Xây dựng quy trình quản lý chất lượng thi công công trình bê tông tại ban quản lý dự án ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn nghệ an

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN PHÚ SƠN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN HỖN HỢP TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HUYỆN CÔN ĐẢO, TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU XÉT ĐẾN NĂM

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN PHÚ SƠN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN HỖN HỢP TRÊN

CƠ SỞ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HUYỆN CÔN ĐẢO,

TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU XÉT ĐẾN NĂM 2030

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2017

Trang 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN PHÚ SƠN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN HỖN HỢP TRÊN

CƠ SỞ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HUYỆN CÔN ĐẢO,

TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU XÉT ĐẾN NĂM 2030

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Công Thành

HÀ NỘI - 2017

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Lê Công Thành Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Mọi trích dẫn đều ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2017

Người viết cam đoan

Nguyễn Phú Sơn

Trang 7

LỜI CẢM ƠN

Sau khi hoàn thành chương trình học tập giai đoạn 2016 - 2017, được sự đồng ý của Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thủy lợi, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp: ''Nghiên cứu xây dựng hệ thống cung cấp điện hỗn hợp trên cơ sở sử dụng năng lượng tái tạo cho huyện Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu xét đến năm 2030" Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Lê Công Thành đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, sửa luận văn và tạo mọi điều kiện kỹ thuật trong thực hiện nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành bài luận văn này

Nhân dịp này tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo và đồng nghiệp trong bộ môn, khoa, nhà trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành chương trình học tập nâng cao kiến thức về chuyên môn

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả

Nguyễn Phú Sơn

Trang 9

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1

4 Kết quả dự kiến đạt được 2

Chương 1: Giới thiệu về địa phương 3

1.1 Vị trí địa lý, lịch sử hình thành và quá trình phát triển 3

1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.2 Lịch sử hình thành và quá trình phát triển [2] 4

1.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội hiện nay 6

1.3 Hiện trạng hệ thống cấp điện 7

1.4 Các vấn đề và lựa chọn hướng nghiên cứu 8

1.4.1 Các vấn đề 8

1.4.2 Hướng nghiên cứu 8

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về quy hoạch hệ thống điện 9

2.1 Hệ thống cung cấp điện truyền thống 9

2.1.1 Dự báo phụ tải điện 9

2.1.2 Quy hoạch nguồn điện 14

2.1.3 Quy hoạch lưới điện 18

2.2 Hệ thống cung cấp điện hỗn hợp sử dụng năng lượng tái tạo 19

2.2.1 Năng lượng tái tạo 19

2.2.2 Đánh giá Năng lượng sơ cấp gió và mặt trời 22

2.3 Đánh giá kinh tế tài chính 27

2.3.1 Đánh giá dự án theo chỉ tiêu tổng chi phí hiện tại ròng NPC 28

2.3.2 Tính toán biến nhạy và các chi phí kinh tế 29

Chương 3: Nghiên cứu xây dựng hệ thống cung cấp điện hỗn hợp năng lượng tái tạo cho huyện Côn Đảo tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 33

3.1 Dự báo nhu cầu điện năng 33

3.2 Xây dựng hệ thống nguồn nhiều thành phần trên cơ sở sử dụng năng lượng tái tạo 33

3.2.1 Giai đoạn từ 2015-2020 34

3.2.2 Giai đoạn từ 2021-2030 58

3.3 Xây dựng lưới điện 68

Trang 10

3.3.1 Lưới trung thế 68

3.3.2 Trạm biến áp phân phối 69

3.3.3 Lưới hạ thế 70

3.3.4 Nhánh rẽ và điện kế vào nhà dân 70

3.4 Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

PHỤ LỤC A 74

Bảng Biểu 74

A.1 Kết quả mô phỏng cho hệ thống nguồn trong giai đoạn 2015-2020

(DO = 0,6$/L, NG = 0,11$/m3) 74

(DO = 0,6$/L, NG = 0,21$/m3) 74

(DO = 0,6$/L, NG = 0,48$/m3) 76

(DO = 0,6$/L, NG = 0,49$/m3) 78

(DO = 0,6$/L, NG = 0,5$/m3) 78

(DO = 0,6$/L, NG = 0,75$/m3) 81

(DO = 0,6$/L, NG = 1$/m3) 81

(DO = 0,9$/L, NG = 0,11$/m3) 83

(DO = 0,9$/L, NG = 0,21$/m3) 84

(DO = 0,9$/L, NG = 0,56$/m3) 86

(DO = 0,9$/L, NG = 1$/m3) 86

(DO = 0,6$/L, NG = 0,11$/m3) 88

(DO = 0,6$/L, NG = 0,49$/m3) 89

(DO = 0,6$/L, NG = 0,75$/m3) 89

PHỤ LỤC B 90

Hình Ảnh 90

B.1 Kết quả mô phỏng cho hệ thống nguồn trong giai đoạn 2015-2020

(DO = 0,6$/L, NG = 0,11$/m3) 90

Trang 11

v

(DO = 0,6$/L, NG = 0,49$/m3) 91

(DO = 0,6$/L, NG = 0,75$/m3) 92

(DO = 0,9$/L, NG = 0,56$/m3) 93

Tài liệu tham khảo 95

Trang 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Địa hình Côn Sơn 3

Hình 2.1 Công suất lắp đặt năng lượng tái tạo phân phối theo khu vực 21

Hình 2.2 Mức tiêu thụ năng lượng tái tạo trên thế giới trong năm 2015 [8] 21

Hình 2.3 Công suất quang điện thế giới, theo quốc gia/khu vực, 2005-2015 23

Hình 2.4 Dữ liệu bức xạ mặt trời tại Côn Đảo 24

Hình 2.5 Tổng công suất điện gió trên thế giới và lượng tăng thêm hàng năm 25

Hình 2.6 Công suất điện gió và lượng tăng thêm 2015 tại 10 quốc gia hàng đầu 26

Hình 2.7 Dữ liệu tốc độ gió trung bình tháng tại Côn Đảo 27

Hình 3.1 Khung sơ đồ hệ thống nguồn 35

Hình 3.2 Mức tiêu thụ dầu diesel trong tuần đầu tháng 1 39

Hình 3.3 Mức tiêu thụ khí tự nhiên trong tuần đầu tháng 1 39

Hình 3.4 Mức tiêu thụ dầu diesel trong tuần đầu tháng 1 43

Hình 3.5 Mức tiêu thụ khí tự nhiên trong tuần đầu tháng 1 43

Hình 3.6 Công suất phát của turbin gió 44

Hình 3.7 Công suất phát của turbin và tốc độ gió trong tuần đầu tháng 1 44

Hình 3.8 Trạng thái sạc của bộ lưu trữ trong tuần đầu tháng 1 45

Hình 3.9 Mức tiêu thụ dầu diesel tuần đầu tháng 1 47

Hình 3.10 Mức tiêu thụ khí tự nhiên tuần đầu tháng 1 48

Hình 3.11 Công suất phát của nguồn quang điện trong tuần đầu tháng 1 49

Hình 3.12 Trạng thái sạc của bộ lưu trữ trong tháng 1 54

Hình 3.13 Công suất đầu ra từ nguồn năng lượng tái tạo trong tuần đầu tháng 1 56

Hình 3.14 Khung sơ đồ hệ thống nguồn cho giai đoạn 2021-2030 58

Hình 3.15 Công suất đầu ra của nguồn năng lượng tái tạo trong tuần đầu tháng 1 64

