Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.37 MB, 39 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 6, NĂM 2022
Vương Trọng Nghĩa 19142201
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 6, NĂM 2022
Vương Trọng Nghĩa 19142201
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">1.2.3. Microgird là mạng lưới điện thông minh:...7
1.3. Ưu điểm của microgrid...7
CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ...10
2.1. Thông số đồ thị cho zero – building...10
2.2. Thông số các tấm pv...11
2.3. Thông tin giá điện trong ngày...11
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ...14
3.1. Tính tốn số lượng pv và điện áp 𝑽𝒐𝒄 của pin quang điện...14
3.1.1. Tính tốn cơng suất lắp đặt của các tấm PV:...14
3.1.2. Tính tốn số lượng tấm PV trong hệ thống:...14
3.2. Khảo sát đặc tuyến i(v) và p(v) của pin quang điện khi bức xa mặt trời thay đổi. ...15
3.3. Khảo sát dịng điện nạp cho hệ thồng acquy có 12 và 15 bình 12v bằng phần mềm và bằng giải tích tốn học của hệ thống pv kết nối trực tiếp với acquy...16
3.4. Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấm pv không đồng đều và cách để lấy công suất cực đại...18
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">3.5. Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 khơng có sự linh hoạt, xác định lượng công suất theo thời gian mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia và số tiền phải chi trả trong tháng với các thông số sau:...21 3.6. Nếu microgrid này không kết nối với lưới điện quốc gia, xác định công suất hệ thống PV lắp đặt bổ sung cho hệ thống biết hiệu suất nạp/xả của acquy là 90%...24 3.7. Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ lúc này
...25 3.8. Nếu vì lý do kinh tế công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ chỉ bằng 50% tính toán tại câu 7. Khảo sát câu 5...26 3.9. Nếu chi phí PV là 6 triệu VND/kWp, chi phí bộ bi-direction là 1.5 triệu VNĐ/kW và acquy là 2 triệu VNĐ/kWh, giá mua điện theo bảng 3 và bán điện 1900VNĐ/kWh. Xác định lại câu 7 để sau 5 năm hoàn vốn đầu tư...30 3.10. Điều chỉnh tải loại 2 và tải loại 3 để cực tiểu chi phí vận hành sau khi đã đầu tư như câu 9...31
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">---Lời nói đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Trương Việt Anh. Trong quá trình học tập và nghiên cứu môn học Năng lượng tái tạo (phần điện), nhóm chúng em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ và hướng dẫn tận tình, tâm huyết của thầy. Thầy đã giúp đỡ nhóm chúng em tích lũy thêm nhiều kiến thức để có những phương hướng và phương pháp để hoàn thành được nghiên cứu. Từ những kiến thức mà thầy truyền tải, nhóm chúng em đã giải quyết được những vấn đề trong nghiên cứu về “Thiết kế một hệ thống Microgrid trong một tòa nhà”. Thông qua bài tiểu luận này, nhóm em xin trình bày những gì mà nhóm đã nghiên cứu về vấn đề trong thiết kế hệ thống Microgrid gửi đến thầy.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài cũng như những hạn chế về kiến thức, trong bài tiểu luận chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy để bài tiểu luận được hồn thiện hơn.
Lời cuối cùng, em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, thành công và hạnh phúc.
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">---Điện năng là nguồn năng lượng để vận hành các máy móc và thiết bị điện trong sản xuất và đời sống. Nhờ có nó mà đời sống của con người trở nên tiện nghi và hiện đại hơn. Đồng thời, các hoạt động sản xuất cũng được thực hiện một cách hiệu quả hơn nhờ cơng nghệ tự động hóa.
Đa phần điện năng đều được sản xuất từ những nguyên, nhiên liệu trong tự nhiên như: Nước, khí đốt, than đá, dầu… Khi tiêu thụ ít năng lượng, thì việc đốt nhiên liệu hóa thạch khi sản xuất điện cũng giảm. Mặt khác, tiết kiệm điện cịn hạn chế biến đổi khí hậu, giảm thiểu hiện tượng nhà kính. Nhờ đó, mơi trường sống được cải thiện và sức khỏe con người cũng được đảm bảo hơn.
