đánh giá tính khả thi của hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cho nhà máy điện mặt trời hacom solar

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.59 MB, 87 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

SVTH: LÊ THÁI HOÀNG

NGUYỄN HỮU HOÀNG NGUYỄN THÀNH VINH

S K L 0 1 2 4 3 6

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPNGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2024

ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI CỦA HỆ THỐNG ẮC QUY LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG CHO NHÀ MÁY

ĐIỆN MẶT TRỜI HACOM SOLAR

SVTH: LÊ THÁI HOÀNG MSSV: 20154041

SVTH: NGUYỄN HỮU HOÀNG MSSV: 20154042

SVTH: NGUYỄN THÀNH VINH MSSV: 20154073

GVHD: TS. HUỲNH THỊ MINH THƯ

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng em xin bày tỏ sự biết ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, khoa Cơ khí động lực đã mở chương trình đào tạo ngành học “Năng lượng tái tạo” để chúng em có thể tiếp cận được kiến thức và giữ được niềm đam mê đối với ngành học. Bên cạnh đó, chúng em xin cảm ơn các thầy cơ trong khoa Cơ khí động lực đã truyền đạt, giảng dạy các kiến thức trọng điểm trong q trình chúng em cịn ngồi trên ghế nhà trường.

Bài luận văn này được hoàn thiện đúng tiến độ là nhờ sự nỗ lực tìm tịi, nghiên cứu và tiếp thu kiến thức của cả nhóm. Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn

cô TS. Huỳnh Thị Minh Thư – là giảng viên hướng dẫn trực tiếp và đã giúp đỡ

chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này. Song, do kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên luận văn này vẫn còn nhiều sai sót, rất mong nhận được sự đánh giá và chỉ điểm của các quý thầy cô để chúng em được hồn thiện hơn trong q trình làm việc thực tế sau này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm SV thực hiện Lê Thái Hồng Nguyễn Hữu Hồng Nguyễn Thành Vinh

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

2.2. Các loại hệ thống điện mặt trời ... 10

2.2.1. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới ... 10

2.2.2. Hệ thống điện mặt trời độc lập ... 11

2.2.3. Hệ thống điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ ... 12

2.3. Nhà máy điện mặt trời ... 13

2.3.1. So sánh nhà máy điện mặt trời và hệ thống điện mặt trời áp mái ... 13

2.3.2. So sánh nhà máy điện mặt trời ở Việt Nam và trên thế giới ... 15

2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng của nhà máy điện mặt trời ... 17

2.4. Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng ... 19

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

2.5.1. Phần mềm PVsyst ... 27

2.5.2. Phần mềm AutoCAD... 28

2.5.3. Phần mềm SketchUp ... 28

2.6. Các chỉ số kinh tế ... 29

2.6.1. Giá trị hiện tại rịng (NPV) ... 29

2.6.2. Tỷ suất hồn vốn nội bộ (IRR) ... 30

2.6.3. Thời gian hoàn vốn (Payback Period) ... 30

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VỀ MẶT KỸ THUẬT VÀ TÍNH CHỌN HỆ THỐNG ẮC QUY LƯU TRỮ ... 31

3.1. Giới thiệu khu vực xây dựng dự án ... 31

3.2. Nguyên lý hoạt động của nhà máy ... 33

3.3. Tính chọn BESS ... 34

3.3.1. Lựa chọn hệ thống ắc quy lưu trữ ... 34

3.3.2. Mô phỏng sản lượng NMĐMT Hacom Solar bằng phần mềm PVsyst ... 35

3.3.3. Phương án đấu nối BESS ... 40

3.4. Thiết kế lắp đặt hệ thống BESS ... 42

3.4.1. Bố trí hệ thống BESS ... 42

3.4.2. Tính tốn chọn dây AC cho BESS ... 44

3.4.3. Tính tốn chọn thiết bị bảo vệ ... 45

3.5. Mơ phỏng BESS trên SketchUp ... 48

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ THI VỀ MẶT KINH TẾ ... 49

4.1. Các loại chi phí của dự án ... 49

4.2. Phân tích kinh tế ... 50

4.2.1. Tính tốn doanh thu và lợi nhuận ... 50

4.2.2. Xét tính khả thi của dự án ... 51

4.3. Nhận xét và giả thuyết ... 52

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cơng suất lắp đặt điện mặt trời ở Trung Quốc (2011 – 2020) ... 1

Hình 1.2: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah – 392 MWp ... 2

Hình 1.3: Nhà máy điện mặt trời Topaz – 550 MWp ... 2

Hình 1.4: Sản lượng nhiệt điện than và điện mặt trời của các quốc gia châu Âu giai đoạn 2015-2022 ... 3

Hình 1.5: Dự đốn sản lượng lắp đặt BESS (2020 – 2030) ... 4

Hình 1.6: Dự đốn cơng suất lắp đặt BESS (2020 – 2030) ... 5

Hình 1.7: Trung tâm lưu trữ BESS của CPUC – SCE Creck Ventura 200MW tại trạm biến áp Hinson, Los Angeles, USA ... 5

Hình 1.8: Dự án BESS cơng suất 98MW/196MWh ở thành phố Hull, Anh ... 6

Hình 1.9: Dự án BESS 250MW/500MWh ở bang Rajasthan, Ấn Độ ... 6

Hình 2.1 Hệ thống điện mặt trời hịa lưới ... 11

Hình 2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập ... 12

Hình 2.3: Hệ thống điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ ... 13