Hình 3.16 Trạng thái sạc của bộ lưu trữ trong tuần đầu tháng 1 65

Trang 13

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Diễn biến giá trị sản xuất và cơ cấu giá trị sản xuất trên địa bàn huyện 7

Bảng 3.1 Khối lượng xây dựng và vốn đầu tư cho nguồn điện huyện Côn Đảo 34

Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật thành phần nguồn 36

Bảng 3.3: Quy mô nguồn cần xây dựng thêm cho Côn Đảo 37

Bảng 3.4 Các chi phí hiện tại ròng 37

Bảng 3.5 Sản lượng điện của từng thành phần 37

Bảng 3.6 Mức tiêu thụ dầu diesel và khí tự nhiên 38

Bảng 3.7 Sản lượng các loại khí thải trong một năm 40

Bảng 3.8 Dữ liệu thống kê về Bộ lưu trữ 40

Bảng 3.9 Quy mô nguồn cần xây dựng thêm cho Côn Đảo 41

Bảng 3.20 Dữ liệu thống kê cho thành phần PV cần xây dựng thêm 49

Bảng 3.22 Ngưỡng giá khí tự nhiên với kịch bản giá dầu DO = 0,6$/L 50

Bảng 3.32 Dữ liệu thống kê cho thành phần PV và WT cần xây dựng thêm 54

Trang 14

Bảng 3.40 Ngưỡng giá khí tự nhiên với kịch bản giá dầu DO = 0,9$/L 57

Bảng 3.42 Đặc tính kỹ thuật thành phần nguồn 59

Bảng 3.43 Quy mô nguồn cần xây dựng thêm cho Côn Đảo giai đoạn 2021-2030 60

Bảng 3.64 Vốn đầu tư xây dựng và cải tạo lưới điện 71

Bảng 3.65 Các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới 22kV 72

Trang 15

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

DO Nguồn điện diesel

NG Nguồn điện khí tự nhiên hóa lỏng

PV Nguồn điện mặt trời

WT Nguồn điện gió

O&M Vận hành và bảo dưỡng

COE Mức chi phí năng lượng

NPC Tổng chi phí hiện tại ròng

batt

A Thời gian toàn hệ thống có thể hoạt động bình thường khi gặp sự cố

REN21 Mạng lưới chính sách năng lượng tái tạo cho thế kỷ 21

IRENA Cơ quan Năng lượng tái tạo Quốc tế

Trang 17

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phát triển kinh tế biển, đảo và những vấn đề liên quan đến việc bảo đảm quốc phòng,

môi trường và an ninh vùng biển, đảo trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện

đại hóa và hội nhập quốc tế là một trong những nhiệm vụ vừa mang tính cấp bách, vừa

mang tính chiến lược lâu dài của Đảng và nhà nước Việt Nam Để có thể thực thi tốt

nhiệm vụ này, việc cung cấp năng lượng điện cho các huyện đảo xa đất liền và cô lập

với lưới điện quốc gia cần được đặc biệt quan tâm Với xu thế giá nhiên liệu truyền

thống tăng cao, có biên độ về giá dao động lớn, giá thành thiết bị nguồn năng lượng tái

tạo lại giảm xuống cũng như các đòi hỏi ngày càng khắt khe về bảo vệ môi trường đang

thúc đẩy việc xây dựng và phát triển một hệ thống cung cấp điện hỗn hợp trên cơ sở sử

dụng năng lượng tái tạo cho những huyện đảo cô lập tại Việt Nam

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu đề xuất xây dựng và định hướng phát triển hệ thống điện hỗn hợp trên cơ

sở sử dụng hợp lí nguồn năng lượng truyền thống và khai thác hiệu quả nguồn năng

lượng tái tạo với mục đích đảm bảo chất lượng nguồn điện ổn định, có tính cạnh tranh,

đáp ứng được nhu cầu phát triển của Côn Đảo, và phù hợp với cách tiếp cận mới của thế

giới trong việc sử dụng năng lượng sạch để hạn chế dần nguồn nhiên liệu hóa thạch

truyền thống

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quy hoạch hệ thống điện Cơ sở dữ liệu được xây dựng

theo các phương thức thu thập, xử lý và thống kê phù hợp Sử dụng phần mềm HOMER

để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo kết hợp với nguồn năng lượng truyền

thống Lập các phương án tính toán khác nhau và lựa chọn phương án tối ưu về giá thành

đầu tư cho hệ thống cũng như mức độ ảnh hưởng của các phương án đến môi trường

Trang 18

4 Kết quả dự kiến đạt được

Xây dựng, phát triển hệ thống điện hỗn hợp năng lượng gió, mặt trời kết hợp với nguồn diesel phù hợp với xu thế phát triển kinh tế xã hội của địa phương

Đánh giá được tác động của giá cả đến cơ cấu hệ thống nguồn và tác động của hệ thống đến môi trường

Trang 19

Chương 1: Giới thiệu về địa phương

1.1 Vị trí địa lý, lịch sử hình thành và quá trình phát triển

1.1.1 Vị trí địa lý

Huyện Côn Đảo thuộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nằm ở vùng biển phía Đông Nam nước

ta, có toạ độ 8o34’ đến 8o49’ vĩ độ Bắc và 106o31’ đến 106o46’ kinh độ Đông, cách thành phố Vũng Tàu 185 km, cách thành phố Hồ Chí Minh 230 km và cách cửa sông Hậu 83km

Huyện Côn Đảo là một quần đảo bao gồm đảo Côn Sơn và 15 hòn đảo: hòn Bảy Cạnh; hòn Cau; hòn Trứng; hòn Bông Lan; hòn Trác Lớn; hòn Trác Nhỏ; hòn Tài Lớn; hòn Tài Nhỏ; hòn Bà; hòn Vung; hòn Trọc; hòn Tre Lớn; hòn Tre Nhỏ; và hòn Anh, hòn

