PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ – MẶT TRỜI, ỨNG DỤNG ĐÈN LED CUNG CẤP ĐIỆN, TIẾT KIỆM CHO CÁC GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ BIỂN – LDDK VIETSOPETRO

Các công trình dầu khí biển CTB của Vietsovpetro nằm trong vùng biển nhiều nắng và gió nên việc sử dụng năng lượng sạch hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời là hoàn toàn phù hợp.. 0.3.1

-ĐÀO ĐỨC QUANG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ

HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ – MẶT TRỜI, ỨNG DỤNG ĐÈN LED CUNG CẤP ĐIỆN, TIẾT KIỆM CHO CÁC GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ BIỂN – LDDK VIETSOPETRO

CHUYÊN NGÀNH: QUẢN TRỊ KINH DOANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS TRẦN VĂN BÌNH

HÀ NỘI 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng Tôi xin trân trọng cảm ơn quí thầy cô giáo Viện Kinh tế và Quản lý, Viện sau Đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồng thời cảm ơn và tri ân các vị lãnh đạo, đồng nghiệp đang công tác tại Phòng Cơ khí - năng lượng - tự động hóa, Xí nghiệp Cơ Điện và đặt biệt nhóm Cơ Điện giàn MSP-9 thuộc Liên doanh Việt-Nga Vietsovpetro; Công ty SUNLED 16/56 phố Hoa Lâm, Việt Hưng, Long Biên, Hà Nội, công ty CP tư vấn xây dựng điện gió Việt Nam VIWICO số 18 lô 10A, Trung Yên 10, Trung Hòa, Cầu Giấy, Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện bản luận văn này

Đặc biệt tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Trần Văn Bình – Bộ môn kinh tế năng lượng – Viện kinh tế và quản lý - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù đã có sự cố gắng của bản thân, song do khả năng và kinh nghiệm có hạn nên luận văn không tránh khỏi một số thiếu sót ngoài mong muốn, những hạn chế nhất định, tôi thành thật mong được quý thầy cô giáo, các đồng nghiệp góp ý để các nghiên cứu trong luận văn này được áp dụng vào thực tiễn

Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2012

Học viên

Đào Đức Quang

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa 01

Lời cam đoan 02

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt 06

Danh mục các bảng 07

Danh mục các hình vẽ, đổ thị 09

PHẨN MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 – NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, ĐÈN LED VÀ ỨNG DỤNG 14

1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất năng lượng gió, năng lượng mặt trời, đèn LED 14

1.1.1 Các đặc tính của các nguồn năng lượng mới và tái tạo 14

1.1.2 Các công nghệ năng lượng điện mặt trời 15

1.1.3 Công nghệ năng lượng gió 19

1.2 Hệ lai ghép năng lượng và các ứng dụng 25

1.2.1 Đặt vấn đề 25

1.2.2 Các loại nguồn điện trong hệ thống điện hỗn hợp 26

1.2.3 Sơ đồ đấu nối hệ lai ghép 27

1.2.4 Ưu nhược điểm của hệ thống điện lai ghép 34

1.3 Phương pháp phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế của một hệ lai ghép sử dụng năng lượng tái tạo 38

1.3.1 Các chỉ tiêu kinh tế dùng để đánh giá 38

1.3.2 Các số liệu cần thu thập của hệ lai ghép 44

CHƯƠNG 2 – THỰC TRẠNG NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỀ XUẤT

TRỜI VÀ ĐÈN LED 47

2.1 Giới thiệu tổng quan về LDDK VIETSOVPETRO 47

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển 47

2.1.2 Một số dấu mốc lịch sử 47

2.1.3 Tình hình sản suất kinh doanh qua các năm 48

2.1.4 Chiến lược phát triển của Vietsovpetro trong giai đoạn mới 50

2.2 Nhu cầu sử dụng năng lượng trên giàn khai thác dầu khí 51

2.2.1 Cấu tạo giàn khai thác 51

2.2.2 Quá trình khai thác 56

2.2.3 Nhu cầu sử dụng năng lượng trên giàn cố định MSP-9 56

2.3 Hiện trạng sản xuất và cung cấp năng lượng trên giàn khai thác 61

2.3.1 Mô tả hệ thống sản suất và cung cấp điện cho các khối, phụ tải 61

2.3.2 Giá thành sản xuất điện 62

2.4 Ưu, nhược điểm hệ thống năng lượng hiện hữu và nhu cầu đầu tư hệ

lai ghép 66

2.4.1 Ưu, nhược điểm của hệ thống năng lượng hiện hữu 66

2.4.2 Nhu cầu đầu tư hệ lai ghép 67

CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED CHO GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ CỐ ĐỊNH 69

3.1 Phân tích lựa chọn các hệ lai ghép 69

3.1.1 Đặt vấn đề 69

3.1.2 Mô tả địa điểm 69

3.1.3 Điều kiện thời tiết, môi trường khu vực giàn MSP-9 71

3.2 Thiết kế và xây dựng dự toán cho các hệ lai ghép 73

3.2.1 Điện sử dụng cho thiết bị chiếu sáng 73

3.2.2 Tổng nhu cầu điện năng 76

3.2.3 Biểu đồ phụ tải ngày 76

3.2.4 Dự báo độ tăng trưởng nhu cầu trong tương lai 76

3.2.5 Phương án cung cấp, tiết kiệm điện 77

3.2.6 Xây dựng sơ đồ khối tổng quát 78

3.2.7 Tính toán lựa chọn thiết bị 79

3.3 Phân tích hiệu quả kinh tế - tài chính 88

3.3.1 Phân tích hiệu quả kinh tế cho các phương án 88

3.3.2 Phân tích độ nhạy (ngưỡng thâm nhập) 100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

TÓM TẮT LUẬN VĂN 106

PHỤ LỤC 109

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Trong luận văn này có sft dụng các ký hiện chữ viết tắt và thuật ngữ sau:

Từ viết tắt Nội dung

Vietsovpetro Liên doanh dầu khí Việt Nga “Vietsovpetro”

XNKTDK Xí nghiệp khai thác dầu khí, trực thuộc Vietsovpetro

MSP Giàn cố định - là các giàn cố định khoan-khai dầu khí biển trên khu

vực mỏ Bạch Hổ

vực mỏ Rồng

BK, RC Giàn nhẹ - là các giàn khai thác vệ tinh, ít hoặc không người

Giàn CNTT giàn công nghệ trung tâm - là giàn tập trung các hệ thống công nghệ

xử lý tách khí, nước từ dầu thô nhận từ các MSP, BK khác

NLM & TT Năng lượng mới và tái tạo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.6 Thống kê số lượng, chủng loại, công suất chiếu sáng giàn MSP-9 60

Bảng 3.4 Bảng công suất thiết bị chiếu sáng trong ngày (nguồn MSP-9) 74

Bảng 3.16 Hiệu quả kinh tế -phương án 1 93

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.13 Trạng thái các thiết bị trong quá trình vận hành của hệ thống 30

Hình 3.1 Đồ thị tốc độ gió trung bình trong năm ở khu vực giàn MSP-9 72

Hình 3.6 Cấu tạo động cơ gió Elena 80

Mặt khác, sau thảm họa kép động đất - sóng thần, nước Nhật còn bị thảm họa về rò

rỉ nhà máy điện hạt nhân Pukoshima, nước Nhật đã tuyên bố giảm dần năng lượng hạt nhân, đầu tư nghiên cứu năng lượng tái tạo Các nước châu Âu mà dẫu đầu là Đức, cũng đã tuyên bố chuyển dần sang nguồn năng lượng tái tạo Đây là cơ hội tốt

