Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (NCKH)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH
TÍNH TOÁN QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHI XÉT ĐẾN
NGUỒN PIN MẶT TRỜI

Mã số: ĐH2015-TN02-03

Chủ nhiệm đề tài: TS. Vũ Văn Thắng

Thái Nguyên, 06/2017


2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH
TÍNH TOÁN QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHI XÉT ĐẾN
NGUỒN PIN MẶT TRỜI

Mã số: ĐH2015-TN02-03

Xác nhận của tổ chức chủ trì

KT. HIỆU TRƢỞNG
PHÓ HIỆU TRƢỞNG

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên)

TS. Vũ Văn Thắng
PGS.TS. Vũ Ngọc Pi

Thái Nguyên, 06/2017


i

DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA

TT

Họ và tên

Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn

1

TS. Bạch Quốc Khánh

Viện điện - Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội

2

ThS. Nguyễn Văn Lâm

Điện lực TP Thái Nguyên

3

TS. Nguyễn Đức Tƣờng

4

ThS. Lê Tiên Phong

5

ThS. Dƣơng Hòa An

Viện nghiên cứu Công nghệ cao – Trƣờng Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp
Bộ môn Hệ thống điện – Khoa điện – Trƣờng
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp


ii

DANH SÁCH NHỮNG ĐƠN VỊ PHỐI HỢP
TT

Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn

1

Điện lực TP Thái Nguyên

2

Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện - Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


iii

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................. vii
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... viii
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS ..................................................... x
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tổng quan ..................................................................................................... 1
2. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 2
3. Mục tiêu ........................................................................................................ 3
5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ............................................... 4
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 4
6. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI......... 6
1.1 Giới thiệu .................................................................................................... 6
1.2 Hiện trạng qui hoạch LĐPP ..................................................................... 6
1.2.1 LĐPP Việt Nam .................................................................................. 6
1.2.2 LĐPP Thái Nguyên ............................................................................ 8
1.2.3 Những tồn tại và vấn đề qui hoạch LĐPP ........................................ 10

1.3 Nguồn pin mặt trời .................................................................................. 10
1.3.1 Tiềm năng của nguồn năng lƣợng mặt trời ...................................... 10
1.3.2 Đặc điểm của nguồn năng lƣợng mặt trời tại Thái Nguyên ............. 11
1.4 Qui hoạch, cải tạo LĐPP......................................................................... 13
1.4.1 Tổng quan bài toán qui hoạch LĐPP ................................................ 13
1.4.1.1 Mục tiêu ............................................................................................. 13
1.4.1.2 Những bước cơ bản của bài toán qui hoạch LĐPP ........................ 14
1.4.1.3 Một số bài toán qui hoạch LĐPP ..................................................... 14

1.4.2 Phƣơng pháp qui hoạch, cải tạo LĐPP ............................................. 16
1.4.2.1 Qui hoạch theo tiêu chuẩn ................................................................ 16
1.4.2.2 Qui hoạch toán học ........................................................................... 16
1.4.2.3 Nhận xét ............................................................................................. 17

1.4.3 Các chỉ tiêu kinh tế đánh giá phƣơng án qui hoạch.......................... 17
1.5 Qui hoạch LĐPP khi xét đến khả năng tham gia của nguồn pin mặt trời
................................................................................................................... 20


iv
1.5.1 Mô hình bài toán qui hoạch LĐPP ................................................... 21
1.5.2 Phƣơng pháp, thuật toán giải bài toán qui hoạch LĐPP................... 22
1.6 Nhận xét và đề xuất những vấn đề cần nghiên cứu ............................. 24
CHƢƠNG 2. QUI HOẠCH TOÁN HỌC ............................................................ 25
2.1 Bài toán qui hoạch toán học tổng quát .................................................. 25
2.1.1 Mô hình toán..................................................................................... 25
2.1.2 Phân loại bài toán qui hoạch ............................................................. 25
2.2 Phƣơng pháp giải bài toán qui hoạch .................................................... 26
2.3 Ngôn ngữ lập trình GAMS ..................................................................... 28
2.3.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình GAMS ............................................... 28