Em, tổng diện tích tự nhiên (không kể mặt nước) là 7.537,25ha và là huyện duy nhất của tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu không có đơn vị hành chính cấp xã

Côn Sơn (Hình 1.1) là hòn đảo lớn nhất với diện tích 51,52 2

Km cũng là trung tâm kinh

tế - văn hóa - chính trị - xã hội của huyện

Hình 1.1 Địa hình Côn Sơn Với vị trí thấp về mặt vĩ độ và xung quanh là biển, Côn Đảo nằm trọn trong vành đai khí hậu nhiệt đới gió mùa có ảnh hưởng của khí hậu đại dương, vì thế, đặc trưng cơ bản

Trang 20

của khí hậu Côn Đảo là có nền nhiệt độ cao đều trong năm, có lượng mưa lớn và phân hóa theo mùa rõ rệt, có độ ẩm cao và thường xuyên bị tác động của gió đại dương thổi mạnh Ngoài ra, khí hậu của Côn Đảo không có những cực đoan như: mùa đông lạnh, gió nóng, sương muối và sương mù

Địa hình Côn Đảo nhìn chung thuộc dạng núi thấp dốc mạnh, gồm 16 khối núi lớn nhỏ khác nhau nhô trên mặt nước biển Đông tạo thành quần đảo, trong đó:

- Côn Sơn, gồm hai khối núi lớn phân cách nhau bằng vùng thấp Cỏ Ống Khối phía Bắc

có hai đỉnh cao là núi Ông Cường (238m) và núi Đầm Chơi (174m) Khối phía Nam là những dải núi kéo dài tạo thành hình cánh cung ôm lấy đồng bằng trung tâm nhỏ hẹp Địa hình có 2 dạng phân biệt: dạng núi thấp, đỉnh thoải, sườn dốc mạnh (20-35o); trong

đó độ cao so với mặt nước biển của một số đỉnh là: núi Thánh Giá 577m, núi Sở Rẫy 478m, núi Chúa 515m, núi Nhà Bàn 396m và núi Tàu Bể 259m Dạng thung lũng đồng bằng xen đồi gò, gồm 2 khu vực, khu Cỏ Ống và khu Trung tâm, có dạng các dải cồn cát cao xen kẹp các trảng bằng thấp, được cấu trúc từ những sản phẩm dốc tụ và các trầm tích biển gió sinh gắn liền với những đợt biển lùi trong kỷ thứ Tư [1]

1.1.2 Lịch sử hình thành và quá trình phát triển [2]

Côn Lôn hoặc Côn Nôn là tên gọi của Côn Đảo từ trước thế kỷ 20 Tên gọi cũ trong các văn bản tiếng Anh và tiếng Pháp là Poulo Condor Quốc hội nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam quyết định tên gọi chính thức là Côn Đảo vào năm 1977

Côn Đảo được người phương tây biết rất sớm do có vị trí thuận lợi trên đường hàng hải nối liền Âu - Á

Từ thế kỷ thứ XIII (1294) đoàn thuyền của nhà thám hiểm người Ý tên Marco PoLo, gồm 14 chiếc trên đường từ Trung Hoa về nước bị một cơn bão nhấn chìm mất 8 chiếc,

số còn lại đã dạt vào trú tại Côn Đảo

Thế kỷ thứ XV-XVI có rất nhiều đoàn du hành của Châu Âu ghé viếng Côn Đảo Cuối thế kỷ XVII và đầu thế kỷ XVIII tư bản Anh, Pháp đã bắt đầu nhòm ngó các nước Phương Đông Năm 1702, đời chúa Nguyễn Phúc Chu, năm thứ 12, công ty Đông - Ấn của Anh cho xây dựng pháo đài, cột cờ trên Côn Đảo

Trang 21

Sau 3 năm (ngày 3-2-1705) xảy ra cuộc nổi dậy của người Mã Lai MACASSAR (lính đánh thuê của chính quyền Anh), đoàn quân Anh phải rời bỏ Côn Đảo

Ngày 28-11-1783, Pigneau de Béhaine (Bá Đa Lộc) trong chuyến đem hoàng tử Cảnh

và vương ấn của chúa Nguyễn Ánh về Pháp, tự đứng ra đại diện cho Nguyễn Ánh ký với Bá tước De Montmarin đại diện cho vua Louis 16 hiệp ước Versailles Theo văn kiện này, nhà Nguyễn nhường cho Pháp chủ quyền cửa biển Đà Nẵng và quần đảo Côn Lôn, để đổi lại Pháp giúp Nguyễn Ánh 4 tàu chiến, 1.200 lính, 200 pháo thủ, 250 người lính phi để chống trả lại Tây Sơn

Ngày 28-11-1861, Bonard (thuỷ sư đô đốc Pháp) hạ lệnh cho thông báo hạm Norzagaray đến xâm chiếm Côn Lôn lúc 10 giờ sáng Nước Pháp chính thức đặt ách thống trị lên quần đảo Côn Lôn

Ngày 14-1-1862 chiếc tàu chở hàng (Nievre) chở một số nhân viên ra đảo, họ có nhiệm

vụ tìm vị trí thuận lợi dựng tạm hải đăng Côn Đảo, nhằm chống chế nếu có nước nào phản kháng hành động xâm lược

Ngày 1-2-1862 Bonard ký quyết định thành lập nhà tù Côn Đảo, và từ đó biến Côn Lôn núi non hùng vĩ, biển trời trong lành thành “Địa Ngục Trần Gian”

Quần đảo Côn Lôn trước khi thuộc Pháp, thuộc tỉnh Hà Tiên, sau đổi cho tỉnh Vĩnh Long quản hạt

Ngày 16-5-1882, Tổng thống Pháp Jules Grévy ký sắc lệnh công nhận quần đảo Côn Lôn là một quận của Nam Kỳ

Tháng 9-1954, chính quyền Ngô Đình Diệm tiếp tục chế độ lao tù của thực dân Pháp đã đổi tên quần đảo Côn Lôn thành hải đảo Côn Sơn và sau đó là tỉnh Côn Sơn

Ngày 24-4-1965, chính quyền Sài Gòn đổi tỉnh Côn Sơn thành cơ sở hành chính Côn Sơn, trực thuộc Bộ Nội vụ và chức tỉnh trưởng được đổi thành Đặc phái viên hành chánh Sau hiệp định Paris (27-1-1973) chính quyền Sài Gòn đổi tên quần đảo này thành PHÚ HẢI

Trang 22

Ngày 1-5-1975, Đất nước thống nhất, Côn Đảo thoát khỏi cảnh “ĐỊA NGỤC TRẦN GIAN” trải qua 113 năm