Điện năng là một loại năng lượng phổ biến do nó có thể truyền đi xa với hiệu xuất cao với chi phí hợp lí. Chính vì ưu điểm với so với các loại năng lượng khác, điện năng đóng vai trò quan trong trong đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Bất kì một nền kinh tế nào muốn phát triển phải đi đôi với phát triển hệ thống điện an toàn bền vững.
Ngày nay với việc phát triển cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc sử dụng tràn lan cái loại năng lượng hóa thạch gây nên ơ nhiễm mơi trường và khí thải nhà kính. Chính vì vậy việc phát triển các giải pháp tiết kiệm điện năng, tìm nguồn năng lượng mới hay tạo ra điện năng an toàn với chi phí hợp lí đang rất được chú trọng.
Một trong những giải pháp tiết kiệm nguồn điện quốc gia mà vẫn đam bảo cung cấp điện đang được thế giới hướng tới là hệ thống mirco-grid trong tòa nhà. Micro-grid được hiểu là một hệ thống điện siêu nhỏ tích hợp các nguồn năng lượng phân tán (DER- Distributed energy resources), các phụ tải và hệ thống đếm mà vẫn hoạt động bình thường như một hệ thống độc lập, tách biệt với hệ thống điện quốc gia… giúp tiết kiệm điện lưới quốc gia, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và mang lại tính kinh tế cao hơn so với bình thường.
Sử dụng điện quá tải cũng sẽ làm ảnh hưởng tới hệ thống lưới điện quốc gia, làm giảm tuổi thọ của chúng. Vì vậy, tiết kiệm điện năng sẽ hạn chế được các sự cố
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">quá tải
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">và đảm bảo mạng lưới điện vận hành tốt. Nhờ đó mà con người có đủ điện năng để sử dụng.
Chính vì vậy nhóm em quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống mirco-grid cho tòa nhà sử dụng nguồn năng lượng tái tạo là pin mặt trời và turbin gió” và sao đây là q trình tính tốn, thiết kế.
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><b>---1.1. Hệ thống microgrid là gì.</b>
Microgird cịn gọi là lưới điện vi mơ. Nó là một hệ thống năng lượng điện có thể tự cung tự cấp, quy mô phục vụ cho một khu vực địa lý cụ thể như trong một trường đại học, bệnh viện, trung tâm thương mại hoặc khu đô thị.
Lưới điện vi mơ cũng bao gồm đầy đủ các thành phần chính của mạng lưới điện như nguồn năng lượng sơ cấp để phát điện, máy phát điện, máy biến áp (nếu có), lưới điện phân phối, người tiêu dùng (là các trường học, bệnh viện, khu đô thị…). Nguồn năng lượng sơ cấp của microgrid chủ yếu là các dạng năng lượng tái tạo như NLMT, tuabin gió. Vì chủ yếu sử dụng năng lượng tái tạo nên microgrid hiện đại cịn có thêm hệ thống lưu trữ năng lượng.
Microgrid vẫn liên kết với mạng lưới điện vĩ mơ – ví dụ mạng lưới của EVN Việt Nam, nhưng nó có khả năng tự cung tự cấp điện mà không phụ thuộc vào mạng lưới điện, nhất là khi mạng lưới vĩ mô gặp sự cố.
Sự khác biệt lớn nhất giữa mạng lưới vi mô và mạng lưới vĩ mô là phạm vi/ quy mô.
<b>1.2. Đặc điểm của lưới điện vi mô (microgrid).1.2.1. Microgird là cục bộ:</b>
Đặc điểm đầu tiên, lưới điện vi mô là một hệ thống mạng lưới cục bộ, nghĩa là nó tạo ra năng lượng cho một nhóm khách hàng cụ thể và thường là theo khu vực địa lý. Đây là điểm phân biệt của lưới điện vi mô với mạng lưới điện (vĩ mơ). Một microgrid có thể cung cấp điện cho khoảng chục ngàn người, nhưng mạng lưới vĩ mô cung cấp điện cho hàng triệu người.
