Thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới tại công ty TCIE đà nẵng

Phương hướng phát triển: mục tiêu tương lai sẽ tiến tới tận dụng triệt để nguồn bức xạ mặt trời cụ thể là tận dụng nhiệt năng để cung cấp cho hệ thống các lò đun, lòsấy trong nhà máy, gi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ TRƯỜNG GIANG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI

LƯỚI TẠI CÔNG Y TCIE ĐÀ NẴNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tôi xin cam đoan đây là công trình thiết kế của riêng tôi, các số liệu và kết quả trong luận văn đều do chính tôi khảo sát, tổng hợp từ thực tế và tiến hành nghiên cứu, tính toán Nội dung luận văn được chính tôi biên soạn, trình bày và không có bất kỳ sự sao chép nào Ngoài ra một số nguồn tài liệu tham khảo của các tổ chức khoa học đều được trích dẫn nguồn cụ thể.

Tác giả luận văn

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Phương pháp nghiên cứu: 2

5 Ý nghĩa khoa học, tính thực tiễn và phương hướng phát triển: 2

6 Cấu trúc của luận văn: 2

CHƯƠNG 1 NHU CẦU ĐIỆN NĂNG VÀ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT Ô TÔ TCIE ĐÀ NẴNG 3

1.1 Giới thiệu nhà máy1 : 3

1.1.1 Bộ máy tổ chức: 3

1.1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất 4

1.1.3 Mặt bằng sản xuất 4

1.2 Nhu cầu điện năng của nhà máy 6

1.3 Tiềm năng năng lượng tái tạo tại nhà máy: 9

1.3.1 Đề xuất các phương án bổ sung nguồn cung cấp điện cho nhà máy: 9

1.3.2 Tiềm năng năng lượng tái tạo tại nhà máy [2] 11

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI CÔNG TY 14

2.1 Tính toán hệ thống điện mặt trời 14

2.1.1 Mặt bằng hệ thống 14

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý mô tả hệ thống: 14

2.1.3 Cấu trúc hệ thống 4, [5] : .16

2.1.4 Tính toán công suất, cấu hình hệ thống và xây dựng đồ thị phụ tải: 18

2.2 Sử dụng phần mềm PVSYST để mô phỏng hệ thống đánh giá tình hình thời tiết và tính toán sản lượng điện hàng năm [6] 28

2.2.1 Giới thiệu phần mềm PVSYST 28

2.2.2 Thiết lập thông số cho phần mềm PVSYST: 30

2.2.3 Mô phỏng hệ thống 38

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP KẾT NỐI 43

3.1 Giới thiệu phần mềm ETAP [7] 43

3.2 Thực hiện mô phỏng 44

3.2.1 Xây dựng mô hình hệ thống điện của nhà máy 44

3.2.2 Phương án đấu nối 1 45

3.3 So sánh và lựa chọn phương án 48

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ, KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50

4.1 Đánh giá tính kinh tế 50

4.1.1 Các thông số tính toán 50

4.1.2 Công ty đầu tư hoàn toàn 100% vốn 53

4.1.3 Công ty thực hiện vay 70% vốn 54

4.1.4 Tính toán lượng CO2 giảm thiểu: 54

4.1.5 So sánh hiệu quả giữa 2 loại tấm pin đã chọn: 55

4.2 Kết luận 56

4.3 Phương hướng phát triển: 57

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 60

TẠI CÔNG TY TCIE ĐÀ NẴNG

Học viên: Võ Trường Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số:………Khóa: K36 KTĐ Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt luận văn - Hiện nay, ở Việt Nam, nguồn cung cấp điện chưa phát triển kịp theo tốc

độ phát triển của phụ tải Hơn nữa, nhà nước đang khuyến khích việc huy động các nguồnnăng năng lượng tái tạo (năng lượng gió và mặt trời…) Theo dự báo tình hình năng lượngđiện tại Việt Nam của viện năng lượng quốc gia, nhu cầu điện tiêu dùng của Việt Nam tănghơn 10%.năm cho đến năm 2020 Trong khi đó các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu

mỏ, khí thiên nhiên … đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt Trongtương lai, năng lượng mặt trời sẽ là một xu thế mới, đó là dạng năng lượng sạch, có sẵn trong

tự nhiên với mật độ tập trung cao Do vậy năng lượng mặt trời đã và ngày càng được sử dụngrộng rãi ở các nước trên thế giới

Từ khóa: nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời, thiết kế hệ thống điện mặt trời nối

lưới

DESIGN ON - GRID SOLAR ENERGY SYSTEM FOR TCIE DA NANG

COMPANY

Summary - Nowaday, in Vietnam, electric power sources have not been built to catch up

development of load’s demand Furthermore, the government has been encouragingrenewable energy sources (wind and solar energy…) Following the forecast as electricenergy state of Vietnam’s National Energy Institute, power demand will be able to increasemore than 10%.year till 2020 Meanwhile, fossil energy sources such as coal, petroleum,gas…are limited that makes lacking of energy little by little In future, solar energy which areclear, available and plentiful would be a new general trend Therefore, solar energy has beenand is increasingly used widely in countries around the world

Keywords: renewable energy resources, solar energy, design on-grid solar energy system.

– Điện năng tiêu thụ của phụ tải.

ℎ – Điện năng cung cấp của hệ thống điện mặt trời.

– Công suất tiêu thụ của phụ tải

ℎ – Công suất đặt của hệ thống điện mặt trời.