để ngành công nghệ sạch sử dụng năng lượng mặt trời – gió phát triển Giá trị đầu

tư cho thiết bị cũng sẽ giảm

Mỗi năm Việt Nam có khoảng 2.000-2.500 giờ nắng với mức chiếu nắng trung bình khoảng 150kCal/cm2, tương đương với tiềm năng khoảng 43,9 triệu tấn dầu qui đổi/năm Trong khi đó năng lượng gió cũng khá hấp dẫn, có thể đạt công suất phát điện khoảng 800-1.400 kwh/m2/năm trên đất liền, từ 500-1.000 kwh/m2/năm tại các khu vực bờ biển

0.1.2 Tính thực tiễn:

Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro là một đơn vị tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí ngoài khơi thềm lục địa phía nam của Việt Nam thuộc lô 09-1, nhiên liệu phục

vụ cho quá trình khoan và khai thác hàng năm tốn rất nhiều chi phí, hiện chỉ có một

số giàn khai thác công nghệ trung tâm mới có điều kiện lắp đặt máy phát điện Turbine khí, sử dụng nguồn khí đồng hành tại chỗ, xử lý và sử dụng Còn lại một loạt các giàn khác như giàn khai thác dầu cố định (giàn cố định MSP, RP), giàn nhẹ khai thác dầu (giàn nhẹ BK, RC), không thể đầu tư máy phát điện Turbine khí và phải chạy máy phát truyền thống dùng dầu Diezen Việc vận chuyển dầu Diezen ra

các công trình biển này khá khó khăn, nhất vào mùa biển động vì phải dùng tàu vận tải vận chuyển Hơn nữa, việc chạy máy phát điện Diezen cũng gây ô nhiễm môi trường cho cả vùng biển

Các công trình dầu khí biển (CTB) của Vietsovpetro nằm trong vùng biển nhiều nắng và gió nên việc sử dụng năng lượng sạch hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời

là hoàn toàn phù hợp Trước đây, khi các giàn cố định và giàn nhẹ nói trên còn khai thác dầu thô với sản lượng lớn, vấn đề tiết kiệm chi phí nói chung và chi phí năng lượng nói riêng chưa được đặt ra Tuy nhiên hiện nay, sản lượng khai thác dần tụt giảm, chi phí vận hành, bảo dưỡng các giàn này trở thành gánh nặng cho Vietsovpetro Hàng loạt biện pháp khác nhau đã được đặt ra để tiết kiệm chi phí như giảm nhân lực, giảm vật tư tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, v.v… đã trở nên vô cùng cấp bách

Chính vì những lý do nêu trên tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Phân tích, đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió – mặt trời, ứng dụng đèn LED cung cấp điện, tiết kiệm cho các giàn khai thác dầu khí biển – LDDK VIETSOVPETRO” cho luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh của mình Dựa trên

các cơ sở căn cứ khoa học, tham khảo kinh nghiệm của các nước khác cũng như từ thực trạng sử dụng năng lượng của Vietsovpetro, luận văn xin đề xuất một số giải pháp và kiến nghị nhằm giải quyết vấn đề mang tính cấp bách này

Tuy nhiên, đây là một đề tài rộng, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu, đóng góp của nhiều nhà khoa học cũng như những người hoạt động thực tiễn Với khả năng và trình độ có hạn, mong muốn của tác giả chỉ là đóng góp những ý kiến nhỏ bé từ nghiên cứu của bản thân vào vấn đề rộng lớn này

Mục đích nghiên cứu: đánh giá khả năng áp dụng hệ lai ghép trên các công trình biển hiện hữu của Vietsovpetro

Luận văn xác định 3 mục tiêu nghiên cứu sau:

0.2.1 Tổng quan lý thuyết về các công nghệ năng lượng mới và tái tạo đặc biệt

là hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời và ứng dụng đèn LED

0.2.2 Tìm hiểu thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay trên giàn khai thác

dầu khí cố định của Vietsovpetro, ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam

0.2.3 Phân tích hiệu quả kinh tế đánh giá các phương án sử dụng năng lượng

và đưa ra một số giải pháp ứng dụng hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời và ứng dụng đèn LED trên giàn cố định

0.3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ lai ghép năng lượng gió – năng lượng mặt trời và đèn LED tiết kiệm điện khi sử dụng kết hợp vào hệ thống năng lượng hiện có trên giàn cố định của Vietsovpetro

0.3.2 Phạm vi nghiên cứu luận văn:

Luận văn tập trung nghiên cứu hiệu quả kinh tế việc sử dụng năng lượng trên giàn khai thác dầu khí thông dụng trong Vietsovpetro hiện nay là giàn cố định

Trên cơ sở nghiên cứu, thu thập tài liệu thông tin thứ cấp có liên quan trong các báo cáo sử dụng năng lượng hàng năm của Vietsovpetro, thu thập tài liệu (số liệu) sơ cấp trên công trình biển theo mục đích nghiên cứu Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả sử dụng phương pháp thống kê, phân tích, tổng hợp và so sánh để làm

rõ nội dung nghiên cứu mà đề tài đặt ra

Cấu trúc luận văn bao gồm các chương sau:

CHƯƠNG 1 – NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, ĐÈN LED VÀ ỨNG DỤNG

CHƯƠNG 2 – THỰC TRẠNG NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ - NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED

CHƯƠNG 3– PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED CHO GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ CỐ ĐỊNH

CHƯƠNG 1 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, ĐÈN LED VÀ ỨNG DỤNG

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, ĐÈN LED

1.1.1 Các đặc tính của các nguồn năng lượng mới và tái tạo

1.1.1.1 Đặc tính phong phú và có thể tái sinh

Có thể nói các nguồn năng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) rất phong phú và có sẵn, không những thế hầu hết các nguồn năng lượng này đều có thể tái tạo được

Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời hết sức dồi dào, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt cũng có trữ lượng khá lớn nếu không muốn nói là khó có thể cạn kiệt được Tiềm năng của năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục

mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (ví dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này

là việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng truyền thống mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều

1.1.1.2 Đặc tính sạch và bảo vệ môi trường:

Tất cả các nguồn NLM & TT đều sạch nên việc sử dụng các nguồn năng lượng này

sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho kinh tế So sánh với các nguồn năng lượng truyền thống như: Than đá, hoá thạch hay thuỷ điện, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến môi trường Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội

Theo báo cáo từ Tổ chức Hoà Bình Xanh và Hội đồng Năng lượng Tái tạo châu Âu việc đầu tư vào năng lượng xanh tới năm 2030 sẽ giảm một nửa lượng phát thải CO2 Bản báo cáo này cung cấp một luận cứ kinh tế về sự luân chuyển các khoản đầu tư toàn cầu sang năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt và

năng lượng sinh khối trong hơn nửa thế kỷ tới

1.1.2 Các công nghệ năng lượng điện mặt trời

Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất Có thể nói đây là nguồn năng lượng rất phong phú mà thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta Năng lượng mặt trời (NLMT) thu được trên trái đất

là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái đất Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa

1.1.2.1 Công nghệ nhiệt điện mặt trời

Điện năng có thể tạo ra từ NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ

thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện Hiện nay các nhà máy nhiệt điện sử dụng NLMT có các loại hệ

thống bộ thu chủ yếu sau đây:

a Hệ thống dùng Parabol trụ:

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt trời

Để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của

bộ thu, nhiệt độ có thể đạt 4000C Bộ thu NLMT gồm hệ thống collector trụ tập trung năng lượng bức xạ mặt trời và hội tụ trên đường ống hấp thụ với cường độ 80 lần, ống hấp thu làm bằng thép không rỉ chịu nhiệt, bên ngoài có bọc một ống thủy

tinh để tạo lồng kính và ở giữa 2 lớp được hút chân không nhằm hạn chế tổn thất nhiệt Trong ống hấp thụ có chứa chất lỏng tải nhiệt (dầu tổng hợp) được nung nóng đến 4000C Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng gương phản xạ có định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới 15000C Hệ thống trữ nhiệt gồm các bình chứa chất giữ nhiệt trung gian (thường là hỗn hợp muối) với khối lượng đủ để cấp nhiệt vào ban đêm Nhiệt lượng dầu tải nhiệt được cấp cho các thiết bị của nhà máy như lò hơi, bộ quá nhiệt, các bộ gia nhiệt cao áp Chu trình nhiệt của hơi nước trong lò hơi và turbine hoàn toàn giống như trong nhà máy nhiệt điện bình thường