Tháng 5-1975, Côn Đảo được gọi là tỉnh Côn Đảo

Tháng 1-1977, huyện Côn Đảo - Tỉnh Hậu Giang

Tháng 5-1979, quận Côn Đảo - Đặc khu Vũng Tàu - Côn Đảo

Tháng 10-1991 đến nay: Huyện Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

1.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội hiện nay

Huyện Côn Đảo là một vùng đặc thù, hoàn toàn cách biệt với đất liền, phần lớn diện tích đất của Côn Đảo là rừng đặc dụng thuộc Vườn quốc gia, một diện tích khá lớn thuộc khu di tích lịch sử, các điểm cao thuộc đất quốc phòng, quỹ đất dành cho phát triển các ngành kinh tế không nhiều Tuy nhiên nền kinh tế - xã hội huyện Côn Đảo vẫn đạt được những thành tựu quan trọng về nhiều mặt nhờ những chủ trương, giải pháp phát triển đúng đắn của Đảng và chính quyền kết hợp với sự nỗ lực đồng lòng của người dân Kinh

tế tiếp tục đạt tốc độ tăng trưởng cao, có sự chuyển dịch tích cực về cơ cấu kinh tế; văn hóa, xã hội có nhiều tiến bộ, đảm bảo được an sinh xã hội, cải thiện đời sống tinh thần của các tầng lớp nhân dân; kết cấu hạ tầng phát triển tốt, quốc phòng an ninh giữ vững Theo Báo cáo tổng hợp quy hoạch phát triển nông nghiệp huyện Côn Đảo đến năm 2020, tầm nhìn năm 2030 của UBND Huyện Côn Đảo, giá trị sản xuất và tốc độ tăng trưởng các ngành kinh tế trên địa bàn huyện trong giai đoạn 2011 – 2015 có những bước chuyển mình mạnh mẽ Tốc độ tăng giá trị sản xuất bình quân đạt 17,62%/năm, trong đó ngành công nghiệp xây dựng và dịch vụ có tốc độ tăng trưởng cao nhất phù hợp với chủ trương

và định hướng phát triển của huyện nói riêng và của tỉnh nói chung Từ nguồn số liệu của Chi cục thống kê huyện Côn Đảo, Bảng 1 cho thấy rõ diễn biến giá trị sản xuất và

cơ cấu giá trị sản xuất trên địa bàn huyện Thu nhập bình quân đầu người đạt 84,14 triệu đồng/người trong năm 2015 [1] và trên địa bàn huyện không có hộ nghèo

Trang 23

Bảng 1.1: Diễn biến giá trị sản xuất và cơ cấu giá trị sản xuất trên địa bàn huyện

I Giá trị sản xuất (giá so

sánh 2010)

Tỷ đồng 568,29 1.279,50 17,62

1 Nông lâm thủy sản Tỷ đồng 25,40 36,57 7,56

2 Công nghiệp xây dựng Tỷ đồng 46,89 107,93 18,14

II Giá trị sản xuất

(giá hiện hành) đồng Tỷ 568,29 2.024,53

1 Nông lâm thủy sản Tỷ đồng 25,40 71,53

2 Công nghiệp xây dựng Tỷ đồng 46,89 137,00

IV Thu chi ngân sách

Tổng thu ngân sách Tỷ đồng 200,72 400,57 Tổng chi ngân sách Tỷ đồng 180,19 316,72 Qua Bảng 1.1 cho thấy tỷ trọng ngành nông nghiệp giảm từ 4,47% năm 2010 xuống còn 3,53% năm 2015 Đến năm 2015, GTSX theo giá hiện hành của ngành dịch vụ cao gấp

13 lần ngành công nghiệp, 25 lần ngành nông nghiệp và đạt 1.816,00 tỷ đồng; cơ cấu kinh tế năm 2015 là: Dịch vụ (89,70%), Công nghiệp xây dựng (6,77%), Nông lâm thủy sản (3,53%)

1.3 Hiện trạng hệ thống cấp điện

Hiện nay, nguồn điện chủ yếu cấp cho huyện Côn Đảo là từ hai nhà máy điện Trung Tâm và nhà máy điện An Hội, hoạt động độc lập cung cấp điện cho địa bàn toàn huyện Trên địa bàn huyện có hệ thống đường dây trung hạ thế (03 đường) và 03 trạm biến áp Sản lượng điện sản xuất của toàn huyện cả năm đạt 13.500.000 kW/h [1]

Nguồn điện cung cấp cho huyện có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất kinh doanh và sinh hoạt của người dân Thời gian cung cấp điện đảm bảo, hiện nay 100% dân số huyện Côn Đảo được sử dụng điện, từ nhà máy điện diesel trên đảo

Trang 24

Trong những năm qua, hệ thống điện chiếu sáng đã được quan tâm và đầu tư Tất cả các tuyến đường của huyện được chiếu sáng với tổng chiều dài là 33.860 m và 4 công viên,

tỷ lệ đường phố chính được chiếu sáng đạt 70%, tỷ lệ ngõ hẻm được chiếu sáng đạt trên 70% Hệ thống đèn trang trí tại các giao lộ chính và các khu trung tâm trong đô thị đã

và đang được triển khai, góp phần tạo cảnh quan chung cho đô thị

1.4 Các vấn đề và lựa chọn hướng nghiên cứu

Một trong những hậu quả nặng nề nhất của việc sử dụng các loại năng lượng không thể tái tạo được, đó chính là sản sinh ra quá nhiều CO2 và làm ô nhiễm môi trường dẫn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu Ảnh hưởng đó cũng là một rào cản lớn đối với việc đầu

tư cho nguồn phát điện sử dụng năng lượng truyền thống trong tương lai

1.4.2 Hướng nghiên cứu

Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo kết hợp với nguồn năng lượng truyền thống qua việc sử dụng phần mềm HOMER và nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quy hoạch

Trang 25

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về quy hoạch hệ thống điện

2.1 Hệ thống cung cấp điện truyền thống

2.1.1 Dự báo phụ tải điện

Để đáp ứng liên tục nhu cầu dùng điện, cần phải dự báo được nhu cầu điện trong nhiều năm tiếp theo Để dự trù công suất và điện năng của hệ thống cần phải lập kế hoạch phát triển hệ thống cung cấp điện trên cơ sở dự báo phụ tải Có nhiều phương pháp dự báo như phương pháp (PP) trực tiếp, PP ngoại suy, PP hồi quy, PP hệ số đàn hồi, PP mạng neurol nhân tạo, PP tương quan – xu thế, chuyên gia…