– Thời gian nắng trung bình trong ngày

– Điện áp của tấm pin

-– Điện áp của chuỗi tấm pin

– Dòng điện qua tấm pin

n – Số lượng tấm pin

m – Số lượng chuỗi tấm pin

– Số lượng chuỗi tấm pin đặt lên 1 inverter

ℎ ỗ

ắ

Số hiệu Tên bảng Trang bảng

1.3 Cường độ bức xạ và số giờ nắng trung bình tháng ở Đà Nẵng 12

2.8 Bảng phân bố năng lượng mặt trời của hệ thống qua các tháng 39

4.1 Kết quả tính toán tính kinh tế mô hình vay vốn 100% 534.2 Kết quả tính toán tính kinh tế mô hình vay vốn 70% 54

Số hiệu Tên hình Trang hình

1.9 Hệ thống online cung cấp thông tin địa lý toàn cầu về quang 11

2.12 Đặc tính VA theo bức xạ mặt trời và điện áp hở mạch theo nhiệt độ 25

của 2 loại tấm pin

2.13 Đồ thị thể hiện tỉ lệ công suất chuyển đổi của 2 dòng inverter 26

2.17 Hiển thị dữ liệu khí tượng dựa trên vị trí địa lý 31

2.19 Lựa chọn phương vị phù hợp để đạt hiệu quả cao nhất cho tấm pin 32

2.21 Phân bố công suất của các tấm pin vào inverter 33

2.24 Đồ thị thể hiện tổn thất do sự thay đổi góc tới (IAM) 352.25 Đồ thị thể hiện sự suy giảm hiệu suất theo thời gian của tấm pin 362.26 Thiết lập thông số tổn thất mạch AC và máy biến áp nối lưới 362.27 Thiết kế mô hình 3D mô phỏng các vật thể đổ bóng 37

2.29 Đồ thị biểu thị tỉ lệ điện năng cung cấp của hệ thống qua các tháng 392.30 Đồ thị biểu thị sự phân phối điện năng qua các tháng tiêu biểu 40

3.2 Hệ thống điện của doanh nghiệp trước khi đấu nối thêm hệ thống 45

điện mặt trời

3.3 Mô phỏng hệ thống điện của doanh nghiệp sau khi đấu nối thêm hệ 46

thống điện mặt trời theo phương án 1

3.4 Mô phỏng hệ thống điện của doanh nghiệp sau khi đấu nối thêm hệ 48

thống điện mặt trời theo phương án 2

4.2 Mô hình xác suất sản lượng điện năng phát lên lưới 51

4.4 Cài đặt thông số về biểu giá bán và tiêu thụ điện năng 53

4.6 Lượng CO2 giảm thiểu được sau khi dự án kết thúc. 55

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong tương lai, năng lượng mặt trời sẽ là một xu thế mới, đó là dạng năng lượngsạch, có sẵn trong tự nhiên với mật độ tập trung cao Do vậy năng lượng mặt trời đã vàngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới

Hiện nay, ở Việt Nam, nguồn cung cấp điện chưa phát triển kịp theo tốc độ pháttriển của phụ tải Hơn nữa, nhà nước đang khuyến khích việc huy động các nguồnnăng năng lượng tái tạo (năng lượng gió và mặt trời…) không chỉ ở phương diệnnguồn cung cấp mà còn ở phương diện ở hộ tiêu thụ

Công ty TNHH Nissan Việt Nam (NVL) bắt đầu kinh doanh nhập khẩu – phânphối xe hơi, phụ tùng, phụ kiện của hãng xe Nhật Bản Nissan từ tháng 12.2008 NVL

là liên doanh giữa Công ty TNHH Nissan Motor Nhật Bản và Tan Chong MotorHoldings Berhad (TCMH) – Tập đoàn đầu tư Malaysia với các lĩnh vực kinh doanhchính bao gồm nhập khẩu, lắp ráp, phân phối xe hơi Nissan tại Malaysia, Cam-pu-chia,Lào và Myanmar Để phục vụ sản xuất, nhà máy đã lắp đặt 3 máy biến áp 2 MVA mỗimáy để cung cấp điện cho công ty.Tổng công suất hoạt động toàn nhà máy hiện tạikhoảng 4,6 MW, chiếm hơn 75% dung lượng 3 máy biến áp Các phân xưởng hoạtđộng chủ yếu vào ban ngày và lượng điện năng tiêu thụ rất lớn, có tháng vượt ngưỡng

400 MWh

Theo kế hoạch, trong năm 2019, nhà máy sẽ nâng cấp và mở rộng quy mô củaxưởng thân xe để sản xuất dòng xe mới phục vụ thị trường Do vậy, công suất và sảnlượng điện năng tiêu thụ của nhà máy sẽ còn cao hơn nữa khi việc mở rộng xưởng thân

xe hoàn thành Theo dự kiến, công suất của toàn nhà máy sẽ đạt trên 5 MW và sảnlượng điện tiêu thụ mỗi tháng có thể đạt đến hơn 500 MWh Như vậy, việc cải tạo bổsung nguồn cung cấp điện cho nhà máy để đáp ứng nhu cầu trên là cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Việc đề xuất xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời phục vụ sản xuất với cácmục tiêu sau:

- Giảm trừ điện năng tiêu thụ từ lưới điện xuống, tự chủ một phần nguồn nănglượng

- Cắt giảm chi phí tiêu thụ điện năng từ lưới, giảm chi phí đầu vào

- Làm tiền đề để thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo trong khu vực

- Nâng cao hình ảnh của nhà máy hiện đại, chuyên nghiệp, thân thiện với môitrường

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng: nguồn điện cung cấp cho nhà máy TCIE thành phố Đà Nẵng.

Phạm vi: hệ thống điện mặt trời.