Phạm vi ứng dụng: Công suất nhà máy có thể lên đến 200 – 400MW

b Hệ thống dùng gương phản xạ :

Hình1.2: Collector Parabol trụ Hình1.3: Nguyên lý gương phản xạ

Hình 1.4: hệ thống gương phản xạ Hình 1.5: Sử dụng đĩa Parabol

Năng lượng được hội tụ bởi hệ thống gương phản xạ và nung nóng hỗn hợp muối nóng chảy đến 7000C Muối nóng được chứa trong bình và dẫn đi nung nóng nước thành hơi trong lò hơi

Phạm vi ứng dụng: cho các nhà máy công suất lớn từ 100MW – 400 MW

c Hệ thống dùng tháp năng lượng mặt trời:

Hiện nay người ta dùng NLMT để phát điện theo kiểu tháp NLMT – Solar Power Tower Hệ thống này giống như một nhà kính khổng lổ, người ta dùng các gương phản xạ bức xạ mặt trời để đốt nóng không khí ở phần dưới tháp và tạo một dòng không khí nóng tuần hoàn từ dưới đi lên, trên đường đi của dòng không khí người ta

đặt các turbine khí để phát điện

Hình 1.6: nguyên lý hoạt động tháp năng lượng mặt trời

Ứng dụng: cho các nhà máy sản suất điện năng lớn Giá sản xuất điện từ nhà máy quang điện hiệu quả nhất hiện nay là 172 USD/1Mwh, còn giá sản xuất điện từ nhà máy nhiệt điện Mặt Trời sử dụng hệ thống gương lõm parabol và công nghệ tích nhiệt lên tới 267 USD/1Mwh

1.1.2.2 Công nghệ pin mặt trời (PMT)

Đây còn gọi là công nghệ pin quang điện, khác với công nghệ nhiệt điện mặt trời là năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội

tụ để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ

năng lượng thì ở công nghệ PMT, năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các

tế bào quang điện bán dẫn được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn điện Các PMT sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn bức xạ mặt

Hình 1.7: các vùng hóa trị

trời tới nó Khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e- - h+, tức là đã tạo ra một điện thế Hiện tượng này gọi là hiệu ứng quang điện bên trong

Cấu tạo pin mặt trời (PMT):

Hiện nay vật liệu chủ yếu cho PMT là các Silic tinh thể Có thể chia thành 3 loại:

Đơn tinh thể module: có hiệu suất tới 16%, tuy nhiên loại này thường rất đắt tiền do

được cắt từ các thỏi silic hình ống Các tấm đơn tinh thể này có các mặt trống ở các góc nối các module

Đa tinh thể: làm từ các thỏi đúc silic nung chảy Loại này rẻ hơn đơn tinh thể nhưng

hiệu suất kém hơn Tuy nhiên bể mặt che phủ nhiều hơn đơn tinh thể nên bù lại

được hiệu suất kém so với đơn tinh thể

Dải silic: tạo từ miếng phim mỏng nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này có

hiệu suất thấp nhất Tuy nhiên đây là loại rẻ nhất vì không phải cắt từ thỏi silic

Hình 1.8: Nguyên lý hoạt động của PMT

Ứng dụng: cho các hệ cung cấp điện có công suất nhỏ, độc lập

Hình 1.9: Giàn PMT công suất nhỏ

1.1.3 Công nghệ năng lượng gió

Năng lượng gió là một dạng chuyển tiếp của năng lượng mặt trời, bởi chính ánh nắng ban ngày đã đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ và

áp suất giữa nhiều vùng khác nhau, và các khối không khí từ những khu vực có áp suất cao sẽ dịch chuyển nhanh đến những vùng có áp suất thấp hơn, tạo ra hiện tượng gió thổi đều khắp trên bề mặt địa cầu

11 Áo 607 Tổng cộng trên

Bảng 1.1 Công suất điện sản xuất từ năng lượng gió trên thế giới

1.1.3.1 Máy phát điện dùng sức gió (Turbine)

Biến đổi sức gió thành điện năng là một biện pháp khá thuận tiện trong sử dụng năng lượng gió, song hiện nay quá trình này đòi hỏi chi phí quá lớn Trên thị trường chào bán hàng loạt turbin gió, từ turbin cỡ nhỏ công suất 200W, cỡ 5 kW, tới các turbin công suất lớn 800 kW Giá trung bình khoảng 2000-3000EUR/KW

Dưới đây giới thiệu một số máy phát điện bằng sức gió đang có trên thị trường:

Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục Tại châu Âu các tuốc bin gió được nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào

đó mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một phần Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào các bồn chứa ở trên cao

và dùng nước để vận hành tuốc bin khi không đủ gió Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện Xây dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao

1.1.3.2 Cấu tạo của tuabin gió

Hình 1.10: Cấu tạo Tua bin gió: là

thiết bị chuyển đổi năng lượng gió thành điện Đặc điểm này là sự khác biệt chính của tuabin gió với “cối xay gió”, một thiết bị biến năng lượng gió thành năng lượng cơ học Một tuabin gió điển hình bao gồm các phần chính sau đây:

1- Cánh quạt; 2- Rotor (các cánh quạt

và trục); 3- Bước răng; 4- Bộ hãm (phanh); 5- Trục quay tốc độ thấp; 6- Hộp số

Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là

một phần của bộ động cơ và tuabin gió; 7- Máy phát điện; 8- Bộ điều khiển; 9- Bộ

đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển; 10- Để xử lý

hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định hướng tuabin gió; 11- Vỏ Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài; 12- Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao; 13- Yaw

drive: Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi

hướng gió; 14- Động cơ cung cấp cho “yaw drive” định được hướng gió; 15- Trụ đỡ

thân máy Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn

1.1.3.3 Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió

Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện

Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở độ cao 30 mét trên mặt đất thì tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường

1.1.3.4 Ứng dụng các loại tuabin gió:

Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn Nhìn từ phía ngoài vào một xưởng năng lượng gió thấy được một nhóm các tuabin làm việc và tạo ra điện nhờ các đường dây tiện ích như thế nào Điện được truyền qua dây dẫn phân

phối từ các nhà, các cơ sở kinh doanh, các trường học …Tuabin gió có thể chia làm hai loại dựa theo chiều của trục quay Tuabin trục ngang được dùng phổ biến hơn tuabin trục đứng

Tuabin trục ngang: (HAWT – Horizontal Axis

Wind Turbines) HAWT có trục roto chính và máy phát điện nằm ở trên đỉnh tháp và phải hướng theo hướng gió Những tuabin nhỏ được định hướng nhờ chong chóng gió (wind vane) nhỏ, tuabin lớn thường sử dụng cặp cảm biến với động cơ trợ lực Hầu hết các tuabin đều có hộp bánh răng để chuyển chuyển động quay chậm của cánh quạt thành chuyển động quay nhanh hơn phù hợp để chạy máy phát điện

Tuabin trục đứng: (VAWTs-Vertical Axis Wind Turbines), VAWTs có trục roto

chính bố trí theo chiều dọc Lợi thế của kiểu tuabin này làtuabin không cần phải hướng theo hướng gió Điều này thuận lợi trong những vùng có hướng gió thay đổi nhiều VAWTs có thể sử dụng gió từ nhiều hướng khác nhau