2.1.1.1 PP trực tiếp:

Trong phương pháp này thành phần phụ tải được phân thành các thành phần phụ tải có tính chất và nhu cầu gần giống nhau Ở Việt Nam hiện nay có năm thành phần phụ tải sau: Công nghiệp – Xây dựng; Nông, Lâm, Thủy sản ; Thương nghiệp, Dịch vụ ; Quản

lí tiêu dùng và các loại phụ tải khác

Đối với phụ tải Công nghiệp – Xây dựng lại chia ra làm 11 nhóm bao gồm: Khai khoáng; Chế biến thực phẩm / gỗ; Dệt may / giấy; In / Hóa chất; Luyện kim; Chế tạo máy và thiết bị; Gas / Nước; Xây dựng

Thành phần phụ tải Nông, Lâm, Thủy sản chia thành 4 nhóm: Thủy lợi (tưới, tiêu, vận hành hệ thống), Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Ngư nghiệp

Năm nhóm trong thành phần Thương nghiệp dịch vụ là Buôn bán, Cửa hàng; Khách sạn; Nhà hàng; Văn phòng, Ngân hàng; Liên Doanh NN

Trong thành phần sinh hoạt dân dụng chia thành hai nhóm là Thành thị và Nông thôn Các nhóm khác bao gồm Văn phòng công chính; Cơ sở văn hóa giáo dục thể thao; Bệnh viện; Truyền thông; Chiếu sáng công cộng…

Phương trình 2.1 mô tả cách xác định phụ tải điện năm t [3]:

=

i

A  A (2.1)

Trang 26

Trong đó Ait là phụ tải nhóm i năm t được tính theo công thức 2.2:



 (2.2)

Thuật toán và cách giải của phương pháp trực tiếp tương đối đơn giản và chắc chắn có nghiệm Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm đó là không thể dùng cho quy hoạch dài hạn vì số liệu đầu vào khi đó sẽ không chính xác

2.1.1.2 PP ngoại suy:

Đây là phương pháp dự báo quy luật phát triển của phụ tải điện trong quá khứ căn cứ vào số liệu thống kê trong thời gian đủ dải Sau đó kéo dài quy luật đó vào tương lai Quy luật này được biểu diễn dưới dạng:

=f(t)

t

A (2.3) Trong đó At là phụ tải điện tại t, f(t)là hàm xác địnhAt

Hai dạng thông dụng nhất của phụ tải dùng trong dự báo là hàm tuyến tính và hàm mũ [3]

Trang 27

Trong đó:

i

A : giá trị của phụ tải tại thời điểm ti quan sát được trong quá khứ

A: giá trị trung bình của tất cả cácA i

t : giá trị trung bình của tất cả các ti

n: số giá trị thống kê được trong quá khứ

Thời gian t thường lấy đơn vị là năm và giá trị thống kê được bắt đầu thường kí hiệu là năm thứ 0, tức t0 = 0; t1= 1; tn= n

A và t được tính theo các công thức sau:

1

n i i

A

A n

t t

1

; 25 1

n n r n n r

Số bậc tự do f phụ thuộc vào số thông số đo được n được tính như sau:

Trang 28

Khi n  25thì f   n 2

Khi n  25thì f   n 1

Nếu   , fthì quan hệ tuyến tính có thể được chấp nhận

Theo [3], hệ số a và b của phụ tải có dạng hàm tuyến tính được xác định qua phương

n

i i i n i i

Đối với các hàm phi tuyến, ta có thể dùng phương pháp lấy logarit để tuyến tính hóa rồi

dùng phương pháp như trên để tính

Số liệu phụ tải điện đối với từng loại dự báo cần đảm bảo những điều kiện sau:

+ Dự báo năm: Số liệu ít nhất 5 năm trước gần nhất

+ Dự báo tháng: Số liệu của tháng cùng kỳ năm trước và ít nhất 03 tháng trước gần nhất

+ Dự báo tuần: Số liệu ít nhất 04 tuần trước gần nhất

+ Dự báo ngày: Số liệu ít nhất 07 ngày trước

+ Đối với dự báo nhu cầu phụ tải điện giờ: Số liệu ít nhất 48 giờ cùng kỳ tuần trước

2.1.1.3 PP hồi quy:

Phương pháp này dựa trên mối tương quan giữa phụ tải điện và các ngành kinh tế khác

của nền kinh tế quốc dân để tìm ra nhu cầu điện năng trong tương lai Phương pháp này

đòi hỏi phải biết kế hoạch phát triển kinh tế quốc dân và bộ dữ liệu trong quá khứ đủ

mức tin cậy Hàm dự báo điện năng và công suất trong phương pháp này được mô tả

qua phương trình 2.12 ở dạng tuyến tính và phương trình 2.13 với dạng số mũ:

Trang 29

Với a0,a i là các hệ số, X là số liệu quá khứ của các yếu tố ảnh hưởng quan trọng (giá i

điện, tăng trưởng kinh tế, thời tiết…) còn n là số giá trị thống kê được trong quá khứ

2.1.1.4 PP hệ số đàn hồi:

Là phương pháp dự báo dựa trên tăng trưởng kinh tế Đặc điểm của phương pháp này là phù hợp với các dự báo trung và dài hạn Các hệ số đàn hồi theo ngành và miền lãnh thổ được xác định nhờ chuỗi dữ liệu theo thời gian trong quá khứ và mô phỏng kinh nghiệm của các quốc gia tương tự cũng như từ ý kiến của các chuyên gia Hệ số đàn hồi được tính theo công thức sau:

 và Y%: tăng trưởng điện năng (công suất) và tăng trưởng kinh tế (%)

A: điện năng (công suất)

Y : giá trị kinh tế (GDP, giá trị công nghiệp, hệ số tiết kiệm năng lượng, )

2.1.1.5 PP tương quan:

Đây là phương pháp dự báo dựa trên quan hệ giữa phụ tải điện và các chỉ tiêu cơ bản của các ngành kinh tế quốc dân Phương pháp này bao gồm hai bước [4]:

Bước 1: Xác định tương quan giữa điện [A] và chỉ tiêu cần xét [x]

Bước 2: Xác định quan hệ giữa các chỉ tiêu đó với thời gian t Cuối cùng tính được nhu cầu điện theo quan hệ tương quan dựa trên cơ sở dự báo phải triển của chỉ tiêu theo thời gian

Trang 30

Phương pháp chuyên gia thường được ứng dụng trong các trường hợp so sánh các tiêu chuẩn đơn giản, không cần phải phân nhỏ thành các tiêu chuẩn cấp thấp hơn

2.1.2 Quy hoạch nguồn điện

Việc phát triển tối ưu hệ thống điện là hết sức quan trọng và cấp bách đối với mỗi quốc gia, trong đó bài toán quy hoạch phát triển nguồn là một phần không thể tách rời Quy hoạch phát triển nguồn có thể trả lời các câu hỏi sau: Nhà máy điện xây mới thuộc loại

gì, được xây dựng ở đâu, nguồn vốn xây dựng và công suất là bao nhiêu?