<b>1.2.2. Microgird có khả năng độc lập:</b>
Microgrid có thể vẫn kết nối với mạng lưới vĩ mơ hoặc khơng. Điểm chính ở đây là microgrid hồn tồn có khả năng tự cung tự cấp điện mà không bị phụ thuộc vào mạng lưới vĩ mô. Như vậy nghĩa là lưới điện vi mơ có khả năng độc lập với mạng lưới điện vĩ mô.
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><b>1.2.3. Microgird là mạng lưới điện thông minh:</b>
Mạng lưới điện vi mơ hiện đại có xu hướng là một hệ thống điện lưới thông minh (Smart Grid). Hệ thống thông minh ở đây nghĩa là nó được vận hành gần như tự động, bao gồm hệ thống AI quản lý trung tâm, quản lý máy phát điện tự động, hệ thống quản lý pin tự động, hệ thống quản lý đường dây phân phối, hệ thống quản lý giám sát tiêu thụ của khách hàng…
Hệ thống được gọi là thông minh cũng bao gồm việc cung cấp mức giá thấp cho khách hàng, năng lượng sạch, độ tin cậy điện cao, khả năng xử lý sự cố thông minh/ tự động…
Chỉ riêng hệ thống lưu trữ năng lượng để tự cung tự cấp trong những tình huống mạng lưới vĩ mơ bị gián đoạn cũng là sự khác biệt lớn giữa mạng lưới truyền thống (không thông minh) với mạng lưới thông minh, cho tới lúc này.
Ví dụ về hệ thống giám sát giá điện thông minh của Microgrid: Một trung tâm điều khiển có thể theo dõi những thay đổi về giá điện. Ví dụ nếu giá điện mua từ mạng lưới vĩ mơ khơng thay đổi, khách hàng có thể mua điện trực tiếp từ mạng lưới vĩ mô. Vào lúc nào đó giá điện của lưới vĩ mơ thơng báo tăng lên, microgrid sẽ cung cấp điện cho khách hàng từ hệ thống PIN lưu trữ điện mà nó được sạc trong ngày…
<b>1.3. Ưu điểm của microgrid.</b>
Cơ quan nghiên cứu GTM đếm được trên tồn nước Mỹ có "1.900 lưới điện microgrid cả cơ bản và tiến tiến, cả đang hoạt động và đang trong giai đoạn lên kế hoạch", họ dự đốn rằng mảng này sẽ cịn phát triển lớn mạnh nữa trong những năm sắp tới. Sự phát triển mạnh mẽ của Microgrid là do những ưu điểm vượt trội sau:
- Cung cấp năng lượng sạch hiệu quả, chi phí thấp.
- Nâng cao khả năng vận hành và ổn định của lưới điện khu vực. - Cơ sở hạ tầng quan trọng giúp tăng độ tin cậy và khả năng phục hồi. - Giảm tải cho lưới điện vĩ mô.
- Kích hoạt CHP hiệu quả cao, giảm sử dụng nhiên liệu, thất thốt đường dây và lượng khí thải carbon.
- Tích hợp CHP, năng lượng tái tạo, lưu trữ nhiệt và điện, cũng như các hệ thống điều khiển tòa nhà và hệ thống tiên tiến.
- Làm cho thị trường RTO cạnh tranh hơn.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">- Sử dụng các nguồn năng lượng mang tính tự phát ở địa phương và tạo việc làm…
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><b>---2.1. Thơng số đồ thị cho zero – building</b>
- Tải loại 1, chạy vào những giờ cố định.
- Tải loại 2, phải chạy trong ngày nhưng được phép di dời nhanh hơn hay chậm hơn 2 giờ theo đồ thị phụ tải.
- Tải loại 3, chỉ cần chạy trong ngày có khả năng thay đổi cơng suất năng năng lượng phải đảm bảo.
- Tịa nhà có 2 hệ thống năng lượng tái tạo là: + Hệ thống Pin quang điện.
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">Các tấm pin mặt trời hay “tấm PV” được sử dụng để chuyển đổi ánh sáng từ mặt trời. Chúng bao gồm các hạt năng lượng photon chuyển thành điện năng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các tải điện.
