 11671.4 369 36
3 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALK 11671.4 369 34
5 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALA 14011.4 440 35
6 Công ty TNHH công nghệ xanh THT Hà Tĩnh 14011.4 440 32
7 Công ty An bình LTA 14521 456 33
8 Công ty TNHH MTV SL68 12433.2 393 37
9 Công ty CP Đầu tư và xây dựng Bảo Việt 12433.2 393 32
10 Công ty TNHH Công nghệ xanh DLK 12558 397 34
11 Công ty TNHH Địa linh Hương Khê 5863 194 31
Xét nhà máy Cty CP đầu tư Thuận An 68, ta so sánh tiền lãi giữa gửi ngân hàng và đầu tư trong vòng đời 25 năm
Trong một vòng đời trung bình 25 năm của hệ thống điện mặt trời, áp dụng công thức (0-1), tổng giá trị thu được sẽ là:
− Áp dụng công thức (0-3) với số liệu trên Sau 25 năm gửi ngân hàng với lãi suất kép sẽ nhận được số tiền là : 70.23 (tỷ VNĐ)
Tương tự như thế ta có bảng sau:
Bảng 0-10 So sánh tiền lãi giữa gửi ngân hàng và đầu tư trong vòng đời 25 năm
3.2.5 Kết luận hiệu quả kinh tế của hệ thống điện mặt trời
Kết quả tính toán cho thấy hiệu quả rõ ràng của hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới không có dự trữ Công thức tính toán chi phí đầu tư, lãi suất ngân hàng và giá trị thu được hàng tháng đã được trình bày Một ví dụ điển hình từ trang trại ở Hương Khê, Hà Tĩnh được sử dụng để minh họa tính hiệu quả của hệ thống này.
12 Doanh nghiệp tư nhân Quỳnh Nga 11671.4 369 33
STT Tên nhà máy điện mặt trời
Tổng số tiền đầu tư (triệu VNĐ)
Tổng số tiền lãi sau khi gửi ngân hàng (tỷ VNĐ)
Tổng số tiền lãi khi đầu tư (tỷ VNĐ)
1 Cty CP đầu tư Thuận An 68 11671.4 70.23 140.200
2 Công ty CP ĐT Thuận An 68 11671.4 70.23 181.399
3 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALK 11671.4 70.23 161.131
5 Công ty TNHH Công nghệ xanh ALA 14011.4 84.31 211.556
6 Công ty TNHH công nghệ xanh THT Hà Tĩnh 14011.4 84.31 154.553
7 Công ty An bình LTA 14521 84.31 188.086
8 Công ty TNHH MTV SL68 12433.2 87.38 204.193
9 Công ty CP Đầu tư và xây dựng Bảo Việt 12433.2 74.81 144.669
10 Công ty TNHH Công nghệ xanh DLK 12558 74.81 178.746
11 Công ty TNHH Địa linh Hương Khê 5863 75.56 58.940
12 Doanh nghiệp tư nhân Quỳnh Nga 11671.4 35.28 150.749
Hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới cho từng hộ gia đình có chi phí đầu tư khoảng 5.8 tỷ VNĐ cho hệ thống nhỏ và từ 12-14 tỷ VNĐ cho hệ thống công suất từ 500kWp đến 1.2MWp Nếu số tiền này được gửi vào ngân hàng, người đầu tư có thể nhận lãi kép sau một thời gian.
Sau 25 năm, đầu tư vào hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới không có hệ thống lưu trữ có thể mang lại lợi nhuận từ 59-237 tỷ VNĐ, trong khi đầu tư thông thường chỉ đạt khoảng 35-87 tỷ VNĐ Điều này cho thấy hiệu quả kinh tế của hệ thống điện mặt trời áp mái cao gấp 2-3 lần so với gửi tiền vào ngân hàng, ngoại trừ trường hợp nhà máy Công ty TNHH Địa linh Hương Khê do phụ tải địa phương lớn.