2.3.2 Thuật toán và solver MINOS trong GAMS ..................................... 30
2.3.3 Những yêu cầu khi lập bài toán qui hoạch LĐPP trong GAMS ...... 30
2.4 Ví dụ.......................................................................................................... 31
2.4.1 Sơ đồ và thông số LĐPP................................................................... 31
2.4.2 Mô hình tính toán tổn thất công suất ................................................ 31
2.4.3 Kết quả tính toán .............................................................................. 32
2.5 Nhận xét.................................................................................................... 32
CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN QUI HOẠCH LĐPP
XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI .................................................................. 33
3.1 Đặt vấn đề................................................................................................. 33
3.2 Đặc tính giá điện, tải và công suất của nguồn pin mặt trời ................. 35
3.2.1 Đặc tính giá điện và tải ..................................................................... 35
3.2.2 Công suất xác suất của nguồn pin mặt trời....................................... 35
3.3 Xây dựng mô hình toán qui hoạch LĐPP ............................................. 36
3.3.1 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch LĐPP........................... 36
3.3.2 Xây dựng mô hình cơ sở (MH1) ...................................................... 40
3.3.2.1 Hàm mục tiêu của mô hình cơ sở ..................................................... 40
3.3.2.2 Các ràng buộc của mô hình cơ sở .................................................... 47
3.3.2.3 Phân tích và nhận dạng mô hình cơ sở ............................................ 50

3.3.3 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh (MH2) .............................................. 51
3.3.3.1 Hàm mục tiêu của mô hình hiệu chỉnh............................................. 51
3.3.3.2 Các ràng buộc của mô hình hiệu chỉnh ........................................... 51
3.3.3.3 Phân tích và nhận dạng mô hình hiệu chỉnh ................................... 52

3.3.4 Đánh giá mô hình đề xuất ................................................................. 52


v
3.4 Ví dụ.......................................................................................................... 53

3.4.1 Sơ đồ và thông số của LĐPP ............................................................ 53
3.4.2 Công suất của nguồn pin mặt trời ..................................................... 55
3.4.3 Kết quả tính toán .............................................................................. 55
3.5 Nhận xét và kết luận................................................................................ 57
CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG ............................................................... 58
4.1 Đặt vấn đề................................................................................................. 58
4.2 Những giả thiết và thông số tính toán ................................................... 58
4.2.1 Những giả thiết chung ...................................................................... 58
4.3 Chƣơng trình tính toán ........................................................................... 60
4.4 Kết quả tính toán ..................................................................................... 60
4.4.1 Sơ đồ LĐPP và thông số tính toán ................................................... 60
4.4.2 Kết quả tính toán và thảo luận .......................................................... 60
4.5 Những đánh giá và kết luận ................................................................... 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 68
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 73


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CCĐ

Cung cấp điện

CSPK

Công suất phản kháng

CSTD

Công suất tác dụng

CTPP

Công ty phân phối

DG

Nguồn điện phân tán (Distributed Generator)

ĐTPT

Đồ thị phụ tải

GAMS

Chƣơng trình The General Algebraic Modeling System

LĐPP

Lƣới điện phân phối

HTĐ

Hệ thống điện

KT-KT

Kinh tế kỹ thuật

LP

Qui hoạch tuyến tính (Linear Programming)

LNP

Qui hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming)

MBA

Máy biến áp

MINLP

Qui hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (Mixed Integer
Nonlinear Programming)

MIP

Qui hoạch nguyên (Mixed Integer Programming)

TBA

Trạm biến áp

TTĐ

Thị trƣờng điện

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Cƣờng độ bức xạ trung bình tháng tại một số khu vực [7] .............. 13
Bảng 2.1. Modul các thuật toán giải trong GAMS........................................... 29
Bảng 2.2. So sánh trào lƣu công suất và điện áp nút với PSS/Adept ............... 32
Bảng 3.1. Thông số nâng cấp của đƣờng dây và TBA ..................................... 56
Bảng 3.2. Thông số đầu tƣ nguồn pin mặt trời ................................................. 56
Bảng 3.3. So sánh chỉ tiêu kinh tế .................................................................... 56
Bảng 4.1. Thông số và lộ trình nâng cấp đƣờng dây........................................ 62
Bảng 4.2. Lộ trình và thông số đầu tƣ nguồn pin mặt trời ............................... 62
Bảng 4.3. Một số chỉ tiêu KT-KT .................................................................... 63

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ LĐPP hình tia ........................................................................... 7
Hình 1.2. Sơ đồ LĐPP hình vòng ....................................................................... 8
Hình 1.3. Sơ đồ lộ 478, TBA 110kV Thịnh Đán ............................................... 9
Hình 1.4. Đồ thị phụ tải ngày điển hình của LĐPP Thái Nguyên.................... 10
Hình 1.5. Tổng công suất đặt nguồn pin mặt trời toàn cầu .............................. 11
Hình 1.6. Đặc tính công suất phát của pin mặt trời tại Thái Nguyên ............... 13
Hình 1.7. Sơ đồ các bƣớc qui hoạch LĐPP ...................................................... 14
Hình 2.1. Sơ đồ LĐPP đơn giản ....................................................................... 31
Hình 3.1. Sơ đồ khối tính toán qui hoạch LĐPP .............................................. 37
Hình 3.2. Sơ đồ LĐPP 15 nút ........................................................................... 53
Hình 3.3. Đồ thị phụ tải ngày điển hình ........................................................... 54
Hình 3.4. Đặc tính giá điện............................................................................... 54
Hình 3.5. Đặc tính công suất của nguồn pin mặt trời ....................................... 55
Hình 4.1. Đặc tính giá bán điện ........................................................................ 59
Hình 4.2. Sơ đồ lộ 478, TBA 110kV Thịnh Đán ............................................. 61