Các tấm pin mặt trời có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Bao gồm hệ thống điện từ xa cho cabin, thiết bị viễn thơng…Tất nhiên cịn dùng để sản xuất điện từ các hệ thống điện mặt trời dân dụng và thương mại.
Bảng 2. 2: Thông tin các tấm PV
Điện áp tại điểm công suất đỉnh (Vmp - V) 38,71 30 37,7 40,5 Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp - A) 5,17 10 8,9 11,12
<b>2.3. Thông tin giá điện trong ngày.</b>
Giá mua điện trong ngày khơng được tình bằng nhau mà được chia theo các khung giờ. Nguyên nhân chính do tần suất sử dụng điện trong các khung giờ là khác nhau nên lượng điện cần sinh ra và truyền tải đi khác nhau dẫn đến chi phí khác nhau.
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">Bảng 2. 3: Bảng giá mua điện trong ngày Thời gian Giá (VND/kWh)
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><small>𝑑 </small>
<b>3.1.1. Tính tốn cơng suất lắp đặt của các tấm PV:</b>
𝑃 = <sup>𝑃</sup><small>𝑚𝑎𝑥 </small>= <small>162</small> = 180 𝐾𝑤
Trong đó:
<small>đặ𝑡</small> <sub>ɳ</sub> <sub>0,9</sub>
- 𝑃<small>đặ𝑡</small>là tổng công suất các tấm PV
- 𝑃<small>𝑚𝑎𝑥 </small>là công suất lớn nhất dự kiến tại bức xạ 1000W/𝑚<small>2</small>(xem bảng thông số) - ɳ là hiệu suất tổng thể của bộ chuyển đổi, khoảng 90% - 93%
<b>3.1.2. Tính tốn số lượng tấm PV trong hệ thống:</b>
- 𝑉<small>∗</small> là điện áp đặt lên 1 chuỗi tấm PV. - 𝑉<small>𝑐𝑎𝑐ℎ𝑑𝑖𝑒𝑛</small> là điện áp cách điện giữa các tấm PV.
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">V<small>pin1cell </small>=
<small>14</small>× 37 = 475,7 𝑉
Mơ hình bố trí các tấm pin năng lượng mặt trời:
Để thuận tiện cho việc lắp đặt đồng đều, ta chọn số lượng tấm pin là 532 tấm. Chia làm 38 chuỗi, mỗi chuỗi 14 tấm xếp làm 2 hàng.
<b>3.2. Khảo sát đặc tuyến i(v) và p(v) của pin quang điện khi bức xa mặt trời thayđổi.</b>
* V = số pin mắc nối tiếp*𝑉<small>1 𝑡ấ𝑚</small>, với số pin mắc nối tiếp là 7 * I = số nhánh mắc song song*𝐼 , với số nhánh mắc song song là 74
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">Đặc tuyến I(V) của pin quang điện
Đặc tuyến P(V) của pin quang điện
<b>3.3. Khảo sát dòng điện nạp cho hệ thồng acquy có 12 và 15 bình 12v bằng phần mềm và bằng giải tích tốn học của hệ thống pv kết nối trực tiếp với acquy.</b>
Mô phỏng bằng phần mềm Psim:
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">Chọn 1 acquy 12V, điện trở nội là 0,01 Ohm.
Với 7 bình acquy 12V có: U<small>acquy </small>= 7 × 12 = 84, R = 7 × 0,01 = 0,07Ω Ta có:
U<sub>acquy </sub>− U<sub>PV</sub> I =
Trong đó: I: Dịng điện nạp cho hệ thống acquy (A) U<small>acquy</small>: Điện áp bình acquy (V)
U<small>PV</small>: Điện áp pin MT (V) R: Nội trở acquy (Ω)
Tính tương tự với 12 và 15 bình acquy, ta có kết quả ở hình sau:
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24"><b>3.4. Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấmpv không đồng đều và cách để lấy cơng suất cực đại.</b>
Với mơ hình bố trí pin mặt trời ở trên, ta có 7 pin nối tiếp trong 1 chuỗi.