4 Phương pháp nghiên cứu:

Khảo sát vị trí địa lý, cơ sở vật chất, nhu cầu điện năng của nhà máy

Tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới

Sử dụng phần mêm PVSYST để mô phỏng sản lượng và hiệu quả kinh tế của hệ thống

5 Ý nghĩa khoa học, tính thực tiễn và phương hướng phát triển:

Ý nghĩa khoa học: đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời trong khu vực và các

thông số cần thiết của hệ thống điện mặt trời

Tính thực tiễn: tận dụng nguồn năng lượng tái tạo, đảm bảo đủ nguồn cung cấp

cho nhà máy trong giai đoạn mở rộng sản xuất và giảm chi phí điện năng tiêu thụ

Phương hướng phát triển: mục tiêu tương lai sẽ tiến tới tận dụng triệt để nguồn

bức xạ mặt trời cụ thể là tận dụng nhiệt năng để cung cấp cho hệ thống các lò đun, lòsấy trong nhà máy, giảm thiểu việc thu nhiệt từ khí ga để đảm bảo an toàn trong sảnxuất, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường

6 Cấu trúc của luận văn:

Mở đầu

Chương 1: Nhu cầu điện năng và tiềm năng năng lượng tái tạo tại nhà máy sản xuất ô tô TCIE Đà Nẵng

Chương 2: Tính toán hệ thống năng lượng mặt trời

Chương 3: Đề xuất giải pháp kết nối

Chương 4: Kết luận, đánh giá và phương hướng phát triển

CHƯƠNG 1 NHU CẦU ĐIỆN NĂNG VÀ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT Ô TÔ TCIE ĐÀ NẴNG

Body shop: xưởng hàn thân xe

Paint shop: xưởng sơn

Assembly shop: xưởng lắp ráp

QC: ki ểm soát chất lượng

PDI: ki ểm tra giao nhận

PDI: ki ểm tra giao nhận

Production service (dich vụ sản xuất)

1.1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ của nhà máy

1.1.3 Mặt bằng sản xuất

Công ty TNHH TCIE Việt Nam là thành viên của Tập đoàn Tân Chong (Malaysia) liên doanh với Công ty TNHH Nissan Motor (Nhật Bản) Nhà máy được

xây dựng trên tổng diện tích gần 130.000 m2 tại KCN Hoà Khánh mở rộng, với nănglực sản xuất, lắp ráp 6.500 xe.năm và có thể nâng công suất tối đa lên 30.000 xe.năm.Nhà máy được phân thành nhiều khu:

Hình 1.2 Mặt bằng nhà xưởng

Tòa nhà văn phòng: 1200 2 Xưởng lắp ráp: 5800 2

Xưởng Logicstic: 3200 2 Xưởng kiểm tra: 560 2

1.2 Nhu cầu điện năng của nhà máy

Được cấp điện từ trạm biến áp 110kV Hòa Khánh 2 năm cạnh nhà máy, truyềntải theo đường dây 22kV và phân phối tại trạm biến áp 22.0,4kV tại nhà máy

Bảng 1.1 Phụ tải hiện tại của nhà máy Khu vực Công suất Thời gian hoạt động

(MW) trung bình (ban ngày)

Hiện tại nhà máy được phân thành 4 khu vực phụ tải chính (sơ đồ hệ thống nhưhình 1.3): xưởng thân xe, xưởng sơn, xưởng lắp ráp và khu văn phòng Với công suấttiêu thụ từng khu vực được cho trong bảng 1.1

800

kW 70

kW

200 kW

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống điện của nhà máy.

Trong đó:

Xưởng Logicstic (kho chứa, phân phối chi tiết, bán thành phẩm): tải tiêu thụ

chính là quạt công nghiệp và hệ thống chiếu sáng, báo cháy 100% công suất sử dụng

thuộc nhóm phụ tải dài hạn.

Xưởng thân xe: tải tiêu thụ chính là các loại súng hàn công suất lớn từ 30 – 40

kW và các phụ tải nhỏ như quạt công nghiệp, hệ thống chiếu sáng, báo cháy và cácđộng cơ tời tải trọng dưới 1 tấn Đến 90% công suất sử dụng thuộc loại phụ tải có chế

độ làm việc ngắn hạn lặp lại

Xưởng sơn: hệ thống bể nhúng theo dây chuyền với nhiều động cơ bơm công

suất lớn, hệ thống bể sơn điện ly, tải động cơ tời, hệ thống thông gió công suất lớn, hệthống chiếu sáng, khí nén, báo cháy và hệ thống các lò sấy 45% công suất phụ tảithuộc loại ngắn hạn lặp lại: hệ thống bể sơn điện ly và các tải động cơ tời

Xưởng lắp ráp: chủ yếu là hệ thống khí nén, động cơ tời, hệ thống quạt và chiếu

sáng, báo cháy, hệ thống máy đo và kiểm định chất lượng

Khu vực văn phòng: hệ thống điều hòa, chiếu sáng, báo cháy.

Năm 2018, ban lãnh đạo áp dụng các chính sách kích cầu tiều dùng của kháchhàng, lượng xe được tiêu thụ nhiều hơn, nhà máy phải hoạt động liên tục với tần suấtcao, lượng điện năng tiêu thụ tăng vọt, ghi nhận giá trị 402 028 KWh trong tháng 11năm 2018

Hình 1.4 Sản lượng điện tiêu thụ của nhà máy.