Với một trục thẳng đứng, máy phát điện và hộp bánh răng có thể được đặt gần mặt đất, do đó, không cần dùng trụ để đưa lên cao, và dễ tiếp cận hơn là để bảo trì Khuyết điểm của một vài kiểu tuabin này là sinh ra moment lực xung động (pulsating torque) Lực cản này được sinh ra khi các cánh quạt xoay trong gió

Ưu điểm của năng lượng gió

Một nguồn tài nguyên tái tạo hoàn toàn

Trong số rất nhiều lợi ích, lợi thế lớn nhất trong việc sử dụng năng lượng gió là thuộc tính của nó là một nguồn tài nguyên tái tạo hoàn toàn Mặc dù nhu cầu và sử dụng của công nghệ này là khác nhau ở mức độ quốc gia khác nhau trên khắp thế giới, gió luôn luôn là hiện tại và một hiện tượng thường trú trên trái đất Khi bức xạ

từ mặt trời tạo ra một chu trình đối lưu trong không khí chạy lên trên, nó gây ra gió thổi Và kể từ năng lượng gió có thể được khai thác thông qua quá trình rất tự nhiên này, lượng điện được giới hạn bởi tốc độ và sự tái phát của gió Điều này thực sự có nghĩa là như ánh mặt trời tồn tại, năng lượng gió có thể được khai thác vĩnh viễn

Miễn phí từ hạn chế phát thải khí độc hại

Một lợi thế lớn của việc sử dụng năng lượng gió là nó không tạo ra sản phẩm chất thải không giống như các nguồn năng lượng khác như nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân Việc đốt các nhiên liệu hóa thạch để tạo ra năng lượng gây ra một lượng lớn khí thải carbon dioxide và lưu huỳnh gây ô nhiễm bầu khí quyển và góp phần vào sự suy giảm của tầng ôzôn Báo cáo từ Hội đồng năng lượng thế giới nói rằng những phát thải này nguy hiểm và chịu trách nhiệm cho sự thay đổi khí hậu toàn cầu và tác dụng phụ của nó

Sử dụng năng lượng gió luôn được cho là thân thiện với môi trường Không giống như điện hạt nhân có nhược điểm của việc quản lý chất thải, rủi ro từ phản ứng phóng xạ Nhà máy điện hạt nhân tạo ra phản ứng hạt nhân tạo ra vật liệu phóng xạ như là một sản phẩm phụ rất khó xử lý

Hầu như vô cùng bền vững Vùng sâu vùng xa mà không kết nối với lưới điện có thể sử dụng tua-bin gió để sản xuất cung cấp riêng của họ Tua-bin gió được chế tạo

sẵn một loạt các kích cỡ phù hợp với một phạm vi rộng lớn, thuận lợi cho dân dụng

và công nghiệp sử dụng Các hộ gia đình độc lập sống rải rác ở các thị trấn nhỏ và làng mạc có thể tận dụng tốt loạt các tua bin gió hiện nay

Nhược điểm của năng lượng gió

Trở ngại chính của việc sử dụng những tua-bin để phát điện gió là không thường

xuyên và nó không luôn luôn đến vào thời điểm khi điện là cần thiết Nói cách khác,

đôi khi gió không thể được khai thác trong thời gian nhu cầu sử dụng điện

Nơi lý tưởng nhất cho năng lượng gió thường nằm ở các vùng xa xôi, khó khăn trong việc vận chuyển thiết bị từ các thành phố lớn Và thực tế điều này chỉ làm tăng chi phí của việc chuyển giao công nghệ sản xuất điện gió

1.1.3.5 Công nghệ đèn LED chiếu sáng tiết kiệm năng lượng

Đi-ốt phát quang (Light Emitting Diode - LED) Tùy vào loại vật liệu bán dẫn chế tạo LED chip mà cho ra các đèn LED với màu sắc khác nhau Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) tạo ra LED đỏ, aluminum gallium phosphide (AlGaP) cho ra LED xanh lá, indium gallium nitride (InGaN) cho ra LED xanh dương, GaP cho ra LED vàng… Đèn LED trắng là sự kết hợp của đèn LED đỏ, xanh lá và xanh dương Cách thứ hai để tạo ra đèn LED trắng là phủ một lớp phosphor vàng vào đèn LED xanh dương Công nghệ LED có ích cho chiếu sáng ngầm hoặc các vùng cần năng lượng thấp như các giàn khai thác ngoài khơi bởi vì nhu cầu công suất của nó thấp,

ít tỏa nhiệt, điều khiển bật/tắt tức thời, tính liên tục của màu trong suốt vòng đời, tuổi thọ rất cao Điểm then chốt trong việc ứng dụng LED vào chiếu sáng là vì công nghệ này giúp tiết kiệm một lượng điện năng đáng kể cho các doanh nghiệp

- Tiết kiệm khoảng 80% chi phí sử dụng điện so với đèn sợi đốt truyền thống

- Tuổi thọ cao hơn khoảng 15 lần so với các loại đèn truyền thống

- Thời gian hoàn vốn của đèn LED dưới 18 tháng (tùy thuộc vào giá điện)

Ưu, nhược điểm và so sánh độ chiếu sáng giữa LED và đèn sợi đốt:

Chỉ tiêu so

sợi đốt

Huỳnh Quang Compact

Đèn halogen

Đèn Xenon

I Ưu điểm

Chỉ tiêu so

sợi đốt

Huỳnh Quang Compact

Đèn halogen

Đèn Xenon

3 Tuổi thọ

(giờ)

Cao 30.000 – 50.000 2000

Cao, hay bị hỏng

5 Tiết kiệm

năng lượng

giảm 80% công suất tiêu thụ so với đèn Halogen

Tổn hao lớn

Bình thường

8 Lắp lẫn

Có thể thay thế ngay cho loại đèn đang sử dụng

N/A

Có thể thay thế cho loại đèn đang

sử dụng

Có thể thay thế cho loại đèn đang sử dụng

Có thể thay thế cho loại đèn đang sử dụng

Không

Có khí Argon halogen

chứa các chất độc, như thuỷ ngân

cần Không cần

Lãng phí năng lượng Cần sự chăm sóc đặc biệt

đang được sử dụng ở nhiều nơi với các ưu điểm như: giảm thiểu ô nhiễm môi

trường, giảm chi phí bảo dưỡng, kéo dài tuổi thọ và giảm tiêu thụ nhiên liệu

Hệ thống phát điện Diezen độc lập là giải pháp tỏ ra hữu hiệu, song lại khó khăn và thất thường về nhiên liệu, đặc biệt giá nhiên liệu ngày một tăng Hơn nữa các nghiên cứu cho thấy hệ thống phát điện lai ghép giữa NLTT và Diezen mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn nguồn phát Diezen độc lập

Những ưu điểm của các hệ thống lai ghép đó là: khai thác tốt hơn nguồn năng lượng tái tạo, cân đối tốt hơn với phụ tải, nguồn có khả năng đáp ứng cao hơn, chi phí bảo dưỡng thấp hơn so với máy phát diezen thuần tuý, hiệu suất nhiên liệu cao, giảm chi phí đầu tư, đáp ứng phụ tải linh hoạt hơn

Còn các nhược điểm của hệ thống lai ghép là: phức tạp hơn trong điều khiển, yêu cầu kỹ thuật cao hơn, bảo dưỡng thường xuyên hơn các hệ sử dụng nguồn năng lượng sử dụng dàn pin mặt trời thuần tuý, cần có trình độ chuyên môn kỹ thuật cao hơn trong việc xử lý những trục trặc trong quá trình vận hành

1.2.2 Các loại nguồn điện trong hệ thống điện hỗn hợp

Đặc trưng cơ bản của hê thống điện hỗn hợp là ở chỗ nó bao gồm một tổ hợp các nguồn điện Việc kết hợp nhiều nguồn khiến cho hệ linh hoạt hơn so với chỉ dựa vào một nguồn Ngoài ra dùng nhiều nguồn có thể rẻ hơn dùng một nguồn tái tạo trong một khoảng thời gian trong năm Sau đây chúng ta đi xem xét những nguồn điện thường được dùng trong hệ thống điện hỗn hợp