{<sup>𝑉</sup><small>𝑅 </small>= 𝑈<small>𝑃𝑉1</small>+. . . +𝑈<small>𝑃𝑉𝑛</small>
𝐼<small>𝑅 </small>= 𝐼<small>𝑃𝑉1 </small>=. . . = 𝐼<small>𝑃𝑉𝑛</small>
Vì mắc nối tiếp nên khi gặp hiện tượng bóng che thì dịng điện của tấm PV giảm xuống,
Vì thế ta mắc song song nhiều chuỗi với nhau để điện áp làm việc gần như cố định. Khi dịng thay đổi, với cách mắc song song thì dòng điện bằng tất cả các dòng điện của các chuỗi cộng lại với nhau ⇒ Công suất của tấm PV luôn ổn định.
Khi mắc song song các tấm pin mặt trời, dòng ngắn mạch của hệ thống sẽ bằng tổng dòng ngắn mạch của tất cả tấm pin mặt trời trong hệ thống, áp hở mạch của hệ thống bằng áp hở mạch của một tấm pin.
Mô phỏng các tấm pin song song bằng psim.
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">Đặc tuyến I(V) của pin quang điện
Đặc tuyến P(V) của pin quang điện
Với mơ hình mắc nối tiếp ta có:
{<sup>𝑉</sup><small>𝑅 </small>= 𝑈<small>𝑃𝑉1</small>+. . . +𝑈<small>𝑃𝑉𝑛</small>
𝐼<small>𝑅 </small>= 𝐼<small>𝑃𝑉1 </small>=. . . = 𝐼<small>𝑃𝑉𝑛</small>
Hình mơ phỏng Psim:
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">Đặc tuyến P(V) của mạch mắc nối tiếp
Đặc tuyến P(V) của pin quang điện
<b>3.5. Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 khơng có sự linh hoạt, xác định lượng cơngsuất theo thời gian mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia và số tiền phải chi trả trong tháng với các thông số sau:</b>
- Bức xạ mặt trời và gió thay đổi theo đồ thị 1, 2, 3
- Hiệu suất bộ MPPT gió và mặt trời là 92%, hiệu suất bộ bi-direction là 95% Phân bố công suất cho đồ thị 3-4 ở các thời điểm
Do tải loại 3, chỉ cần chạy trong ngày có khả năng thay đổi công suất năng năng lượng phải đảm bảo
P<small>T1</small>(t): Phụ tải không linh hoạt
P<small>T2</small>(t): Phụ tải điều khiển được (câu 5: khơng có loại này) P<small>PV</small>(t): NL Mặt trời
P (t): Năng lượng gió
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">P(t) = P<small>Lưu trữ năng lượng </small>+ P <small>Kết nối Cty ĐL</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">Và số tiền chi trả được tính thời gian theo bảng Thời gian Giá
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30"><b>3.6. Nếu microgrid này không kết nối với lưới điện quốc gia, xác định công suất hệ thống PV lắp đặt bổ sung cho hệ thống biết hiệu suất nạp/xả của acquy là </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31"><b>3.7. Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">Công suất bộ bidirection P = max P(t) trong ngày<small>b </small>
<b>3.8. Nếu vì lý do kinh tế công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cầnlưu trữ chỉ bằng 50% tính tốn tại câu 7. Khảo sát câu 5</b>
Phân bố công suất cho đồ thị 3-4 ở các thời điểm
Do tải loại 3, chỉ cần chạy trong ngày có khả năng thay đổi cơng suất năng năng lượng phải đảm bảo
P = <sup>𝐴</sup><small> 𝑝𝑣 </small>
<small>24</small> = <sub>24×0,5</sub><sup>8586</sup> <sup>= 715,5 𝐾𝑤</sup>
Lượng cơng suất mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia là P(t) = P(t) = P (t) + P (t) - P (t) - P (t)
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">Trong đó:
P<small>T1</small>(t): Phụ tải khơng linh hoạt
P<small>T2</small>(t): Phụ tải điều khiển được (câu 5: khơng có loại này) P<small>PV</small>(t): NL Mặt trời
P<small>gió</small>(t): Năng lượng gió
P(t) = P<small>Lưu trữ năng lượng </small>+ P <small>Kết nối Cty ĐL</small>
</div>