Hình 2.4: Quá trình hình thành BESS ... 20

Hình 2.5: PCS của hãng ALPHA ESS: Storion 250/500 ... 22

Hình 2.6: Hệ thống HVAC của BESS ... 23

Hình 2.7: Hệ thống chữa cháy của BESS ... 24

Hình 2.8: Phương thức ghép nối DC – Coupled ... 25

Hình 2.9: Phương thức ghép nối AC – Coupled ... 26

Hình 2.10: Phần mềm PVsyst... 28

Hình 2.11: Phần mềm AutoCAD ... 28

Hình 2.12: Phần mềm SketchUp ... 29

Hình 3.1: Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar ... 31

Hình 3.2: Tấm quang năng Sharp 345Wp ... 32

Hình 3.3: Inverter TMEIC 2,550W ... 33

Hình 3.4: Sơ đồ đơn tuyến nhà máy Hacom Solar ... 34

Hình 3.6: Hướng và độ nghiêng của tấm quang năng ... 36

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Hình 3.12: Sản lượng tiêu biểu của nhà máy Hacom Solar từ PVsyst ... 40

Hình 3.13: Sơ đồ phương án lắp đặt hệ thống BESS ... 41

Hình 3.14: Sơ đồ mặt bằng trước khi đấu nối hệ thống BESS vào Inverter ... 43

Hình 3.15: Sơ đồ mặt bằng sau khi đấu nối hệ thống BESS vào Inverter ... 44

Hình 3.16: Thơng số nhập vào web jcalc để chọn dây dẫn phía AC cho BESS .. 44

Hình 3.17: Kết quả tính tốn từ Web Jcalc ... 45

Hình 3.18: Sơ đồ đơn tuyến của trạm Inverter khi lắp BESS ... 47

Hình 3.19: Mơ phỏng mặt bằng sau khi lắp BESS với phần mềm SketchUp ... 48

Hình 3.20: Kết quả mô phỏng BESS với phần mềm SketchUp ... 48

Hình 4.1: Đồ thị giá trị hiện tại rịng trường hợp bị cắt giảm 10 % sản lượng .. 51

Hình 4.2: Đồ thị giá trị hiện tại ròng thể hiện cho giả thuyết 1 ... 53

Hình 4.3: Đồ thị giá trị hiện tại ròng thể hiện cho giả thuyết 2 ... 54

Hình 4.4: Đồ thị giá trị hiện tại rịng thể hiện cho giả thuyết 3 ... 55

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: So sánh các đặc điểm của Solar farm và Rooftop solar ... 13Bảng 2.2: Bảng so sánh ưu và nhược điểm của hai phương thức ghép nối ... 26Bảng 3.1: Bảng so sánh ưu và nhược điểm của các phương án lắp đặt BESS .... 41Bảng 3.2: Bảng xét độ tương thích giữa Inverter tại Hacom Solar và BESS ... 43Bảng 4.1: Bảng tổng chi phí đầu tư dự án ... 49

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

DMT: Điện mặt trời

PV: Photovoltaic – Tấm quang năng Voc: Điện áp hở mạch

Isc: Dòng điện ngắn mạch NPV: Giá trị hiện tại ròng IRR: Tỷ suất hoàn vốn nội bộ

HVAC: Hệ thống làm mát, sưởi ấm, thơng gió và điều hịa khơng khí BMS: Battery Management System – Hệ thống quản lý ắc quy

EMS: Energy Management System – Hệ thống quản lý năng lượng PCS: Power Conversion System – Hệ thống chuyển đổi năng lượng DOD: Depth of Discharge – Độ xả sâu của ắc quy lưu trữ

SOC: State of Charge – Trạng thái sạc của ắc quy lưu trữ SOH: State of Health – Trạng thái sức khỏe của ắc quy lưu trữ ESS: Energy Storage System – Hệ thống lưu trữ năng lượng

MW: Megawatt – Đơn vị đo công suất, tương đương 1 000 000 watt

MWh: Megawatt-hour – Đơn vị đo năng lượng, tương đương với công suất 1 megawatt hoạt động trong 1 giờ

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tình hình phát triển điện mặt trời

1.1.1. Trên thế giới

Trên thế giới hiện nay, Trung Quốc đang là quốc gia đi đầu về ngành công nghiệp điện mặt trời với tổng công suất lắp đặt là 253 GW kết nối với lưới điện quốc gia, 70 % trong số đó đến từ các nhà máy điện mặt trời, 30 % cơng suất cịn lại là từ điện mặt trời áp mái (giai đoạn 2011 – 2020), (hình 1.1). Hai năm 2017 và 2020 là năm thành công nhất trong ngành công nghiệp điện mặt trời của quốc gia này, khi lần lượt đạt 53 GW và 48.2 GW công suất phát. Điều này cho thấy mối quan tâm mạnh mẽ của Trung Quốc về sự phát triển bền vững của nguồn năng lượng tái tạo [1].

Hình 1.1: Cơng suất lắp đặt điện mặt trời ở Trung Quốc (2011 – 2020) (Nguồn: IHS Market [1])

Ngoài ra, Mỹ cũng là một quốc gia quan tâm đến năng lượng mặt trời từ rất sớm. Năm 1982, cường quốc này xây dựng nhà máy điện mặt trời công suất 1MWp đầu tiên trên thế giới ở California. Giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2014, hai nhà

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

đặt là 392 MWp, có tổng đầu tư 2.2 tỷ USD, (hình 1.2) và nhà máy điện mặt trời Topaz có cơng suất 550 MWp, với tổng vốn đầu tư 2.5 tỷ USD ở sa mạc Mojave bang California (hình 1.3) đã cung cấp điện năng cho hơn 140,000 hộ gia đình [2].