1.2.2.1 Dàn pin mặt trời (Photovoltaic – PV)

PV rất thích hợp với các giàn khai thác dầu ngoài khơi vì nó có độ tin cậy cao và ít đòi hỏi bảo dưỡng Nhiều phụ tải viễn thông sử dụng PV làm nguồn điện duy nhất

và hệ lai ghép là việc phát triển hợp logic của ứng dụng PV Những khó khăn đối với PV là chi phí ban đầu cao và cần diện tích không bị che bóng rộng để lắp đặt Tuy nhiên ưu điểm của PV là bảo dưỡng ít, độ tin cậy cao, tuổi thọ dài làm cho nó trở thành một nguồn tái tạo càng ngày càng được dùng phổ biến cho các hệ lai ghép Nhưng bên cạnh đó nhược điểm của nó là chi phí ban đầu cao, cần diện tích lớn không bị che bóng và nguồn thay đổi theo mùa

1.2.2.2 Động cơ gió phát điện

Năng lượng gió nhạy với tốc độ gió hơn năng lượng mặt trời với bức xạ Về lý

thuyết, năng lượng gió tỷ lệ với luỹ thừa bậc ba của tốc độ gió Điều này vừa có

lợi vừa có hại Hạn chế là ở chỗ nếu ta dự báo tốc độ gió cao hơn thực tế một chút thì sản lượng của động cơ gió phát điện (ĐCG) sẽ thấp hơn dự báo rất nhiều Mặt khác, với khí hậu có chế độ gió tốt, sản lượng điện của ĐCG sẽ lớn đến mức các

nguồn điện khác không thể cạnh tranh được về kinh tế Nói chung , nếu tốc độ gió

trung bình đạt trên 4 (m/s) thì một ĐCG trong hệ lai ghép sẽ rẻ hơn dàn PV ngay

cả ở nơi có bức xạ tốt Tuy nhiên vì sợ thay đổi mạnh của tốc độ gió theo ngày,

theo mùa và theo năm nên vẫn dùng cả ĐCG và PV trong một hệ lai

ĐCG nhạy với địa điểm hơn PV Tốc độ gió phụ thuộc nhiều vào các yếu tố địa hình như khoảng cách tới các cây, tới đồi núi xung quanh, độ cao đặt động cơ Vì vậy cần phải đo tốc độ gió tại địa điểm dự tính sẽ lắp đặt ít nhất là một năm trước khi quyết định lắp đặt ĐCG tại đó Vì năng lượng thu thêm được càng lớn khi càng

xa mặt đất nên lắp đặt ĐCG càng cao càng tốt

Tóm lại ĐCG có thể là một nguồn phát điện rất tốt trong một hệ thống lai ghép Tuy nhiên vì sản lượng điện phụ thuộc nhiều vào tốc độ gió và tốc độ gió lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu và địa hình nên cần dánh giá nguồn một cách thận trọng trước khi đầu tư cho ĐCG

Ưu điểm của ĐCG là không cần nhiên liệu và giá thành điện có thể thấp nhất Còn nhược điểm là đòi hỏi thêm các công tác tại thực địa để lắp đặt, đòi hỏi thêm công tác bảo dưỡng và thường cần thời gian dài để thu thập số liệu

1.2.2.3 Máy phát điện dùng động cơ đốt trong

Máy phát điện kéo bằng động cơ đốt trong là nguồn theo nhu cầu đơn giản phổ biến nhất Đây là nguồn có kích thước gọn, giá không đắt lắm Nguồn nhiên liệu có thể là xăng, diezen, khí thiên nhiên hoặc nguồn tái tạo như khí sinh học, khí sản xuất từ lò khí hoá sinh khối Ưu điểm của máy phát điện dùng động cơ đốt trong là được sử dụng rộng rãi, kích thước gọn và chi phí ban đầu thấp rất nhiều so với các máy phát điện Còn nhược điểm của chúng là cần bảo dưỡng và cung cấp nhiên liệu thường xuyên, gây tiếng ồn và ô nhiễm môi trường

1.2.3 Sơ đồ đấu nối hệ lai ghép

Một trong những đặc điểm quan trọng trong việc thiết kế hệ lai ghép là sơ đồ ghép nối Các hệ lai ghép thường được phân thành hai loại theo cách bố trí “thanh góp”: các hệ thống thanh góp một chiều DC và hệ thống xoay chiều AC

1.2.3.1 Hệ lai ghép thanh góp AC độc lập:

Hệ lai ghép thanh góp AC là hệ lai ghép độc lập, không kết nối với mạng phân phối điện hiện hữu, trong đó thanh góp AC là nơi mà máy phát Diezen (MPD), ĐCG, bộ đổi điện và phụ tải AC nối với nhau MPD cung cấp điện xoay chiều cho một số hoặc tất cả các phụ tải Acqui được nạp điện nhờ sử dụng bộ điều phối hai chiều (bi-directional power conditioning unit) làm nhiệm vụ của cả bộ đổi điện (inverter) và

bộ chỉnh lưu Hệ lai ghép thanh góp AC có thể có cả phụ tải một chiều DC, nhưng nói chung thường chỉ có phụ tải xoay chiều AC

Dàn PV: có thể cung cấp năng lượng cho acqui tuỳ theo bức xạ mặt trời MPD có

thể cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải AC và nạp điện cho acquy Bộ điều phối hai chiều có thể cấp điện cho phụ tải AC từ MPD để nạp cho acqui Một số bộ điều

phối hai chiều có khả năng hoạt động theo phương thức “đồng bộ” hoặc song song:

cả bộ đổi điện và MPD có thể cùng cung cấp cho phụ tải

Bộ điều khiển sạc bình ắc quy: Bộ phận này có nhiệm vụ chính là nạp điện cho hệ

thống bình ắc quy và kiểm soát tình trạng quá tải khi hệ thống bình ắc quy đầy Nếu trường hợp quá tải xảy ra, bộ điều khiển này tự động chuyển lượng điện năng thừa này sang bộ phận xả điện

Hình 1.11 Hệ lai ghép thanh góp AC độc lập

Hệ thống bình ắc quy: Gồm nhiều bình ắc quy khô nối tiếp nhau dùng để dự trữ

nguồn điện 1 chiều Mỗi khi tuabin gió không hoạt động hay hoạt động yếu, hệ thống này sẽ cung cấp điện cho bộ phận chuyển đổi điện 1 chiều (DC) ra điện xoay chiều (AC) Bình ắc quy thường dùng loại ắc quy khô dễ bảo quản, bảo trì, an toàn hơn mặc dầu giá trị bình nhiều hơn ắc quy nước Số bình ắc quy phụ thuộc vào bộ chuyển đổi điện DC ra AC Dung lượng bình ắc quy thông dụng là 200Ah

Hệ thống hiển thị: Thiết bị này đo đạc và hiển thị tình trạng gió, sản lượng điện đã

và đang cung cấp, được sử dụng thể hiện trên mặt hiển thị

Tủ điện 1 chiều: Đây là thiết bị bảo vệ dòng DC cung cấp từ tuabin gió đến bộ

chuyển đổi điện 1 chiều (DC) ra điện xoay chiều (AC) Thiết bị bảo vệ này cho

phép tự động ngắt kết nối dòng điện từ hệ thống bình ắc quy khi có sự cố về điện

Bộ chuyển đổi điện DC ra AC: Bộ phận này có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện 1

chiều từ hệ thống PV và bình ắc quy sang điện xoay chiều dưới dạng sóng sin chuẩn thông thường như điện lưới 220V hay 110V Bộ chuyển đổi này phải có công suất phù hợp hệ thống tuabin gió và PV tương ứng