Dựa vào số liệu của công tơ của các tủ điện phân phối, ta có bảng tổng hợp côngsuất tiêu thụ và đồ thị phụ tải chung của nhà máy

Bảng 1.2 công suất tiêu thụ của nhà máy TCIE Đà Nẵng Giờ Xưởng thân xe Xưởng sơn Xưởng lắp ráp Văn phòng Tổng

Hình 1.5 Đồ thị phụ tải của nhà máy TCIE Đà Nẵng 1.3 Tiềm năng năng lượng tái tạo tại nhà máy:

1.3.1 Đề xuất các phương án bổ sung nguồn cung cấp điện cho nhà máy:

a Sử dụng máy biến áp:

Đầu tư thêm máy biến áp để bổ sung nguồn cung cấp điện từ lưới

Đối với các khu công nghiệp, nhà máy sản xuất, tòa nhà…, các công trình lớn,

sử dụng nhiều điện năng, máy biến áp là hạng mục không thể thiếu, giúp truyền tảicông suất từ nguồn đến nơi tiêu thụ, giúp giảm thiểu tổn thất công suất, điện năng Tùytheo nhu cầu sử dụng như cấp điện áp, dung lượng, chế độ, điều kiện vận hành mà ta

có thể lựa chọn các loại máy biến áp khác nhau

Hình 1.6 Trạm biến áp nền và trạm biến áp hợp bộ

b Sử dụng hệ thống năng lượng gió:

Sử dụng hệ thống tua bin gió để tạo ra điện năng sử dụng cho nhà máy

Năng lượng gió cũng là một nguồn năng lượng sạch đang được sử dụng phổ biến

trên thế giới Năng lượng gió làm quay cánh quạt, cánh quạt được nối với trục làmquay máy phát, tạo ra điện Để tận dụng tốt được năng lượng gió, các máy phát, tua bingió đươc đặt ở trên cao để đón gió.

Từ lúc phát triển năng lượng gió, các tua bin gió càng ngày càng được cải thiện,tiết kiệm chi phí và độ tin cậy cao Quy mô công suất được nâng cao, kết cấu nhẹ hơn,vững chãi hơn, cấu trúc đa dạng hơn để tối ưu hóa

Hình 1.7 Các loại tua bin gió phổ

biến c Sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời:

Sử dụng hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời để cung cấp điện năng sửdụng cho nhà máy

Các tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, đây làmột công nghệ chuyển đổi ánh sáng mặt trời (bức xạ mặt trời) thành dòng điện trựctiếp bằng cách sử dụng chất bán dẫn Khi ánh sáng mặt trời tiếp xúc với các tế bàoquang điện trong tấm pin, các electron được giải phóng và tạo thành dòng điện

Các tế bào quang điện được tích hợp trong một module lớn (tấm pin) để định cỡ theotiêu chuẩn chung về vật liệu, kích thước, công suất…Nhiều module có thể được ghép vớinhau tạo thành một mảng để tăng công suất phát phù hợp theo nhu cầu của phụ tải

Hình 1.8 Hệ thống năng lượng mặt trời áp mái

a Tiềm năng năng lượng mặt trời:

Tại khu vực thành phố Đà Nẵng thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữanăm với khoảng 8 – 10h.ngày, với lượng cường độ bức xạ trung bình trên 2,46kWh.m2.ngày (có ngày đạt 5,98 kWh.m2.ngày) Do đó, tiềm năng về năng lượng mặttrời ở Đà Nẵng rất lớn (bảng 2) Do đặc thù của nhà máy TCIE, hoạt động chủ yếu vàoban ngày và diện tích mặt bằng nhà xưởng, kho bãi rất lớn (31.450 m2) nên chúng ta

có thể khai thác được năng lượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu điện năng của nhà máy

Sử dụng hệ thống thông tin địa lý toàn cầu về quang năng để đánh giá tiềm năngnăng lượng mặt trời tại công ty TCIE:

Hình 1.9 Hệ thống online cung cấp thông tin địa lý toàn cầu về quang năng [ ]

Hình 1.10 Biểu đồ cường độ bức xạ mặt trời tại công ty TCIE

Bảng 1.3 Cường độ bức xạ và số giờ nắng trung bình tháng ở Đà Nẵng.

Tháng Cường độ bức xạ trung bình Số giờ nắng hàng

b Tiềm năng năng lượng gió:

Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình và nhân tố chínhảnh hưởng đến khí hậu nhiệt đới gió mùa chính là hướng gió mùa (loại gió đổi hướngtheo mùa) Do đó rất khó khăn cho việc xác định hướng gió để lắp đặt hệ thống turbinegió

Hơn nữa Đà Nẵng nằm ở khu vực miền trung và giáp biển nên thường xuyênchịu ảnh hưởng của bão và áp thấp nhiệt đới Và để giảm ảnh hưởng của gió bão thìcấu trúc của tuabin gió cũng phải được tính toán thiết kế, gia cố chắc chắn hơn, do đólàm gia tăng chi phí đầu tư nhưng hiệu quả lại không cao

1.3.3 Lựa chọn phương án thực hiện:

Mỗi phương án đầu tư đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, qua đó ta có thểxem xét các vấn đề để lựa chọn phương án tối ưu và khả thi nhất

Bảng 1.4 So sánh ưu nhược điểm các phương án.

Đầu tư máy biến áp Dễ dàng lắp đặt, bảo dưỡng Sử dụng điện năng trực

tiếp từ lưới

Sử dụng hệ thống năng Dễ dàng vận hành Không phù hợp với khí

lượng gió Nguồn năng lượng tái tạo hậu ở Đà Nẵng

Sử dụng hệ thống năng Dễ dàng lắp đặt, vận hành và

lượng mặt trời Nguồn năng lượng tái tạo

Từ những ưu nhược điểm trên, kiến nghị nên lựa chọn việc sử dụng hệ thốngnăng lượng mặt trời với phương án đấu nối tại 3 nhánh của máy biến áp B1, B2, B3(Hình 1.3) để bổ sung thêm nguồn cấp điện cho nhà máy TCIE Đà Nẵng

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI

TẠI CÔNG TY

2.1 Tính toán hệ thống điện mặt trời

Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điệnmột chiều DC nhờ hiệu ứng quang điện Thông qua bộ biến tần, dòng điện DC sẽ đượcbiến đổi thành dòng điện xoay chiều có tần số phù hợp để sử dụng cho các thiết bịđiện

2.1.1 Mặt bằng hệ thống

Diện tích dự kiến cho việc lắp đặt hệ thống là bãi để xe có diện tích 15400 2 bao gồm diện tích của module các tấm pin, tủ điện, hành lang bảo trì, vận hành hệ thống, hệ thống bảo vệ và khoảng cách an toàn.