Hình 1.2: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah – 392 MWp (Nguồn: Ashui [2])

Hình 1.3: Nhà máy điện mặt trời Topaz – 550 MWp (Nguồn: Engadget [2])

Bên cạnh đó, tháng 5 năm 2023 đánh dấu một cột mốc lớn cho ngành năng lượng ở các quốc gia châu Âu, khi lần đầu tiên sản lượng điện mặt trời tạo ra vượt

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

khi đó, sản lượng điện mặt trời tồn khối đạt đến 27.9 TWh, (hình 1.4). Hà Lan là quốc gia châu Âu có sự phát triển rõ rệt về nguồn năng lượng mặt trời với hơn 100 MW công suất phát điện mặt trời cho mỗi 100,000 cư dân [3].

Hình 1.4: Sản lượng nhiệt điện than và điện mặt trời của các quốc gia châu Âu giai đoạn 2015-2022

(Nguồn: Ember [3])

1.1.2. Ở Việt Nam

Với vị trí nằm ở khu vực cận xích đạo, Việt Nam có tiềm năng rất lớn để phát triển nguồn năng lượng mặt trời. Tính đến cuối năm 2014 đầu năm 2015, nước ta đã có 4.5 MWp công suất điện mặt trời lắp đặt và gần 900 kW được đấu nối vào lưới điện. Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời nước ta là khoảng 5 GW, sự phát triển mạnh mẽ này là do cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời theo Quyết định số 11/2017/QĐ – TTg ngày 11/4/2017. Đến năm 2020 đã có 9 GW cơng suất điện mặt trời được đưa vào vận hành trong đó hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận chiếm 3.5 GW. Theo dự thảo quy hoạch điện VIII, công suất lắp đặt điện mặt trời dự kiến sẽ tăng từ 17 GWp (2020 – 2025) lên khoảng 20 GWp (năm 2030) [4].

1.2. Thực trạng phát triển hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng

Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng (BESS – Battery Energy Storage System)

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

tạo như gió và mặt trời mang lại rất nhiều ưu điểm cho các quốc gia sử dụng, nhưng sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn năng lượng xanh này dẫn đến tình trạng quá tải cho lưới điện. Đối với năng lượng mặt trời, thời điểm trời có nhiều nắng là vào ban ngày, trong khi nhu cầu sử dụng chủ yếu của người dân lại vào buổi tối. Tương tự, các nhà máy điện gió cũng thường khơng tạo ra sản lượng điện ổn định do phụ thuộc vào điều kiện gió. Do đó, để sự chuyển dịch trên tồn thế giới về phát triển các nguồn năng lượng xanh hiệu quả, hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng sẽ đóng một vai trị rất quan trọng giải quyết các vấn đề của năng lượng tái tạo, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện từ nguồn năng lượng tái tạo trong tương lai. Sản lượng lắp đặt BESS trên toàn cầu năm nay dự đoán là 96 GWh và đến năm 2030 sẽ là 421 GWh (hình 1.5). Sự tăng trưởng mạnh mẽ này là do các chính sách khuyến khích của chính phủ ở Bắc Mỹ và Châu Âu, giá thành đầu tư cho hệ thống ắc quy lưu trữ sẽ có xu hướng giảm, cùng với đó là sự mở rộng, phát triển các nguồn năng lượng tái tạo ở Trung Quốc. Đến năm 2030, công suất lắp đặt BESS trên toàn cầu theo dự đoán sẽ đạt 110 GW, 58 % trong số đó đến từ Châu Á, 18 % từ Bắc Mỹ, 16 % từ các quốc gia Châu Âu và 8 % từ các quốc gia còn lại trên thế giới (hình 1.6) [5].

Hình 1.5: Dự đốn sản lượng lắp đặt BESS (2020 – 2030) (Nguồn: Rystad Energy’s Battery Solution [5])

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hình 1.6: Dự đốn công suất lắp đặt BESS (2020 – 2030) (Nguồn: Rystad Energy’s Battery Solution [5])

Một số dự án công nghệ ắc quy lưu trữ năng lượng trên thế giới

Hình 1.7: Trung tâm lưu trữ BESS của CPUC – SCE Creck Ventura 200MW tại trạm biến áp Hinson, Los Angeles, USA

(Nguồn: Ntech [6])

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Hình 1.8: Dự án BESS công suất 98MW/196MWh ở thành phố Hull, Anh (Nguồn: Harmony Energy [7])

Hình 1.9: Dự án BESS 250MW/500MWh ở bang Rajasthan, Ấn Độ (Nguồn: PMI [8])

Với mục tiêu đạt được net – zero “phát thải ròng bằng 0” vào năm 2050, Việt Nam đang và sẽ phát triển nguồn năng lượng tái tạo một cách nhanh chóng. Tỷ trọng sử dụng năng lượng tái tạo vào năm 2045 sẽ đạt 25 - 30 % theo Nghị quyết 55/NQ – TW, và để bắt kịp sự phát triển này cũng như giúp đảm bảo tính ổn định cho hệ thống điện, các hệ thống BESS phải được nghiên cứu, sử dụng và phát triển một cách mạnh mẽ trong tương lai. Ngoài ra, ứng dụng hệ thống BESS giúp tăng

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

an ninh năng lượng, giảm tỷ trọng nhập khẩu điện từ nước ngoài cũng như giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch [6].