Máy phát điện: Máy này chỉ dùng phòng khi sức gió tại khu vực yếu hay không có

trong thời gian dài, trong tình huống khí hậu xấu nhất Máy có thể dùng biogas, dầu Diezen, xăng tuỳ theo cấu tạo

Bảng điện xoay chiều: Tất cả các thiết bị điện dân dụng đều kết nối vào hệ thống

tuabin gió thông qua bảng điện xoay chiều này Trong bảng điện này bao gồm các cầu chì bảo vệ tự động nhằm bảo vệ hệ thống điện xoay chiều với bộ phận chuyển đổi điện DC ra AC

1.2.3.2 Hệ lai ghép thanh góp AC nối với mạng điện lưới chạy máy phát Diezen:

Mạng phân phối điện hiện hữu

Bus bar

AC converter

Hình 1.12 Hệ lai ghép thanh góp AC nối mạng điện lưới

Ở hệ thống nối với mạng điện lưới, chỉ một thiết bị cần thêm đó là bộ biến điện làm

cho công suất tuabin gió phù hợp với mạng điện Thông thường ắc quy không cần thiết đối với hệ thống này

Mô hình này phù hợp nhất đối với giàn khai thác dầu cố định trên biển Do các giàn này đều đã có hệ thống cung cấp điện hiện hữu chạy bằng máy phát Diezen 1.2.3.3 Vận hành hệ lai ghép

Vận hành hàng ngày: Acqui trong hệ lai ghép trải qua các chu kì hoạt động ngắn

hơn và mạnh mẽ hơn so với trong các hệ PV thuần tuý Trong khi acqui trong hệ

PV thuần tuý được duy trì ở trạng thái gần như đầy trong giai đoạn dài thì ở hầu hết các hệ lai ghép acqui quay vòng với chu kỳ (nạp, phóng) hai ngày một Mức độ quay vòng của acqui trong hệ lai ghép sẽ tuỳ thuộc vào năng lượng nạp vào của dàn PV, bộ chỉnh lưu và mức độ tiêu thụ năng lượng của phụ tải

Dàn PV và chỉnh lưu, mỗi hệ cung cấp khoảng một nửa tổng năng lượng của hệ thống Năng lượng tích trữ ở acqui có thể đủ cho khoảng 1,5 ngày sử dụng Do đó

hệ thống này có mức quay vòng của acqui cao và acqui làm việc khá nặng nề Ba

Hình 1.13 Trạng thái các thiết bị trong quá trình vận hành của hệ thống

Máy phát/chỉnh lưu

Ắc cqui

Giàn PV

đường biểu diễn được chỉ ra trên đồ thị, một đường mô tả trạng thái của acqui, một đường chỉ năng lượng được cung cấp từ dàn PV, và một đường chỉ năng lượng cấp

từ bộ chỉnh lưu Ở ví dụ này, phụ tải được coi là không đổi

Sơ đồ trên cho thấy acqui ở trạng thái ban đầu được nạp gần đầy Trong ngày đầu dung lượng của acqui giảm do cung cấp năng lượng cho phụ tải PV có thể bổ sung, nhưng chỉ được một phần năng lượng Trong ngày thứ hai, năng lượng từ acqui tiếp tục cấp cho phụ tải và chỉ một phần được bù lại từ dàn PV Đến cuối ngày thứ hai dung lượng acqui đã giảm tới mức cho phép, buộc bộ chỉnh lưu làm việc vả cung cấp một số lớn năng lượng, đưa acqui đến trạng thái đầy Khi bộ chỉnh lưu ngừng, acqui vẫn tiếp tục được bổ sung một phần năng lượng Ở cuối ngày thứ ba dung lượng acqui tiếp tục giảm do phụ tải Trong ngày thứ tư dung lượng acqui tiếp tục giảm và chỉ một phần được cấp bổ sung từ dàn PV Trạng thái này tương tự như ngày thứ nhất và hệ thống tiếp tục hoạt động theo chu trình với acqui cuối cùng sẽ đạt điểm thấp nhất khiến MPD phải khởi động

Chu kỳ nạp, phóng chỉ ra ở hình trên là một dạng điển hình của hệ thống lai ghép Tuy nhiên, các chu kỳ có thể không đồng nhất do một vài yếu tố thay đổi Cụ thể là:

 Phụ tải có thể thay đổi do nhu cầu năng lượng hàng ngày khác nhau

 Acqui có thể ở trạng thái nạp khác nhau ở đầu mỗi ngày

 Bức xạ mặt trời có thể thay đổi dẫn đến nhiều hơn hoặc ít hơn năng lượng nạp từ dàn PV

 Máy phát có thể được cài sẵn chương trình chạy khác nhau, chẳng hạn

 như được đặt sẵn để cung cấp năng lượng cho acqui với các chu kỳ giống nhau

1.2.3.4 Các yếu tố đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ lai ghép

Hiệu quả hàng năm của một hệ lai ghép được đo bởi các yếu tố sau:

 Tổng sản lượng điện năng

 Phần đóng góp (%) của mỗi nguồn (PV, ĐCG)

 Số chu kỳ phóng nạp của acqui (nếu có)

 Số giờ chạy MPD

 Số lần khởi động MPD, số MPD cần sử dụng

 Tiêu thụ nhiên liệu của MPD

Mỗi yếu tố trên được xác định bởi kích cỡ của các phần tử của hệ thống Dưới đây

là một số điều hướng dẫn tổng quát cho hầu hết hệ lai ghép:

Kích cỡ của acqui: Có ảnh hưởng tới chu kỳ phóng nạp đã trải qua của nó Acqui

càng nhỏ thì nó sẽ phóng, nạp càng thường xuyên hơn

Kích cỡ của máy phát điện/bộ chỉnh lưu: Chủ yếu xác định thời gian máy phát sẽ

chạy trong mỗi chu kỳ nạp Nó không ảnh hưởng tới tổng năng lượng do MPD cung cấp Vì vậy để giữ số giờ chạy hàng năm thấp nên chọn MPD tương đối lớn

Kích cỡ của dàn pin mặt trời: Xác định tổng năng lượng do nó cung cấp hàng năm

Rõ ràng dàn pin càng lớn thì năng lượng do nó sản ra càng nhiều

Kích cỡ của tuabin gió: Xác định tổng năng lượng do tuabin gió cung cấp hàng

năm Rõ ràng công suất càng lớn thì năng lượng do tuabin gió sinh ra càng nhiều

Kích cỡ của bộ đổi điện: Trong hệ thanh góp DC, kích cỡ của bộ đổi điện không

ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả hoạt động hàng năm Trong hệ thanh góp AC, kích

cỡ của bộ đổi điện hai chiều có ảnh hưởng tới thời gian chạy MPD tương tự kích cỡ của bộ chỉnh lưu

1.2.3.5 Các vai trò khác nhau của máy phát điện

MPD thường được đưa vào hệ lai và được sử dụng theo vài cách khác nhau MPD

có thể vận hành theo 3 phương thức như sau:

Nguồn cấp điện chính: MPD chạy bất cứ khi nào phụ tải cần điện Trong một số

trường hợp, MPD chạy liên tục quanh năm

Nguồn cấp điện dự phòng: Một nguồn khác là nguồn cấp điện chính cho phụ tải

MPĐ thỉnh thoảng mới chạy để đáp ứng phụ tải vượt trội

Nguồn cấp điện để nạp theo chu kỳ: Một hệ thống nạp theo chu kỳ thuần tuý chỉ có

MPD, acqui và bộ nạp acqui MPD cung cấp toàn bộ năng lượng nhưng nó chỉ chạy khi acqui cần nạp lại