Nguồn năng lượng sơ cấp hay chính là các nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên là một trong các yếu tố đầu vào quan trọng của quy hoạch nguồn Các dạng nguồn năng lượng được phân biệt ra hai dạng sau [4]:

+ Nguồn năng lượng không tái tạo là nguồn năng lượng với lượng dự trữ của chúng không được bổ sung và cạn dần do tiêu thụ không ngừng (dầu, khí, than …)

+ Nguồn năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng mà lượng dự trữ của nó luôn luôn được tái tạo lại (năng lượng gió, năng lượng mặt trời, thủy năng…)

2.1.2.1 Đặc điểm các loại nguồn điện [3]:

a Thủy điện:

+ Được xây dựng gần nguồn thủy năng

+ Chủ yếu đưa điện lên lưới cao áp

+ Hiệu suất cao (85-90%)

+ Vận hành linh hoạt và có khả năng tự động hóa cao

Trang 31

+ Giá sản xuất điện thấp

+ Số người quản lý vận hành nhà máy ít

+ Góp phần điều tiết nước dòng chảy của sông và chống lũ (đối với loại có hồ chứa) + Vốn lớn, thời gian xây dựng lâu

b Nhiệt điện ngưng hơi:

+ Thường được xây dựng ở gần nguồn nhiên liệu

+ Điện năng sản xuất ra chủ yếu được phát lên lưới điện cao áp

+ Làm việc với đồ thị phụ tải tự do

+ Vốn đầu tư thấp, thời gian xây dựng nhanh

+ Khởi động và tăng tải chậm, tính linh hoạt trong vận hành không cao

+ Hiệu suất thấp 30-40%

+ Phát thải gây ô nhiễm môi trường, khối lượng nhiên liệu lớn

c Nhiệt điện trích hơi:

+ Xây dựng gần phụ tải nhiệt

+ Hiệu suất từ 60 - 70%

+ Phụ tải điện phụ thuộc vào phụ tải nhiệt

+ Phần lớn điện năng sản xuất ra được cấp cho phụ tải cấp điện áp máy phát

+ Phát thải gây ô nhiễm môi trường

d Turbin khí (đơn, hỗn hợp):

+ Không có lò hơi

+ Vận hành linh hoạt, khả năng tự động hóa cao, có thể điều khiển từ xa

+ Không cần dùng nhiều nước để làm mát

Trang 32

+ Vận hành và bảo dưỡng đơn giản

e Điện nguyên tử:

+ Ít phụ thuộc các nguồn nhiên liệu

+ Vận hành linh hoạt với đồ thị phụ tải tự do

+ Không phát thải ô nhiễm

+ Chủ yếu đưa điện lên lưới cao áp

+ Hiệu suất 30-40%

+ Vốn đầu tư lớn, đòi hỏi nhân lực trình độ cao

f Điện gió và mặt trời:

+ Không phát thải ô nhiễm

+ Hiệu suất không cao 10-20%

+ Vốn đầu tư cao

2.1.2.2 Cấu trúc tối ưu nguồn điện:

Quy hoạch nguồn là một bài toán quan trọng của quy hoạch năng lượng và việc chọn cấu trúc tối ưu nguồn điện là cơ bản nhất trong bài toán này Vì vậy bài toán chọn cấu trúc tối ưu thường được coi là bài toán quy hoạch phát triển nguồn điện Do luôn luôn tồn tại mâu thuẫn giữa tính kinh tế và yêu cầu kỹ thuật nên trong thực tế thường không

có phương án tối ưu tuyệt đối, đặc biệt đối với hệ thống điện là một hệ thống có cấu trúc phức tạp và chịu tác động của nhiều yếu tố như xã hội, môi trường… Quá trình giải bài toán chọn cấu trúc tối ưu trong quy hoạch và phát triển nguồn gồm ba bước [3]:

1 Thống kê xử lý số liệu

2 Xây dựng hàm mục tiêu và hàm ràng buộc

3 Chọn phương pháp giải và áp dụng giải bài toán

Trang 33

Các phương pháp dùng trong quy hoạch (QH) hệ thống điện cũng là phương pháp dùng trong quy hoạch nguồn điện như: QH tuyến tính, QH phi tuyến, QH động

a Mô hình quy hoạch tuyến tính:

Một số đặc điểm của mô hình quy hoạch tuyến tính là tính đơn giản của mô tả toán học, tính chắc chắn của lời giải, tính phổ biến của thuật toán và dễ dàng kiểm tra tính hợp lý cũng như thiếu sót của mô hình ban đầu từ lời giải nhận được Tuy nhiên mô hình không cho độ chính xác cao Có thể sử dụng thuật toán quy hoạch tuyến tính chứa tham số hoặc quy hoạch tuyến tính nguyên hỗn hợp để khắc phục những nhược điểm trên [4]

b Mô hình quy hoạch phi tuyến:

Mô hình này cho phép mô phỏng bài toán quy hoạch phát triển nguồn điện chính xác hơn mô hình quy hoạch tuyến tính mặc dù việc tìm một phương pháp toán học để giải theo mô hình này là một khó khăn Phương pháp giải bài toán quy hoạch phí tuyến ngày nay là phương pháp gradient, phương pháp Lagrange Sự hội tụ của quá trình tính toán bằng phương pháp gradient thường chậm do phương pháp này dựa trên thủ tục lặp để đi đến lời giải tối ưu Ngoài ra kết quả với phương pháp gradient chỉ cho phép tìm điểm tối ưu cục bộ Chỉ khi hàm mục tiêu và miền lời giải cho phép đều có tính chất lồi thì điểm tối ưu tuyệt đối mới xác định được

c Mô hình quy hoạch động:

Giải bài toán quy hoạch nguồn theo mô hình quy hoạch động đòi hỏi những thuật toán phức tạp, công cụ tính toán hiện đại, khối lượng tính toán khá lớn vì phải đưa vào một khối lượng lớn số liệu đầu vào Để giảm bớt khối lượng tính toán thực tế thường phải bớt đi ở bước ban đầu một số phương án cho phép, do đó hạn chế nhiều tính tối ưu của lời giải

Mô hình WASP-III (Wien Automatic System Planning-III) đã được đưa ra với mục đích