1.3. Lý do chọn đề tài

Ngày nay, việc phát triển năng lượng mặt trời đang và sẽ là mục tiêu của tất cả các quốc gia trên thế giới, nhằm góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu, giảm ô nhiễm môi trường và dần tránh sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, sự phát triển một cách ồ ạt này cũng dẫn theo nhiều tác động tiêu cực đối với mạng lưới truyền tải điện quốc gia. Thực trạng thiếu điện ở miền Bắc Việt Nam ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân, một số nhà máy điện mặt trời hiện nay lại đang gặp phải tình trạng bị cắt giảm công suất phát lên lưới, không những khiến cho bài tốn thiếu điện chưa được giải quyết, mà cịn gây ra sự lãng phí nguồn năng lượng vơ hạn này.

Công nghệ lưu trữ năng lượng đang dần trở thành một xu hướng trên thế giới, cho phép giảm phát thải và tạo hệ thống điện sạch hơn để ứng phó với biến đổi khí hậu. Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng là một trong những công nghệ lưu trữ được ưu tiên hàng đầu hiện nay, công nghệ này giúp lưu trữ điện năng trong một khoảng thời gian dài, cũng như tính linh hoạt cao khi có thể kết hợp với nhiều nguồn phát điện khác nhau như điện lưới hay năng lượng tái tạo để lưu trữ. Với tính chất khơng liên tục của các nguồn năng lượng xanh, hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng sẽ là giải pháp được sử dụng để tối ưu sản lượng điện tạo ra từ các trang trại mặt trời. Ngoài ra, giúp cải thiện độ ổn định cho hệ thống điện, gia tăng độ an toàn quản lý mạng lưới khi tỷ trọng các nguồn năng lượng xanh đang tăng cao.

1.4. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là: xét tính khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật của hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar – Tỉnh Ninh Thuận.

- Tính tốn cơng suất lắp đặt và chọn hệ thống ắc quy lưu trữ phù hợp cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

- Thiết kế các phương án đấu nối BESS vào nhà máy điện mặt trời Hacom Solar hiện hữu.

- Phân tích tính khả thi của dự án về kinh tế.

- Đưa ra nguyên nhân và giải pháp khắc phục nếu dự án không khả thi.

1.5. Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu và phân tích sự phát triển của năng lượng tái tạo trên thế giới và Việt Nam.

- Giới thiệu hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cùng nguyên lý hoạt động, quy mô sử dụng, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng thực tế của hệ thống này. Ngồi ra, phân tích tính kỹ thuật và kinh tế khi kết hợp với nhà máy điện mặt trời. - Mô phỏng hệ thống điện mặt trời và BESS bằng phần mềm PVsyst và

SketchUp

- Ngoài ra, phần mềm AutoCAD dùng để đưa ra các bản vẽ về tổng mặt bằng của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar trước và sau khi lắp đặt hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng, thiết kế sơ đồ nguyên lý cho BESS vào sơ đồ hoạt động của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar.

1.6. Giới hạn đề tài

Do các giới hạn về bảo mật hồ sơ thiết kế dự án Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar, đề tài không đi sâu vào việc thiết kế chi tiết – thi công hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng. Ngồi ra, về tính khả thi kinh tế, tính tốn dựa trên một số giả định

vì chưa có số liệu cụ thể.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời sử dụng tấm quang năng để hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi nó thành điện năng. Công nghệ điện mặt trời đã phát triển rất nhanh trong những năm gần đây và trở thành một phương pháp phổ biến để tạo điện. Các hệ thống điện mặt trời có thể được lắp đặt trên mái nhà, trên mặt đất, trên mặt nước hoặc trên các cấu trúc khác.

Công suất của một hệ thống điện mặt trời phụ thuộc vào diện tích của các tấm quang năng, hiệu suất chuyển đổi năng lượng và bức xạ mặt trời. Các hệ thống lớn có thể sản xuất đủ điện để cung cấp cho một tòa nhà, một khu dân cư, hoặc thậm chí một thành phố nhỏ. Ngồi ra, hệ thống điện mặt trời cũng có thể kết hợp với lưới điện công cộng, để cung cấp năng lượng khi khơng có ánh sáng mặt trời. Các thành phần của hệ thống điện năng lượng mặt trời gồm:

- Tấm quang năng - Bộ Inverter

- Tủ phân phối và bảo vệ DC/AC (tủ điện, các thiết bị bảo vệ dòng, áp, pha, chống sét…)

- Dây cáp DC/AC, dây MC4

- Hệ thống đo đếm điện năng và giám sát từ xa (Data logger)

- Hệ thống ắc quy lưu trữ (trong hệ thống điện độc lập hoặc hịa lưới có dự trữ) - Đối với các hệ thống điện mặt trời có quy mơ lớn thường được tích hợp hệ

thống chữa cháy, trạm biến áp, …

Một số lợi ích của điện mặt trời

- Năng lượng tái tạo: năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo khơng gây ra khí thải hoặc ô nhiễm môi trường.

- Giảm chi phí điện năng.