Hình 2.1 Mô phỏng mặt bằng lắp đặt hê thống điện mặt trời tại công ty TCIE

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý mô tả hệ thống:

Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời độc lập không kết nối lưới: là hệ thống điện

mặt trời được sử dụng để cung cấp điện năng cho các thiết bị điện độc lập, không sử

dụng điện từ lưới.

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập không kết nối lưới.

Ưu điểm: hệ thống đơn giản, giá thành không cao

Nhược điểm: không sử dụng được cho các phụ tải có công suất lớn và sử dụngđiện liên tục do bức xạ mặt trời có thể thay đổi

Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp bù lưới: là hệ thống điện mặt trời có

kết hợp thêm bộ bù điện năng từ lưới khi điện năng từ các tấm pin sản sinh yếu

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập có bù điện lưới.

Ưu điểm: phù hợp cho các phụ tải công nghiệp, sử dụng điện năng nhiều và liên tục.Nhược điểm: giá thành cao nếu phụ tải có công suất lớn

Do tính chất của nhà máy thuộc cụm phụ tải công nghiệp nên nhu cầu sử dụngđiện năng nhiều và liên tục cho việc sản xuất nên kiến nghị sử dụng hệ thống điện mặttrời có kết hợp bù điện năng từ lưới để đảm bảo việc sản xuất không bị ngưng trệ khibức xạ mặt trời yếu

a Modules tấm pin năng lượng mặt trời:

Đối với hệ thống điện mặt trời, các tấm pin là phần chiếm diện tích và chi phí lớnnhất, nên việc lựa chọn chủng loại sao cho có công suất lớn và hiệu suất chuyển đổicao là điều cần thiết, phù hợp với diện tích lắp đặt và năng lực tiêu thụ của nơi lắp đặt.Các loại tấm pin mặt trời khác nhau phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khácnhau Sự khác nhau giữa các loại tấm pin mặt trời dựa trên mục đích sử dụng đơn chứcnăng hoặc đa chức năng và dựa trên từng thế hệ của từng loại tấm pin (công nghệ vậtliệu và hiệu suất tấm pin)

Đối với hệ thống mặt trời sử dụng để cung cấp điện năng, ta quan tâm đến côngnghệ vật liệu và hiệu suất sử dụng của tấm pin:

Tấm pin mặt trời đơn tinh thể (Mono – SI): loại này

được làm từ silicon đơn tinh thể Độ tinh khiết cao khiến

loại pin này đạt hiệu suất cao nhất, có thể lên đến 24,4% đối

với những sản phẩm được sản xuất trong phòng thí nghiệm

Các tấm pin loại này có hiệu suất cao, tiết kiệm không gian

và tuổi thọ lâu nhất, đồng nghĩa với việc giá thành sẽ cao

nhất Ngoài ra chúng còn ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao

so với loại tấm pin đa tinh thể

Tấm pin mặt trời đa tinh thể (Poly –SI): chúng được

tạo thành bằng cách nấu chảy silicon thô, đây là một quátrình nhanh hơn và rẻ hơn so với quá trình tạo ra các tấmđơn tinh thể Điều này dẫn đến giá thành rẻ hơn và hiệusuất cũng thấp hơn (khoảng 22,3%) Các tấm pin có kíchthước lớn hơn và tuổi thọ thấp hơn do ảnh hưởng bởi nhiệtđộ

Tấm pin dạng màng mỏng (Thin film): loại này được

sản xuất bằng cách đặt một hoặc nhiều màng vật liệu quang

điện (như silicon, cadmium hoặc đồng) chồng lên nhau,

những tấm pin loại này dễ sản xuất, mang tính kinh tế cao

làm chúng rẻ hơn do cần ít vật liệu để cấu thành Đây cũng

là loại linh hoạt, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, ứng dụng

được trong nhiều mô hình khác nhau Tuy nhiên, không

gian lớn tuổi thọ ngắn, hiệu suất thấp (9 – 18%) là các yếu

tố chưa được cải thiện

Tấm pin mặt trời dạng tinh thể cô đặc (CVP và HCVP): loại tấm pin này được áp dụng tối đa kỹ thuật

để tăng tính hiệu quả (bề mặt gương cong, thấu kính và

hệ thống làm mát để hấp thu tối đa bức xạ mặt trời), do

đó hiệu suất sử dụng có thể lên đến 41%

Căn cứ theo quyết định 11/QĐ – TTg [8] của thủ tướng chính phủ về cơ chế hỗ trợ phát triển hệ thống điện mặt trời thì hiêu suất của

module pin phải đạt hiệu suất 15% trở lên và thông qua

đặc điểm của từng loại tấm pin, đề xuất sử dụng loại tấm pin đa tinh thể do giá thànhthấp, hiệu suất đạt yêu cầu, vị trí lắp đặt rộng rãi, quang đãng

b Bộ chuyển đổi điện (Inverter):

Hệ thống các tấm pin biến đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện một chiều

DC Do đó cần phải có bộ chuyển đổi điện một chiều DC thành điện xoay chiều AC đểcung cấp cho các thiết bị điện đó là bộ biến tần (inverter)

Cơ sở để lựa chọn inverter cho hệ thống:

- Công suất lớn nhất của dãy tấm pin năng lượng mặt trời

- Giải điện áp làm việc của inverter

- Hiệu suất của inverter

Có 3 loại cấu trúc biến tần phổ biến thường được sử dụng cho hệ thống điện mặttrời qui mô vừa và lớn:

Biến tần chuỗi (string inverter): đây là kiểu cấu trúc tập trung các tấm pin năng

lượng mặt trời thành từng chuỗi, một chuỗi gồm các tấm pin được đấu nối tiếp vớinhau, sau đó chuỗi này được đấu song song vào một inverter để chuyển đổi điện năng

Vì biến tần chuỗi chuyển đổi điện năng cho ít tấm pin nên năng lượng chuyển đổiđược tối ưu hóa hơn (tối ưu hóa từng chuỗi trong mảng) Tuy nhiên, chi phí đầu tư banđầu khá cao do một mảng có nhiều biến tần chuyển đổi năng lượng cho nhiều chuỗi

Hình 2.4 Mô tả cấu trúc biến tần chuỗi.

Biến tần tập trung (central inverter): đây là hệ thống gồm nhiều chuỗi tấm pin

được đấu song song với nhau và đưa vào một inverter trung tâm để biến đổi điện năng.Biến tần tập trung có kích thước lớn hơn biến tần chuỗi do chuyển đổi nhiều điệnnăng hơn (trên 500kW) Sử dụng biến tần trung tâm có ưu điểm là chi phí thấp hơn sovới biến tần chuỗi do số lượng biến tần ít hơn Tuy nhiên, khi có hư hỏng hoặc bảo

dưỡng, sửa chữa, năng lượng mất đi trong mảng là rất lớn.

Hình 2.5 Mô tả cấu trúc biến tần tập trung.

Biến tần vi mô (micro inverter): là loại biến tần được lắp trực tiếp cho từng tấm

pin, mỗi biến tần chuyển đổi năng lượng cho tấm pin mà nó được lắp

Cấu trúc này giúp ta xây dựng được dung lượng nguồn cung cấp chính xác hơncho phụ tải và tối ưu hóa điện năng toàn diện hơn Tuy nhiên, chi phí đầu tư khá cao

và ít được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lớn

Hình 2.6 Mô tả cấu trúc biến tần vi mô.

Vì quy mô dự án khá lớn và yêu cầu cho hệ thống không cao nên kiến nghị sửdụng cấu trúc biến tần tập trung (central inverter) để làm mô hình chuyển đổi điệnnăng

2.1.4 Tính toán công suất, cấu hình hệ thống và xây dựng đồ thị phụ tải:

a Tính toán công suất và xây dựng đồ thị phụ tải:

Nhánh B1:

Nhánh B1 gồm 2 cụm phụ tải chính là xưởng thân xe và văn phòng bao gồm cácphụ tải như súng hàn điểm công suất lớn, quạt, chiếu sáng, điều hòa với các thông sốtiêu thụ điện như sau:

Bảng 2.1 Thông số tiêu thụ điện của phụ tải nhánh B1.

Phụ tải Tổng công suất Thời gian sử Điện năng tiêu

- Thời gian sử dụng phụ tải súng hàn:

Do thời gian sử dụng của nhóm phụ tải hàn cho mỗi điểm hàn là quá nhỏ (0,35s),nên ta lấy công suất sử dụng trung bình trong 10 giờ

Hình 2.7 Đồ thị phụ tải cho nhánh B1.

Nhánh B2:

Nhánh B2 với phụ tải chính là 1 phần của khu vực xưởng sơn bao gồm các phụtải như hệ thống bể nhúng theo dây chuyền với nhiều động cơ bơm công suất lớn, hệthống bể sơn điện ly, tải động cơ tời và lò sấy với các thông số tiêu thụ điện như sau:

Bảng 2.2 Thông số tiêu thụ điện của phụ tải nhánh B2.

Phụ tải Tổng công suất Thời gian sử Điện năng tiêu

- Điện năng cung cấp của hệ thống điện mặt trời:

Phụ tải Thyristor của bể nhúng sơn điện ly công suất 500kW thời gian hoạt độngcho mỗi lượt là 5 phút, ta chuyển sang công suất sử dụng trung bình cho mỗi giờ (5giờ)

Hình 2.8 Đồ thị phụ tải cho nhánh B2.

Nhánh B3:

Nhánh B2 với phụ tải chính là 1 phần của khu vực xưởng sơn bao gồm các phụtải như hệ thống bể nhúng theo dây chuyền với nhiều động cơ bơm công suất lớn, hệthống bể sơn điện ly, tải động cơ tời và lò sấy với các thông số tiêu thụ điện như sau:

Bảng 2.3 Thông số tiêu thụ điện của phụ tải nhánh B2.

Phụ tải Tổng công suất Thời gian sử Điện năng tiêu thụ

Hình 2.9 Đồ thị phụ tải cho nhánh B3.

Đồ thị phụ tải toàn nhà máy:

Với tổng công suất đặt của hệ thống điện măt trời dự kiến cho toàn nhà máy là:3036,9 kWp

Hình 2.10 Đồ thị phụ tải toàn nhà máy.

b Cấu hình hệ thống:

Theo số liệu tính toán như mục 2.1.4, ta có:

- Chọn hệ số dự trữ cho hệ thống: 1,1

- Công suất phát tính toán của toàn hệ thống năng lượng mặt trời: 3340,6 KWp

- Điện năng tiêu thụ của toàn nhà máy trong 1 ngày: 18370 KWh

- Diện tích khả dụng để lắp các tấm pin (đã trừ phần diện tích của hành lang an toàn, bảo dưỡng): 18970 2

- Diện tích trung bình của tấm pin khoảng: 1,7 2

- Chọn các tấm pin có công suất đặt lớn hơn 300 Wp

- Chọn cụm inverter có tổng công suất lớn hơn 3340,6 KW

Cấu hình tấm pin:

Mô hình mạch điện tương đương của tấm pin

Hình 2.11 Mô hình mạch điện tương đương của tấm pin.