1.2.3.6 Các ứng dụng của hệ thống điện hỗn hợp

Các hệ thống điện hỗn hợp (hệ thống lai ghép) nói chung thường sử dụng các phụ tải lớn hơn so với các hệ thống NLTT độc lập Các nguồn diezen trong các hệ thống lai ghép là các nguồn phát điện tin cậy và có thể bù công suất cho các nguồn phát

năng lượng tái tạo trong điều kiện thiếu nguồn Vì thế với cùng cỡ công suất thì các nguồn phát NLTT trong hệ lai ghép có thể đáp ứng được nhu cầu phụ tải lớn hơn Đối với những hệ thống nhỏ, chi phí máy phát diezen và các thiết bị điều khiển cần

có thêm sẽ làm giảm các ưu điểm về kinh tế của hệ lai ghép

Với đặc tính linh hoạt, mềm dẻo vốn có, hệ thống lai ghép cũng có thể sử dụng được trong trường hợp phụ tải biến đổi lớn trong ngày Hệ lai ghép rất phù hợp với những trường hợp phụ tải cơ sở mang tải đỉnh cao trong một thời gian hạn chế Theo kết quả phân tích về giới hạn phụ tải điển hình của Phòng thí nghiệm quốc gia

về Năng lượng tái tạo (National Renewable Energy Laboratory (NREL) - Mỹ) khi

sử dụng mô hình máy tính HOMER cho ta giới hạn ứng dụng của các hệ lai ghép được mô tả bởi hình 2.5 sau đây:

Hình 1.14 Giới hạn ứng dụng của các hệ lai ghép

Hiện có hàng ngàn hệ thống phát điện lai ghép đang được sử dụng với quy mô từ vài trăm W đến vài trăm kW Ngược lại, nếu phụ tải nằm trong phạm vi này, không

có nghĩa là việc sử dụng hệ thống điện lai ghép là một giải pháp đúng Còn nhiều yếu tố khác cần được xem xét như: khả năng đưa vào các nguồn năng lượng thay thế khác, khả năng hỗ trợ về kỹ thuật, tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo và yêu cầu của người sử dụng Chẳng hạn có thể tiếp cận được nguồn điện lưới quốc gia dễ dàng, thì khó có thể đưa hệ thống lai ghép vào sử dụng nếu chỉ căn cứ riêng vào cỡ phụ tải

Việc phát triển và nghiên cứu về các hệ thống lai ghép mới bắt đầu gần đây, và hầu hết các nghiên cứu bắt đầu thực hiện từ cuối thập kỷ 80 Có 03 ứng dụng chính cho các hệ lai ghép là thông tin liên lạc, điện khí hoá nông thôn và các công trình biển ngoài khơi, nơi không thể tiếp cận nguồn điện lưới quốc gia

1.2.4 Ưu nhược điểm của hệ thống điện lai ghép

Các hệ thống sử dụng nguồn NLTT độc lập thường được thiết kế ở các điều kiện bất lợi nhất Đó là do nguồn NLTT thay đổi thất thường nên hệ thống phải được thiết kế sao cho nhu cầu phụ tải vẫn có thể được đáp ứng khi năng lượng sản ra ở mức tối thiểu Do vậy ở các điều kiện bình thường hoặc tốt hơn sẽ xảy ra tình trạng công suất nguồn lớn hơn nhu cầu phụ tải, năng lượng sản ra ở thời điểm công suất phụ tải đỉnh sẽ không được sử dụng và bị lãng phí

Trái lại hệ thống lai ghép được thiết kế ở điều kiện trung bình theo năm nên sẽ khai thác tốt hơn nguồn NLTT Do đó, một hệ thống lai ghép được thiết kế hợp lý có công suất các thiết bị nhỏ hơn và sẽ giảm bớt lãng phí năng lượng

b Cân đối tốt hơn với phụ tải

Một ưu điểm khác của hệ lai ghép là khả năng cân đối tốt hơn giữa cung với cầu Đối với một giàn khai thác dầu khí, nhu cầu phụ tải đỉnh cho hệ phụ tải nhỏ (điện sinh hoạt) thường xảy ra vào các giờ cao điểm buổi tối, chủ yếu phục vụ nhu cầu thắp sáng và sinh hoạt Điều này tạo cho ta hướng thiết kế và vận hành hệ thống hợp

lý bằng cách đáp ứng nhu cầu phụ tải ở phần lớn thời gian trong ngày sử dụng nguồn NLTT và sau đó tăng công suất phát vào các giờ cao điểm khi chạy thêm cả máy phát điện

Ngoài ra quy mô phụ tải cũng có thể cho thấy rằng sử dụng hệ lai sẽ mang lại hiệu quả Những phụ tải lớn đòi hỏi dòng điện có cường độ và điện áp cao hơn Trong trường hợp này, sẽ là rất đắt nếu chỉ sử dụng hệ thống phát điện độc lập bằng các nguồn NLTT

Đối với một công trình biển thường có nhiều loại thiết bị mang tải khác nhau, có thể thích hợp với các nguồn khác nhau Thay cho việc cố gắng cung cấp cho tất cả các phụ tải bằng một nguồn điện duy nhất, hệ thống lai ghép (Hybrid System) có thể cung cấp cho mỗi phụ tải bằng một nguồn thích hợp hoặc hòa tải đồng thời Ví dụ

hệ PV – NL gió rất thích hợp cho việc bơm nước phục vụ sinh hoạt, nấu ăn, năng lượng mặt trời lại thường tốt nhất Một số phụ tải khác lại phù hợp với máy phát điện diezen như: những thiết bị có dòng khởi động cao có thể hoạt động tốt với máy phát diezen, vì các máy này cần dòng khởi động lớn Phụ tải 3 pha là những phụ tải điển hình phải hoạt động với máy phát diezen

c Nguồn có khả năng đáp ứng cao hơn

Với hệ PV độc lập thông thường, luôn xảy ra trường hợp năng lượng không đủ đáp

ứng nhu cầu phụ tải Đó là do năng lượng thu được luôn theo một mẫu thống kê nhất định, và luôn có khả năng trong một khoảng thời gian dài nguồn năng lượng mặt trời rất yếu hoặc thậm chí kà không có Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của

hệ PV thuần tuý ở các điều kiện như vậy gọi là “khả năng đáp ứng” Một hệ PV thương mại dùng cho thông tin liên lạc cần đạt được “khả năng đáp ứng” cao hơn bằng việc ghép thêm nhiều dàn PV hơn và như vậy sẽ rất tốn kém Một hệ thống lai ghép với nguồn phát “theo nhu cầu” có thể tránh được vấn đề trên do máy phát diezen sẽ chạy trong thời gian khó khăn đó (không đủ nắng hoặc gió)

d Chi phí bảo dưỡng thấp hơn so với hệ chỉ có máy phát diezen

Chi phí bảo dưỡng máy phát diezen tỉ lệ với thời gian vận hành Vì thế động cơ diezen chạy trong hệ lai ghép chạy chỉ khoảng 1/3 đến 1/2 so với hệ chỉ chạy máy phát diezen, do vậy chỉ mất nửa chi phí bảo dưỡng Đối với máy phát diezen thuần tuý, hệ số phụ tải thường rất thấp (50% hoặc thấp hơn) Điều này gây nên một số vấn đề và làm tăng đáng kể chi phí vận hành

Đối với hệ lai ghép, động cơ diezen thường vận hành trong thời gian phụ tải đỉnh hoặc nạp ăcquy vì hệ số phụ tải cao hơn và giảm chi phí vận hành so với máy phát diezen thuần tuý

e Hiệu suất nhiên liệu cao

Ngoài các vấn đề về vận hành do hệ số phụ tải thấp, việc vận hành máy phát diezen khi non tải còn dẫn đến hiệu suất sử dụng nhiên liệu giảm thấp Khi vận hành đầy tải một động cơ sử dụng 100% suất tiêu hao nhiên liệu, còn khi mang 10% tải nó vẫn cần tới 50% suất tiêu thụ nhiên liệu Vì thế năng lượng sản ra khi tiêu hao 1 lít nhiên liệu sẽ thấp hơn