- Dễ dàng bảo trì: hệ thống điện mặt trời ít phải bảo trì, vịng đời sử dụng dài từ 25 đến 30 năm.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

- Độc lập năng lượng: sử dụng điện mặt trời giúp giảm sự phụ thuộc đáng kể vào lưới điện quốc gia.

Một số hạn chế và thách thức khi sử dụng điện mặt trời

- Chi phí ban đầu để lắp đặt hệ thống điện mặt trời cao. - Công suất điện tạo ra bị ảnh hưởng bởi thời tiết.

Ngoài ra, vấn đề lưu trữ năng lượng mặt trời cũng đang được nghiên cứu để giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng, trong những thời điểm khơng có ánh sáng mặt trời.

2.2. Các loại hệ thống điện mặt trời

Hiện nay, hệ thống điện mặt trời thường được chia thành 3 loại: hệ thống hòa lưới, hệ thống độc lập và hệ thống hịa lưới có dự trữ. Trong đó, điện mặt trời hòa lưới là loại được áp dụng phổ biến nhất ở các quy mô vừa nhỏ và lớn ví dụ như: trên mái nhà hộ gia đình, xưởng doanh nghiệp và nhà máy điện mặt trời có quy

mơ lớn.

2.2.1. Hệ thống điện mặt trời hịa lưới

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới được sử dụng rộng rãi vì tính ổn định. Nếu hệ thống khơng tạo ra đủ điện cho tải tiêu thụ thì điện lưới có thể bổ sung vào.

Nguyên lý hoạt động (hình 2.1): các tấm quang năng sẽ chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện DC, dòng điện này sẽ được chuyển đổi thành dịng điện AC thơng qua Inverter. Lượng điện từ tủ AC sẽ được cung cấp cho tải tiêu thụ. Nếu lượng điện cung cấp cho tải bị thiếu thì lưới lưới điện sẽ bổ sung thông qua

công tơ 2 chiều.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 2.1 Hệ thống điện mặt trời hịa lưới

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập

2.2.3. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ

Hệ thống điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ thường sử dụng các bộ biến tần lai (Hybrid). Biến tần này được tích hợp các chức năng như tự động sạc cho ắc quy lưu trữ mà không cần phải sử dụng bộ sạc năng lượng mặt trời và thực hiện chức năng bám tải khi nguồn điện ắc quy lưu trữ đầy và điện mặt trời dư.

Nguyên lý hoạt động (hình 2.3): hệ thống này là sự kết hợp giữa hệ thống điện mặt trời độc lập và hệ thống điện mặt trời hịa lưới. Hệ thống có thể lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa tạo ra vào buổi sáng, và sử dụng nó vào buổi tối. Khi năng lượng dự trữ bị cạn kiệt, điện lưới sẽ trở thành một nguồn dự phịng. Hệ thống Hybrid cũng có thể nạp cho bộ ắc quy bằng cách sử dụng điện lưới trong giờ thấp điểm (thường là sau nửa đêm đến 6 giờ sáng).

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 2.3: Hệ thống điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ

2.3. Nhà máy điện mặt trời

2.3.1. So sánh nhà máy điện mặt trời và hệ thống điện mặt trời áp mái

Nhà máy điện mặt trời (Solar farm) và hệ thống điện mặt trời áp mái (Rooftop solar) đều là các hình thức sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện năng. Tuy nhiên, chúng có những khác biệt quan trọng về quy mơ, vị trí và ứng dụng. Bảng 2.1 so sánh giữa Solar farm và Rooftop solar:

Bảng 2.1: So sánh các đặc điểm của Solar farm và Rooftop solar

Quy mơ - Có diện tích lớn, từ vài hecta đến hàng chục hecta

hoặc thậm chí cả trăm hecta.

- Công suất suất lắp đặt từ vài

MWp đến vài trăm MWp.

- Có diện tích vừa và nhỏ. - Cơng suất suất phát lên

lưới chỉ dưới 1 MW theo quy định của điện lực.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Vị trí - Được xây dựng trên đất phẳng hoặc các khu vực

khơng có cấu trúc xây dựng.

- Có thể chiếm diện tích lớn

để lắp đặt.

- Thích hợp xây dựng ở các vùng ngoại ô.

- Được lắp đặt trên các cấu trúc đã có sẵn như mái nhà.

- Không tốn nhiều diện tích lắp đặt.

- Thích hợp cho các khu vực đô thị và công nghiệp.

Ứng dụng - Cung cấp điện trực tiếp vào lưới điện truyền tải hoặc cung cấp điện cho một khu vực

rộng lớn.

- Cung cấp điện cho một tòa nhà riêng lẻ, công ty, cơ quan hoặc gia đình. - Năng lượng được tạo ra có thể tiêu thụ trực tiếp hoặc được cung cấp vào

lưới điện địa phương.

Quản lý vận hành - Yêu cầu quản lý và vận hành chuyên nghiệp, bao gồm giám sát hiệu suất, bảo trì hệ thống, quản lý an toàn và tuân thủ

các quy định liên quan.

- Các nhà máy điện mặt trời có lưới điện phân phối từ 10 MW trở lên bắt buộc phải được trang bị các thiết bị truyền thông để kết nối với hệ thống giám sát của cấp điều

độ có quyền điều khiển.

- Dễ dàng quản lý và vận hành hơn do quy mô nhỏ

hơn.