áp dụng phương pháp quy hoạch động giải bài toán quy hoạch phát triển nguồn và cũng

là mô hình tối ưu hóa phát triển dài hạn nguồn điện WASP-III là một môđun trong bộ chương trình phân tích năng lượng-điện lực do cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Viện nghiên cứu quốc gia ARGONNE của Mỹ thực hiện [4]

Trang 34

d Mô hình sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo

Các thuật toán trí tuệ nhân tạo có đặc điểm cơ bản là tính mềm dẻo, có thể áp dụng cho các bài toán tối ưu có số biến lớn, khối lượng tính toán nhiều Đây là một hướng rất có nhiều triển vọng trong việc áp dụng để giải bài toán quy hoạch phát triển nguồn cho hệ thống điện lớn và thời gian quy hoạch lâu dài cho dù độ chính xác của kết quả không cao

Thuật toán trí tuệ nhân tạo có thể bao gồm những thuật toán như sau: di truyền, tiến hóa, mạng nơron, tìm kiếm tabu, tập mờ…

2.1.3 Quy hoạch lưới điện

Quy hoạch lưới điện là một phần quan trọng của quy hoạch hệ thống năng lượng Nhiệm

vụ của nó là xác định một cấu hình tối ưu theo sự tăng trưởng của phụ tải và một sơ đồ quy hoạch nguồn đối với thời gian quy hoạch ứng với yêu cầu phân phối điện năng một cách an toàn và kinh tế Nguyên lý cơ bản của quy hoạch lưới điện là cực tiểu cấu trúc lưới và chi phí vận hành nhằm thỏa mãn nhu cầu của sự phân phối điện năng an toàn và tin cậy tới các trung tâm phụ tải

Quy hoạch lưới điện có quan hệ chặt chẽ với quy hoạch nguồn điện Sơ đồ quy hoạch nguồn điện ban đầu có thể được điều chỉnh lại bằng cách sử dụng quy hoạch lưới điện Quy hoạch lưới điện phức tạp hơn quy hoạch nguồn do các ràng buộc của quy hoạch lưới điện phải thỏa mãn là rất phức tạp bao gồm các phương trình phi tuyến (VD: ràng buộc về cấp điện áp…) và thậm chí các phương trình vi phân (VD: vấn đề ổn định) Bởi vậy để có được một mô hình toán của quy hoạch lưới điện trọn vẹn là tương đối khó và việc giải nó thậm chí còn khó hơn

Quy trình thực hiện của quy hoạch lưới điện thường được chia làm hai bước: lập sơ đồ

và tính giá trị (định lượng) Quy hoạch lưới điện có thể chia ra thành quy hoạch lưới điện tĩnh và động Trong quy hoạch lưới điện tĩnh, sơ đồ nối dây của lưới điện đối với phụ tải của năm tới sẽ được chú ý đến và không bao gồm việc xây dựng một đường dây truyền tải mới cũng như vấn đề truyền tải của sơ đồ nối dây của lưới điện Đối với quy hoạch động, nó được chia thành một vài năm, mà trong đó vấn đề truyền tải của mỗi

Trang 35

năm đã được kể đến Như trường hợp cần phải quyết định khi nào và ở đâu sẽ xây dựng một đường dây mới

Việc quy hoạch lưới điện sẽ trả lời các câu hỏi sau:

Đoạn đường dây truyền tải mới ở đâu?

Khi nào xây dựng chúng?

Kiểu của đường dây truyền tải dự định xây là loại gì?

2.2 Hệ thống cung cấp điện hỗn hợp sử dụng năng lượng tái tạo

2.2.1 Năng lượng tái tạo

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 Chúng bao gồm sinh khối, năng lượng địa nhiệt, năng lượng biển, năng lượng mặt trời, thủy điện và năng lượng gió Nguyên tắc

cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường đưa vào trong các ứng dụng kỹ thuật Tỷ lệ năng lượng tái tạo vào năm 2015 đã tăng lên trong lĩnh vực giao thông vận tải cũng như trong việc sản xuất điện năng, chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu trong thế Nhân Sinh (Anthropocene) Khoảng 13,8% mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu là từ năng lượng tái tạo Trên ba phần tư trong số đó là năng lượng sinh học, với tỷ lệ chính khoảng 70% dựa trên sinh khối rắn, và đặc biệt là đối với củi Ngay

cả ngày nay, gỗ và than củi chủ yếu được sử dụng cho sản xuất năng lượng, đặc biệt là

ở các nước đang phát triển Theo sau sinh khối, thủy điện như một nguồn năng lượng tái tạo "cổ điển" với tỷ trọng 2,4% mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu Các nguồn năng lượng tái tạo "hiện đại", chẳng hạn như năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió, góp phần tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu chỉ khoảng 1,3% Tuy nhiên, sự mở rộng của chúng đã có mức tăng trưởng cao nhất trong những năm gần đây

Năng lực sản xuất điện từ năng lượng tái tạo trên thế giới khoảng 1.985 GW, xem Hình 2.1 (theo IRENA 2016) Để so sánh, khoảng 409 GW từ điện hạt nhân đã có trên toàn cầu vào năm 2015 Lực lượng chính cho việc cung cấp điện từ các nguồn năng lượng tái tạo là thủy điện, với công suất lắp đặt khoảng 1.208 GW (khoảng 61%), tiếp theo là

Trang 36

điện gió (433 GW ; 22%) và quang điện (227 GW ; 11%) Trung Quốc là nước dẫn đầu

về năng lượng tái tạo với hơn một phần tư công suất lắp đặt trên thế giới (520 GW) Riêng ở Trung Quốc, 321 GW là do thủy điện và 145 GW là do năng lượng gió Tiếp đến là 438 GW năng lượng tái tạo được lắp đặt Ở Mỹ (219 GW), Brazil (114 GW) và Đức (105 GW) Bốn nước này chiếm gần một nửa công suất lắp đặt trên thế giới từ năng lượng tái tạo [8]

Lượng đầu tư tài chính toàn cầu trong lĩnh vực năng lượng tái tạo đã tăng lên trong 10 năm qua từ 73 tỷ USD lên hơn 286 tỷ USD vào năm 2015 Các khoản đầu tư đã tăng mạnh, đặc biệt ở các nước đang phát triển và mới công nghiệp hóa Tỉ lệ đầu tư của họ trong tổng số đầu tư đã tăng lên 55% vào năm 2015, lần đầu tiên vượt qua khối lượng đầu tư của các nước công nghiệp phát triển phương Tây [8]