Mô hình được phát triển cho một tế bào quang điện (diode) đơn lẻ và tổng quáthóa cho toàn bộ module Một số module phức tạp hơn có thể được cấu thành từ hailoại diode khác nhau Với:

I = Iph - ID - (V + I·Rs) RshHay:

I = Iph - Io [ exp (q · (V+I·Rs) ( Ncs·Gamma·k·Tc) ) - 1 ] - (V + I·Rs) RshTrong đó:

I - Dòng điện từ module [A]

V- Điện áp đầu cực của module [V]

Iph- Dòng điện photon [A], tỉ lệ với bức xạ G, được xác định theo hàm Tc

ID - Dòng điện qua diode, được tính bởi:

Io · [exp(q · (V+I·Rs).(Ncs·Gamma·k·Tc)) -1]

Io - Dòng bão hòa ngược [A]

Rs- Điện trở nối tiếp của module [ohm]

Rsh- Điện trở Shunt [ohm].

q - Điện tích của electron = 1,602 10 −19 C

k - Hằng số Bolzmann = 1,381 10 −23 J.K.

Gamma - Hệ số lý tưởng của Diode (1 – 2)

Ncs- Số lượng tế bào quang điện

Tc- Nhiệt độ hiệu quả của tế bào quang điện [K]

Trên thị trường, ta lựa chọn 2 loại tấm pin có công suất đỉnh 310 Wp của 2 hãngJINKO SOLAR và LG ELECTRONIC có các thông số như sau:

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của 2 loại tấm pin.

Yêu cầu chung

đến sản lượng điện năng và hiệu suất chuyển đổi của tấm pin Kiến nghị chọn loại

JKM 310M-60 của hãng JINKO SOLAR với các lý do sau:

- Điện áp hở mạch Voc thấp: dễ dàng phối hợp ghép nối nối tiếp các tấm pin,đảm bảo điện áp chuỗi tấm pin đặt lên inverter phù hợp trong dải điện áp hoạt độngkhi nhiệt độ thay đổi

- Điện trở chuỗi R series thấp: giảm tổn thất công suất trên từng tấm pin

- Hiệu suất chuyển đổi quang năng H% cao

- Diện tích các tấm pin nhỏ hơn giúp tiết kiệm diện tích lắp đặt

- Giá thành rẻ hơn, giảm thời gian thu hồi vốn

Tuy nhiên, về mặt kỹ thuật, loại pin LG 310N1K-A5 của hãng LG ELECTRONIC lại có ưu điểm cao hơn, tấm pin vận hành tối ưu và ổn định hơn khiến

tuổi thọ kéo dài hơn:

- Điện trở ngắn mạch R shunt lớn

- Độ suy giảm theo nhiệt độ của điên áp hở mạch và công suất thấp

Hình 2.12 Đặc tính VA theo bức xạ mặt trời và điện áp hở mạch theo

nhiệt độ của 2 loại tấm pin

Cấu hình inverter:

Dựa trên công suất tính toán của hệ thống điện mặt trời, ta chọn công suất danhđịnh là 3400 kW, ta sử dụng 5 bộ biến tần có công suất 680 kW của hãngSCHNEIDER ELECTRIC hoặc 5 bộ biến tần có công suất 680kW của hãng GEPOWER CONVERSION với các thông số:

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của inverter.

Hình 2.13 Đồ thị thể hiện tỉ lệ công suất chuyển đổi của 2 dòng inverter.

Kiến nghị sử dụng inverter model Conext Core XC680 của hãng Schneider với

các lý do sau:

- Dải điện áp phù hợp với loại tấm pin đã chọn (điện áp tối thiểu của inverter

thấp, tránh trường hợp suy giảm điện áp của chuỗi tấm pin khi nhiệt độ ngoài trời tăng cao).

- Công suất cực đại đầu vào DC lớn, tăng tỉ lệ quá tải cho phép của inverter

- Điện áp đầu ra AC phù hợp với điện áp lưới

- Hiệu suất chuyển đổi DC-AC cao

Với hệ thống các tấm pin mặt trời và inverter theo kiểu tập trung, ta tính toán

sơ bộ theo điều kiện như sau:

- Điện áp của chuỗi tấm pin phải nằm trong giải điện áp hoạt động của inverter

- Dòng điện của chuỗi bằng dòng điện qua tấm pin

- Tổng dòng điện của các chuỗi song song phải nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện vàoinverter

Số tấm pin trong 1 chuỗi (n):

Chọn cáp điện đấu nối:

Đối với hệ thống điện mặt trời, ta sử dụng cáp điện chuyên dụng để truyền tảidòng DC của hãng CADIVI loại H1Z2Z2-K-1,5 kV với ruột dẫn đồng mềm trángthiếc, lớp cách điện và lớp vỏ XLPO theo tiêu chuẩn IEC 60332-1-2

Kết nối giữa các tấm pin và tủ điện trung gian ta chọn loại có tiết diện 1,5 2

Kết nối giữa tủ điện trung gian và tủ inverter, ta chọn loại có tiết 4x50 2

Đối với kết nối từ tủ inverter đến các tủ điện tổng của nhà máy, ta chọn cáp điện AC loại CVV-300.500 V có tiết diện 4x50 2 cũng của hãng CADIVI

Chọn thiết bị bảo vệ:

Phía DC: do đặc tính điện áp hở mạch của các tấm pin thay đổi theo nhiệt độ và

bức xạ, nên ta cần chọn thiết bị bảo vệ quá dòng, chống phân cực ngược và thiết bị cắtsét để bảo vệ cho hệ thống