Trong hệ lai ghép, đóng tải cho máy phát có thể được khống chế có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao hơn

f Giảm chi phí đầu tư

Các hệ PV thuần tuý đòi hỏi chi phí về bảo dưỡng thấp nhưng chi phí đầu tư lại cao Còn máy phát diezen thì ngược lại, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng tăng và chi phí đầu tư thấp

Đối với hệ lai ghép, chi phí ban đầu sẽ thấp hơn các hệ PV độc lập và sử dụng nhiên

liệu cũng ít hơn hệ chỉ dùng máy phát diezen

g Đáp ứng phụ tải linh hoạt hơn

Máy phát diezen có thể cung cấp bổ sung năng lượng bằng cách đơn giản là kéo dài thời gian vận hành, nhờ vậy mà hệ lai ghép sẽ dễ dàng chấp nhận sự tăng của phụ tải Các hệ PV độc lập không thể đối phó được khi phụ tải tăng nhiều so với thiết kế

và biện pháp duy nhất để giải quyết vấn đề này là tăng cỡ dàn lớn hơn phụ tải ban đầu Tương tự như vậy, máy phát diezen độc lập cũng không dễ dàng chấp nhận điều này và cũng chỉ có cách chọn lại cỡ máy theo phụ tải thực tế và hạn chế không cho phụ tải tăng, hoặc chọn cỡ máy lớn hơn và cho chạy non tải ở giai đoạn đầu

1.2.4.2 Những nhược điểm của hệ thống lai ghép:

Cũng như các hệ thống kỹ thuật khác, hệ thống điện lai ghép cũng có một số các nhược điểm nhất định sau đây:

a Phức tạp hơn trong điều khiển

Việc sử dụng kết hợp các nguồn phát điện với nhau dẫn đến sự phức tạp hơn trong điều khiển Ngoài việc vận hành riêng rẽ, hệ điều khiển cũng cần phải cho phép

có sự tương hỗ và phối hợp vận hành giữa các nguồn Tuy nhiên, với sự phát triển của bộ vi xử lý, việc điều khiển và vận hành hệ thống sẽ bớt phức tạp hơn

b Yêu cầu kỹ thuật cao hơn

Các hệ lai ghép phức tạp hơn các hệ PV và diezen độc lập về mặt thiết kế Do vậy việc chế tạo và xây dựng đòi hỏi phải có kiến thức rộng về các thiết bị cũng như khả năng lắp ráp, vận hành toàn bộ hệ thống

c Bảo dưỡng thường xuyên hơn các hệ PV thuần tuý

Tuy các hệ lai ghép yêu cầu ít bảo dưỡng hơn hệ diezen thuần tuý, nhưng nó đòi hỏi bảo dưỡng nhiều hơn hệ PV thuần tuý Việc bảo dưỡng là yêu cầu cơ bản để duy trì vận hành của hệ thống Do ăcquy làm việc ở chế độ khắc nghiệt hơn nên việc duy trì, vận hành là rất cần thiết Việc thêm máy phát diezen vào hệ thống lai ghép cũng làm tăng thêm các công việc về chuyên môn và bảo dưỡng cho các thợ kỹ thuật

d Cần có trình độ chuyên môn kỹ thuật cao hơn trong việc xử lý sự cố

Các sự cố đối với hệ lai ghép đòi hỏi cán bộ cần có chuyên môn cao trong việc kiểm tra, xử lý Điều này có thể là khó khăn đối với địa phương, nơi không có các cán bộ lành nghề Vì thế việc huấn luyện kỹ thuật viên cũng như các vấn đề về bảo dưỡng, các dịch vụ khác là rất cần thiết và phải chuẩn bị trước khi lắp đặt

e Gây tiếng ồn và tăng ô nhiễm môi trường

Hệ PV thuần tuý tạo ra điện năng không gây ồn và ô nhiễm môi trường Việc đưa thêm vào hệ lai ghép máy phát diezen sẽ thải ra khí CO2 và các khí phát thải không mong muốn khác Ngoài ra tiếng ồn từ động cơ diezen có thể gây khó

chịu đối với khu vực dân cư xung quanh

CỦA MỘT HỆ LAI GHÉP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1.3.1 Các chỉ tiêu kinh tế dùng để đánh giá

a Giá trị hiện tại thuần – NPV (Nominal Present Value)

Là mức độ chênh lệch giữa thu nhập và chi phí của dự án quy về thời điểm hiện tại với tỷ suất chiết khấu thích hợp NPV là hiệu số của giá trị hiện tại dòng Doanh Thu (Cash Inflow) trừ (-) đi giá trị hiện tại dòng Chi Phí (Cash Outflow) tính theo lãi suất chiết khấu lựa chọn

Công thức: NPV = PV (dòng thu) – PV (dòng chi) Bằng phép tính NPV, nhà đầu tư có thể đánh giá tổng giá trị hiện tại dòng doanh thu

dự kiến trong tương lai có bù đắp nổi chi phí ban đầu hay không Với một dự án, nếu NPV dương thì nên tiến hành và ngược lại khi NPV âm Tuy nhiên, trong

trường hợp có 02 sự lựa chọn đầu tư loại trừ lẫn nhau trở lên thì xét đến chi phí cơ hội, dự án nào có NPV cao nhất sẽ được tiến hành

Trong đó:

 At: dòng tiền mặt ở năm t (CFAT)  i: chỉ suất chiết khấu

t t t n

0 t

t t

)i1(

)CB()

i1(ANPV

 Ct: dòng chi năm t  n: tổng thời gian thực hiện dự án Thông thường:

 Co: Chi phí đầu tư ban đầu (năm 0)

 Lựa chọn phương án đầu tư theo tiêu chuẩn NPV:

Phương án độc lập: NPV >= 0: chấp nhận NPV < 0: loại bỏ

Phương án loại trừ: NPV = Max và >= 0: Tối ưu

NPV phụ thuộc tỷ suất chiết khấu

Tỷ suất chiết khấu: Tỷ suất chiết khấu được sử dụng để xác định giá trị hiện tại của

dòng tiền kỳ vọng phải tương xứng với mức độ rủi ro của dự án đầu tư Tỷ suất chiết khấu là chi phí cơ hội của vốn đầu tư (xét ở góc độ tài chính)

Hình 1.15 So sánh NPV của 2 phương án

MARR = r*: chọn phương án A hoặc B

MARR < r*: chọn phương án A MARR > r*: chọn phương án B

Suất thu lợi tối thiểu có thể chấp nhận được –MARR (Minimum Attractive Rate of Retunn): là mức lãi suất tối thiểu (thấp nhất) của dự án hay của vốn Chủ sở hữu mà

nhà đầu tư chấp nhận được

Khi quyết định, có thể đưa ra MARR trước và sau thuế, cần căn cứ vào dòng tiền

sau thuế của Chủ sở hữu Cần xác định chính xác MARR trước khi tính toán các chỉ

tiêu hiệu quả dự án

b Hệ số hoàn vốn nội tại - IRR (Internal Rate of Return)

IRR là lãi suất mà D/A tạo ra hàng năm IRR cho nhà đầu tư biết chi phí sử dụng vốn cao nhất mà D/A có thể chấp nhận được IRR là công cụ quyết định có nên tập trung toàn lực cho một cơ hội đầu tư, hay phân loại tính hấp dẫn của nhiều cơ hội khác nhau IRR thường đi liền với NPV

IRR được định nghĩa là tỷ suất chiết khấu mà tại đó NPV của một khoản đầu tư bằng 0 Đây là một trong những cách phân tích so sánh các phương án đầu tư để xác định khả năng, mức độ sinh lời nhằm xem xét tính khả thi của các DA

Hình 1.16: Xác định IRR

Cách xác định IRR:

IRR NPV