- Người sử dụng Rooftop solar có thể tự quản lý hệ thống hoặc thuê các nhà

thầu để cài đặt và bảo trì.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Hiệu suất - Có hiệu suất cao do được thiết kế để tận dụng tối đa ánh sáng mặt trời trong suốt cả ngày. Các tấm quang năng thường được đặt ở các vị trí địa lý có nhiều nguồn ánh sáng mặt trời và không bị che bởi các tòa nhà xung quanh

hoặc cây cối.

- Hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi vị trí và hướng của mái nhà, bị che bóng bởi vật thể xung quanh. Nếu mái nhà không đủ diện tích hoặc khơng đạt được hướng tốt nhất, hiệu suất của Rooftop solar có

trời nhằm giảm khí thải gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính và giảm việc phụ thuộc, khai thác vào nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt.

- Chính sách, cơ sở pháp lý liên quan đến nhà máy điện mặt trời mặt đất: đều có các chính sách hỗ trợ để khuyến khích đầu tư và phát triển nhà máy điện mặt trời như là cung cấp các chính sách mua lại điện và hỗ trợ vay vốn, tài chính, … khi xây dựng nhà máy điện mặt trời.

• Chính sách ban hành về điện mặt trời ở Việt Nam

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

❖ 15/05/2023

Quy hoạch điện VIII đã dự đốn cơng suất lắp đặt điện mặt trời trong giai

đoạn (2020 – 2025) sẽ tăng lên 17 GW, và vào năm 2030 sẽ tăng lên khoảng 20 GW. Tỉ trọng trong cơ cấu các nguồn điện của điện mặt trời thì được kỳ vọng sẽ chiếm 17 % trong năm 2025 và khoảng 14 % vào năm 2030 [14]. • Chính sách ban hành về điện mặt trời ở các khu vực khác

❖ Vào tháng 7 năm 2021, ủy ban Châu Âu đề ra mục tiêu là tăng tỉ trọng sử dụng năng lượng tái tạo năm 2030 từ 32 % lên tới 40 %. Công bố phương án “REPowerEU” đề ra mục tiêu tăng việc sử dụng năng lượng mặt trời, chiếm 600 GW trong tổng công suất lắp đặt năng lượng tái tạo là 1,236 GW vào tháng 5 năm 2022. Nhiều nước Châu Âu cũng có các kế hoạch đẩy nhanh tiến độ phát triển năng lượng mặt trời để ứng phó với cuộc khủng hoảng năng lượng do

chiến tranh của Nga và Ukraine [15].

❖ Vào tháng 6 năm 2022, Trung Quốc đã đề ra “Kế hoạch 05 năm” (lần thứ 14)

với mục tiêu là tăng tỉ trọng sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

chiếm khoảng 33 % cơ cấu năng lượng trong năm 2025 trong đó năng lượng

mặt trời chiếm khoảng 18 % [15].

❖ Tại hội nghị “COP26” được tổ chức ở Scotland vào tháng 11 năm 2021, Ấn Độ đã đề ra mục tiêu phát triển trọng điểm là tỉ trọng năng lượng tái tạo sẽ

chiếm 50 % tổng nhu cầu năng lượng của Ấn Độ vào năm 2030 [15]. b. Khác nhau

- Tiến độ phát triển:

• Một số quốc gia trên thế giới đã phát triển ngành công nghiệp điện mặt trời một cách mạnh mẽ và có một lượng lớn nhà máy điện mặt trời hoạt động, như: Ấn Độ, Trung Quốc, Đức, …

• Việt Nam vẫn đang trong q trình phát triển nhanh chóng và đang mở rộng đầu tư vào ngành công nghiệp tiềm năng và cấp thiết này để đáp ứng vấn đề sử dụng năng lượng ngày càng tăng của cả nước.

2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng của nhà máy điện mặt trời a. Tỉ lệ hiệu suất

Tỉ lệ hiệu suất (Performance Ratio – PR) là chỉ số phổ biến được sử dụng để đánh giá hoạt động của một hệ thống điện mặt trời, chỉ ra các ảnh hưởng của những tổn thất như nhiệt độ, bức xạ, bụi bẩn, … lên sản lượng sau cùng của hệ thống. PR

được xác định bởi công thức là: PR= Yf

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

b. Ảnh hưởng của các giai đoạn thực hiện dự án đến hiệu quả hoạt động hệ thống

Giai đoạn thiết kế

- Hướng và góc nghiêng của tấm quang năng là một trong những yếu tố tác động lớn đến sản lượng của nhà máy. Tấm quang năng nên được đặt ở hướng và góc nghiêng tối ưu để nhận được bức xạ ổn định trong suốt thời gian hoạt động lâu dài.

- Chất lượng và hiệu suất của thiết bị trong hệ thống như tấm quang năng, bộ biến tần, … cũng là một phần quan trọng. Sử dụng các thiết bị có hiệu suất và chất lượng tốt có thể cải thiện sản lượng của nhà máy điện mặt trời, nên chọn

đơn vị cung cấp uy tín và có chính sách hỗ trợ tốt.

Giai đoạn thi công, lắp đặt

- Cần thực hiện lắp đặt đúng quy trình của hãng cung cấp và đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn về điện để tối ưu việc hoạt động hiệu quả và lâu bền của các thiết

quan trọng trong việc tăng sản lượng.

- Việc cắt giảm công suất lên đường dây do Trung tâm điều độ điều phối. - Thời tiết xấu và bất thường gây ảnh hưởng đến sản lượng đầu ra của nhà máy. - Yếu tố con người: kỹ năng chuyên môn của người kỹ sư bảo dưỡng tại nhà

máy.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

2.4. Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng 2.4.1. Khái niệm

Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng được tạo thành từ các tế bào ắc quy (Cell), các Cell này được tạo nên từ các hợp chất phổ biến trong công nghệ sản xuất ắc quy như Natri, Lithium – Ion, … có chức năng lưu trữ điện năng.