Việc sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió đã tăng lên đáng kể, trở nên hấp dẫn và hiệu quả về chi phí Tính chất thất thường và sự phụ thuộc vào những thay đổi khí hậu cản trở việc sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên này Do sự phụ thuộc vào giờ nắng thay đổi và thay đổi tốc độ gió, nguồn tài nguyên này không sản sinh ra năng lượng hiệu quả liên tục trong suốt cả năm Nhưng việc thực hiện hai hoặc nhiều hơn các nguồn năng lượng có thể khắc phục những vấn đề này Hệ thống năng lượng tái tạo hỗn hợp (HRES) có thể được lắp đặt để sản xuất một lượng năng lượng đáng kể ở các khu vực đang bị cắt giảm điện năng rất lớn hoặc các khu vực xa xôi vẫn chưa được khai thác Một số lượng lớn các hệ thống năng lượng lai đã được lắp đặt trên toàn cầu trong thập

kỷ qua, kết quả là các công nghệ mới có thể thách thức các hệ thống năng lượng thông thường

Năng lượng tái tạo dưới dạng nhiên liệu sinh học (ethanol và dầu diesel sinh học) cũng đang trở nên quan trọng trong ngành giao thông và vận tải Nhiên liệu sinh học hiện chiếm 0,8% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu Sản lượng toàn cầu đã tăng gấp bốn lần trong 10 năm qua từ khoảng 30 tỷ lít năm 2004 lên khoảng 133 tỷ lít năm 2015 (theo REN21 2016) và dự kiến sẽ tăng thêm nữa

Trang 37

Hình 2.1 Công suất lắp đặt năng lượng tái tạo phân phối theo khu vực

Năng lượng từ các nguồn tái tạo được sử dụng chủ yếu ở những nơi có công suất lắp đặt lớn nhất Mỹ, Trung Quốc và Đức chiếm gần một nửa mức tiêu thụ năng lượng tái tạo của thế giới (Hình 2.2)

Hình 2.2 Mức tiêu thụ năng lượng tái tạo trên thế giới trong năm 2015 [8]

Trang 38

2.2.2 Đánh giá Năng lượng sơ cấp gió và mặt trời

2.2.2.1 Năng lượng mặt trời:

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 Trái đất sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời hết nhiên liệu, ước tính khoảng 5 tỷ năm nữa

Có thể trực tiếp thu năng lượng mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon thành điện năng như trong pin mặt trời Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng sử dụng cho bình đun nước nóng mặt trời hoặc làm xôi nước trong các nhà máy nhiệt điện của tháp mặt trời hoặc vận hành hệ thống nhiệt như máy điều hòa mặt trời

Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2 [9]

Yếu tố cơ bản các định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái đất là quãng đường nó đi qua Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán

xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý Các mùa hình thành là do sự nghiêng của trục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo của nó quanh mặt trời gây ra Góc nghiêng vào khoảng 66,5 độ và thực tế xem như không đổi trong không gian Sự định hướng như vậy của trục quay trái đất trong chuyển động của nó đối với mặt trời gây ra những sự dao động quan trọng về độ dài ngày và đêm trong năm Quang điện (PV) đã trải qua một năm tăng trưởng kỷ lục vào năm 2015, với thị trường thường niên cho công suất mới tăng 25% so với năm 2014 Hơn 50 GW đã được thêm vào - tương đương với khoảng 185 triệu tấm pin mặt trời - đưa tổng công suất toàn cầu lên khoảng 227GW Mặc dù ba thị trường hàng đầu trong năm 2015 chịu trách nhiệm

về phần lớn công suất gia tăng, nhưng toàn cầu hoá vẫn tiếp tục với các thị trường mới trên tất cả các lục địa (theo REN21 2016) Châu Á đã làm lu mờ tất cả các thị trường khác trong năm thứ ba liên tiếp, chiếm khoảng 60% lượng bổ sung toàn cầu Một lần nữa, Trung Quốc, Nhật Bản và Hoa Kỳ là ba thị trường hàng đầu, tiếp theo là Vương quốc Anh (Hình 2.3) Các nước khác trong top 10 là Ấn Độ, Đức, Hàn Quốc, Úc, Pháp

Trang 39

và Canada Vào cuối năm 2015, mọi châu lục (trừ Nam Cực) đã lắp đặt ít nhất 1 GW,

và ít nhất 22 quốc gia có 1 GW công suất hoặc hơn Các nước có tỉ lệ điện mặt trời trên

số dân cư cao nhất là Đức, Ý, Bỉ, Nhật Bản và Hy Lạp

Đối với Việt Nam, do là nước nằm gần xích đạo có nguồn năng lượng mặt trời khá dồi dào nên rất thích hợp cho việc ứng dụng các thiết bị năng lượng mặt trời Cường độ bức

xạ bình quân năm từ 2,74 kWh/m2 ngày đến 5,37 kWh/m2 ngày và số giờ nắng trung bình năm từ 1400 giờ đến 2800 giờ càng, về phía Nam thì cường độ bức xạ và số giờ nắng càng cao [9]

Tính đến cuối năm 2014, khoảng 4,5 MWp quang điện đã được lắp đặt trên toàn quốc Mục tiêu đến năm 2025 Việt Nam sẽ sản xuất được 4 GWp quang điện và đạt tới 12 GWp vào năm 2030 [10]

Hình 2.3 Công suất quang điện thế giới, theo quốc gia/khu vực, 2005-2015 Trong luận văn này, số liệu về năng lượng sơ cấp mặt trời cho Côn Đảo được lấy từ nguồn dữ liệu phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ (NREL) thông qua HOMER Các dữ liệu bức xạ mặt trời được thu thập cho Côn Đảo với vĩ độ và kinh độ tương ứng là 8°42,1'N và 106°36.7'E Múi giờ của vị trí này là GMT +07:00 Hình 2.4 cho thấy chỉ số bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày ở trục trái và chỉ số độ rõ nét trên trục phải của hình

Trang 40

Hình 2.4 Dữ liệu bức xạ mặt trời tại Côn Đảo

Từ những dữ liệu của NREL có thể xác định được chỉ số bức xạ mặt trời và chỉ số độ rõ nét trung bình hàng năm lần lượt là 4,86 kWh/m2/ngày và 0,491

2.2.2.2 Năng lượng gió:

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển trái đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kì Cổ đại Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt của Trái đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của mặt trời và thêm vào

đó là bức xạ mặt trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ dẫn đến sự khác nhau về áp suất giữa không khí ở xích đạo và hai cực cũng như không khí giữa bán cầu ban ngày và bán cầu ban đêm của Trái đất Sự chênh lệch về áp suất khí quyển tạo sự di chuyển không khí từ vùng có áp suất cao tới vùng có

áp suất thấp tạo thành gió

Trái đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của trái đất nghiêng so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái đất tạo thành khi quay quanh Mặt trời nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	3,17 MB