- Chọn cầu chì bảo vệ: chọn cầu chì loại FMC4H Solar Fuse Connector của hãngYUEQING FEEO ELECTRIC có chức năng bảo vệ quá dòng và có tích hợp diodechống phân cực ngược cho các tấm pin

- Chọn SPD: thiết bị cắt sét cho hệ thống, chọn loại FWP của hãng YUEQING FEEO ELECTRIC là thiết bị bảo vệ hệ thống khỏi dòng sét loại 1 và 2

- Chọn MCCB: thiết bị đóng cắt, bảo vệ quá tải, ngắn mạch phía DC, ta chọn loạiFPVM – 1250, 4 cực

Phía AC: ta sử dụng thiết bị đóng cắt bảo vệ ngắn mạch, quá tải: không cần sử

dụng do trong các module của inverter đã được tích hợp sẵn các DC – Switch và AC –Circuit breaker

2.2 Sử dụng phần mềm PVSYST để mô phỏng hệ thống đánh giá tình hình thời tiết và tính toán sản lượng điện hàng năm [ ]

2.2.1 Giới thiệu phần mềm PVSYST

Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng thay thế vô cùng quan trong, cósẵn phổ biến trong tự nhiên Tuy nhiên, để thiết kế một hệ thống để tận dụng được tối

đa nguồn năng lượng đó là điều khá phức tạp và dễ xảy ra sai sót (do phải phối hợpnhiều thông số tự nhiên và kỹ thuật như bức xạ, nhiệt độ, góc nghiêng, ghép nối…),một sai số của các thông số đầu vào cũng có thể ảnh hưởng đến việc sản xuất điệnnăng của hệ thống Do đó, phần mềm PVsyst ra đời để giải quyết các vấn đề đó

Phần mềm PVsyst được 2 nhà nghiên cứu André Mermoud và Michel Villozthành lập và phát triển, dành cho việc nghiên cứu, định cỡ, mô phỏng các loại hệ thốngđiện mặt trời dựa trên việc phân tích các dữ liệu đầu vào như vị trí địa lý, thời tiết, điệnnăng tiêu thụ với thư viện đa dạng

Hình 2.15 Giao diện ban đầu của phần mềm.

Các module chính của phần mềm:

Preliminary design (thiết kế sơ bộ):khối này cho phép ta đánh giá nhanh chóng

một cách tổng quan, xác đinh các tính năng chung của một hệ thống Khối này baogồm thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới, hệ thống điện mặt trời độc lập và hệthống bơm độc lập (như hệ thống tưới nước tự động, hệ thống bơm hút chống ngập…)

Project design (thiết kế dự án): khối này giúp ta thiết kế chi tiết hệ thống một

cách kỹ lưỡng, phân tích hiệu suất bằng cách mô phỏng chi tiết hàng giờ Khối nàycũng bao gồm thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới, hệ thống điện mặt trời độc lập,

hệ thống bơm tự do và hệ thống lưới DC (áp dụng cho hệ thống điện của các mạnggiao thông công cộng)

Databases (dữ liệu khí tượng): khối này để tìm hiểu, đánh giá việc quản lý và tổ

chức dữ liệu khí tượng trong PVsyst

Tools (công cụ đánh giá): khối này giúp phân tích và so sánh dữ liệu của hệ

thống thiết kế với dữ liệu thực tế (sau khi hệ thống đã được đưa vào vận hành)

Ngoài ra, trong các module thiết kế còn có một module phụ Economic evaluation

(đánh giá về mặt kinh tế): khối này giúp ta đánh giá tính kinh tế của hệ thống như chi

phí đầu tư ban đầu và chi phí hoạt động hàng năm dựa trên các cơ sở tham số đã xácđịnh và kết quả mô phỏng Đối với hệ thống nối lưới, khối này còn giúp ước tính lợinhuận dài hạn bằng cách tính lợi tức đầu tư và thời gian hoàn vốn, sau đưa ra một báocáo tài chính chi tiết

2.2.2 Thiết lập thông số cho phần mềm PVSYST:

a Tạo cơ sở dữ liệu:

Cơ sở dữ liệu ban đầu bao gồm vị trí địa lý và đặc điểm khí tượng của khu vựccần lắp đặt hệ thống điện mặt trời, phần mềm sẽ tự kết nối internet để hiển thị bản đồtoàn thế giới

Dữ liệu khí tượng của khu vực là yếu tố đầu tiên và quan trọng phải được xét đếntrước khi thiết kế một dự án, đây là một yếu tố không ổn định, dễ thay đổi và có quyếtđịnh rất lớn đối với sản lượng điện

Vị trí địa lý:

Đầu tiên cần xác định vị trí địa lý của địa điểm cần đặt hệ thống, từ vị trí đó, phầnmềm sẽ tự phát hiện các đặc điểm, thông số của dữ liệu khí tượng Ta có thể lựa chọntrực tiếp trên bản đồ của phần mềm hoặc nhập bằng tay các dữ liệu, thông số chi tiết.PVsyst có thể khởi tạo tất cả các vị trí khu vực trên Trái Đất

Theo định vị, vị trí của khu vực lắp đặt nằm ở vĩ độ 16 09′, kinh độ 108 12′, múi giờ +7.

Hình 2.16 Thiết lập vị trí địa lý của hệ thống.

Đặc điểm khí tượng:

Khi vị trí địa lý đã được cập nhật, dữ liệu khí tượng hàng tháng sẽ được hiển thịcác giá trị:

- Tên vị trí, quốc gia, khu vực, thế giới

- Tọa độ địa lý: kinh độ, vĩ độ, độ cao và múi giờ

- Bức xạ ngang toàn cầu hàng tháng