BESS có dung lượng từ khoảng vài trăm kWh lên tới hàng trăm nghìn kWh. Do đó, hệ thống này có thể tạo ra cơng suất phát điện lớn trong thời gian dài hơn dựa theo quy mô của hệ thống.

Để việc vận chuyển tới các khu vực cần cung cấp điện trở nên đơn giản thì BESS được sắp xếp trên các thùng hàng (Container).

2.4.2. Ứng dụng

- Đáp ứng nhu cầu sử dụng khi bị mất điện.

- Giảm áp lực cho hệ thống truyền tải điện lưới của quốc gia.

- BESS được sạc vào thời điểm nhu cầu sử dụng điện thấp và phát điện cho tải vào thời điểm sử dụng điện cao, từ đó giảm chi phí sử dụng điện.

- Tối ưu và giảm lãng phí sản lượng điện mặt trời nói riêng và các hệ thống năng lượng tái tạo nói chung khi bị dư sản lượng.

2.4.3. Cấu tạo

a. Ắc quy lưu trữ (Battery)

Hệ thống BESS được dùng trong trường hợp này sử dụng tế bào ắc quy lưu trữ loại Lithium – Ion.

Có 2 cách khác nhau để kết nối các ắc quy lưu trữ nhỏ để tạo thành các khối ắc quy lưu trữ lớn hơn:

- (i) Mắc song song: sử dụng kết nối này khi muốn tăng cường độ dòng điện của bộ ắc quy lưu trữ. Khi ghép các tế bào ắc quy lưu trữ từ cực dương sang dương và âm sang âm thì cường độ dịng điện sẽ được tăng gấp đôi.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

- (ii) Mắc nối tiếp: sử dụng kết nối này để tăng điện áp của bộ ắc quy lưu trữ. Khi ghép các tế bào ắc quy lưu trữ từ cực dương sang cực âm thì điện áp sẽ được tăng.

- Quá trình hình thành BESS (hình 2.4): các bộ ắc quy lưu trữ nhỏ được ghép lại với nhau thành các khối lớn. Sau đó, các khối này sẽ được ghép lại với nhau thành các kệ lớn để dễ dàng quản lý. Các kệ này được nối ghép với nhau tạo thành một hệ thống BESS hồn chỉnh.

Hình 2.4: Quá trình hình thành BESS (Nguồn: Lithaco [16])

Một số thuật ngữ thông dụng được sử dụng cho BESS

Đối với hệ thống ắc quy lưu trữ, các thuật ngữ SOC (State of Charge), DOD (Depth of Discharge) và SOH (State of Health) thường được sử dụng để đề cập đến các thông số quan trọng. Dưới đây là mô tả của các thuật ngữ:

- SOC: đại diện cho tình trạng sạc. Nó chỉ ra mức năng lượng hiện tại còn lại

trong ắc quy lưu trữ so với năng lượng tối đa có thể lưu trữ. Thơng thường được biểu thị dưới dạng phần trăm, ví dụ: SOC 50 % nghĩa là ắc quy lưu trữ đã được sạc lên đến mức 50 % của dung lượng tối đa.

- DOD: đại diện cho độ xả sâu. Nó chỉ ra mức năng lượng đã bị tiêu thụ từ ắc quy lưu trữ so với dung lượng tối đa. Tương tự như SOC, DOD thường được biểu thị dưới dạng phần trăm. Ví dụ: DOD 30 % nghĩa là ắc quy lưu trữ đã bị xả hết 30 % dung lượng tối đa.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

- SOH: đại diện cho tình trạng sức khỏe của ắc quy lưu trữ. Nó chỉ ra mức độ còn lại của hiệu suất và dung lượng của ắc quy lưu trữ so với trạng thái ban đầu khi mới mua. SOH thường được biểu thị dưới dạng phần trăm. Ví dụ: SOH 80 % nghĩa là ắc quy lưu trữ chỉ còn lại 80 % dung lượng ban đầu và hiệu suất

của nó đã giảm xuống 80 % so với ban đầu. b. Hệ thống BMS (Battery Management System)

- BMS là bộ não của hệ thống ắc quy lưu trữ, với chức năng chính là bảo vệ ắc quy lưu trữ khỏi bị hư hại trong các tình huống vận hành khác nhau. Để đạt được điều này, BMS phải đảm bảo rằng ắc quy lưu trữ hoạt động trong phạm vi xác định trước đối với một số thông số quan trọng, bao gồm trạng thái sạc (SOC), trạng thái hoạt động (SOH), điện áp, nhiệt độ và dòng điện. Các hệ thống quản lý ắc quy lưu trữ tinh vi hơn cho phép theo dõi và bảo vệ ắc quy lưu trữ theo thời gian thực, không chỉ ở cấp độ tế bào mà còn ở cấp độ mô –

đun, chuỗi và hệ thống.

- Hệ thống BMS được chia thành ba tầng hoạt động:

• Tầng cảm biến và thu thập dữ liệu: tầng này bao gồm các cảm biến điện áp, dòng điện, nhiệt độ và các thiết bị thu thập dữ liệu khác. Quản lý hệ thống như cân bằng tải, bảo vệ quá dòng điện, quá điện áp, quá nhiệt và các chức năng bảo vệ khác. Nó cũng điều khiển các hoạt động của hệ thống ắc quy lưu trữ và tương tác với các thành phần khác của BESS.

• Tầng giao tiếp và hiển thị: tầng này cung cấp tế bào ắc quy lưu trữ và thu thập dữ liệu liên quan.

• Tầng xử lý và điều khiển: tầng này xử lý dữ liệu thu thập được từ tầng cảm biến và thực hiện các chức năng cấp giao diện để truyền thông giữa hệ thống BMS và các thiết bị ngoại vi hoặc hệ thống quản lý lưu trữ năng lượng cao cấp. Nó cũng cung cấp hiển thị dữ liệu và thơng báo trạng thái ắc quy lưu trữ cho người sử dụng hoặc hệ thống giám sát.

c. Hệ thống PCS (Power Conversion System)

- Có thể chuyển đổi năng lượng theo hai chiều. Nguồn điện DC từ hệ thống ắc

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

điện hoặc tải điện để sử dụng và có thể được chuyển đổi ngược lại thành nguồn điện DC để sạc cho hệ thống lưu trữ năng lượng.

- Có nhiều chế độ khác nhau để cài đặt mức sạc xả theo nhu cầu sử dụng. Để PCS hoạt động hiệu quả, cần phải truy cập vào trạng thái của ắc quy lưu trữ để biết biết khi nào nên sạc và xả.

- Có thể cung cấp phản hồi năng lượng nhanh và chính xác bằng cách giao tiếp với ắc quy lưu trữ. PCS có thể được điều khiển bởi các cài đặt từ trước.

- Gồm loại cấu hình là AC – Coupled và DC – Coupled. Đối với các ứng dụng năng lượng mặt trời kết hợp với hệ thống ắc quy lưu trữ, có một sự lựa chọn giữa hai cấu hình này.

Hình 2.5: PCS của hãng ALPHA ESS: Storion 250/500

(Nguồn Lithaco [16])

d. Hệ thống điều khiển (Control System)

- Giúp theo dõi, kiểm soát, bảo vệ, giao tiếp cho các thành phần chính của hệ thống ắc quy lưu trữ.

- Có thể giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như đồng hồ đo điện và máy biến áp, đảm bảo BESS hoạt động tối ưu.

- Có nhiều cấp độ bảo vệ, bao gồm bảo vệ quá tải khi sạc và bảo vệ ngược điện khi xả. Bộ điều khiển có thể tích hợp với hệ thống giám sát thu thập dữ liệu và quản lý năng lượng hoàn chỉnh.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

e. Hệ thống HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning)

- Là một phần không thể thiếu của BESS, có chức năng điều chỉnh mơi trường bên trong bằng cách điều hịa khơng khí giữa bên trong và bên ngoài vỏ bọc. - Với hệ thống ắc quy lưu trữ, nếu duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu và phân phối

khơng khí tốt sẽ giúp kéo dài tuổi thọ. Nếu nhiệt độ của các tế bào ắc quy lưu trữ khơng thích hợp, có thể dẫn đến quá nhiệt gây ra hiện tượng sụt áp, nóng chảy bề mặt gây rị rỉ khí, cháy nổ... Việc chọn đúng loại hệ thống HVAC sẽ mang lại hiệu suất tốt và tuổi thọ lâu hơn cho hệ thống ắc quy lưu trữ.

Hình 2.6: Hệ thống HVAC của BESS (Nguồn: Lithaco [16])

f. Hệ thống chữa cháy (Fire suppression)

- Giúp đảm bảo hệ thống ắc quy lưu trữ hoạt động trong các thông số an toàn, bao gồm cả nhiệt độ. Nếu đạt đến nhiệt độ cao ngồi các thơng số đã đặt, BMS sẽ tự động tắt hệ thống. Trong trường hợp thốt nhiệt, BMS khơng thể được coi là lớp bảo vệ duy nhất và đó là lúc hệ thống chữa cháy phát huy tác dụng.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

- Trong trường hợp thoát nhiệt, hệ thống chữa cháy sẽ kích hoạt. Điều này có thể được kích hoạt thơng qua phát hiện khí, khói hoặc nhiệt, tuỳ thuộc vào hệ thống chữa cháy mà BESS có. Sau khi khởi động, hệ thống chữa cháy sẽ giải phóng một chất dập tắt đám cháy, mang lại hiệu quả làm mát và hấp thụ nhiệt [15].

Hình 2.7: Hệ thống chữa cháy của BESS (Nguồn: Lithaco [16])

2.4.4. Các hình thức lưu trữ a. Các loại hình thức lưu trữ

Hiện nay có 2 loại hình thức lưu trữ chính - Kết hợp với năng lượng tái tạo:

• Hệ thống ắc quy lưu trữ sẽ lưu trữ nguồn điện dư thừa tại bất kỳ thời điểm

trong ngày để sử dụng vào ban đêm.

• Việc này giúp hạn chế điện phải mua từ điện lưới, ngồi ra cịn giúp tránh quá

tải lưới điện.

- Kết hợp với điện lưới:

• Hệ thống ắc quy lưu trữ sẽ lưu trữ điện lưới ở thời điểm điện có giá thấp và sử dụng vào thời điểm điện có giá cao.

• Phương pháp lưu trữ này giúp tiết kiệm tiền điện và đề phòng trường hợp mất

điện.

</div>