Hình 4.3. So sánh tổn thất điện năng ................................................................ 64


viii
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Đơn vị: Trƣờng Đại học KTCN

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng mô hình và chƣơng trình tính toán qui hoạch
lƣới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời
- Mã số: ĐH2015-TN02-03
- Chủ nhiệm: TS.Vũ Văn Thắng
- Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
- Thời gian thực hiện: 2015-2016
2. Mục tiêu:
- Xây dựng mô hình và chƣơng trình tính toán qui hoạch LĐPP có xét đến khả
năng tham gia của nguồn pin mặt trời với đặc tính công suất phát mang tính
ngẫu nhiên, đặc tính của giá điện và đồ thị phụ tải.
- Tính toán đánh giá hiệu của nguồn pin mặt trời trong qui hoạch LĐPP Thái
Nguyên.
3. Kết quả nghiên cứu:
- Đã xây dựng đƣợc mô hình toán hai bƣớc qui hoạch LĐPP tổng hợp ĐTPT
ngày điển hình, đặc tính giá điện và nguồn pin mặt trời với công suất mang
tính ngẫu nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu.
- Đã lập đƣợc chƣơng trình tính toán theo mô hình đề xuất trong ngôn ngữ lập
trình GAMS cho phép xét đƣợc đồng thời nhiều giải pháp trong bài toán qui
hoạch LĐPP cũng nhƣ đánh giá đƣợc rõ ràng hơn hiệu quả của từng giải pháp
qua các chỉ tiêu KT-KT của hệ thống.
- Đã tính toán áp dụng trong qui hoạch LĐPP Thái Nguyên từ đó đánh giá hiệu

quả của những chính sách khuyến khích phát triển nguồn năng lƣợng mới và
tái tạo.
4. Sản phẩm:
- Sản phẩm khoa học:
+ 02 bài báo quốc tế:
V. V. Thang (2017), “An optimization model for distribution system
reinforcement integrated uncertainties of photovoltaic systems”, Electrical
Engineering (SCI), Online, 2017, pp. 1-10;
V. V. Thang, B. Q. Khanh, H. T. Tung (2016), “A Two-Stage Optimization
Model for Distribution System Planning Integrated Distributed Generator”,


ix

Journal of Science and Technology of Energy Sources, Vol. 1, Is. 1, 2016, pp.
20-28
+ 01 hội thảo quốc tế:
V.V. Thang (2016), “The Optimization Model for Calculating Distribution
System Planning Integrated Photovoltaic”, Proceedings of the International
Conference Advances in Information and Communication Technology – ICTA,
Thainguyen, Vietnam, 2016, pp. 622-632.
+ 02 bài báo quốc gia:
Vũ Văn Thắng, Nguyễn Quang Thuấn, Bạch Quốc Khánh (2016), “Tính toán
công suất và dung lƣợng tối ƣu của BESS trong hệ thống nguồn pin mặt trời
nối lƣới”, Tạp chí KHCN Đại học Công nghiệp Hà Nội, Số 35, 2016, tr. 2427;
Vũ Văn Thắng, Bạch Quốc Khánh, Đặng Quốc Thống (2016), “Qui hoạch hệ
thống phân phối điện xét đến khả năng tham gia của nguồn pin mặt trời”, Tạp
chí KHCN Các trường Đại học kỹ thuật, Số 115, 2016, tr. 20-25.
- Sản phẩm ứng dụng:
+ Mô hình toán tính toán qui hoạch LĐPP xét đến nguồn pin mặt trời

+ Chƣơng trình tính toán
5. Hiệu quả:
- Đề tài đã xây dựng đƣợc mô hình toán qui hoạch LĐPP xét đến tính ngẫu
nhiên của pin mặt trời. Do đó, nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán.
- Chƣơng trình tính toán cho phép các nhà qui hoạch tính toán nhanh, đầy đủ và
chính xác hơn bài toán qui hoạch LĐPP khi xét đến nguồn pin mặt trời trong
khu vực Thái Nguyên nói riêng và Việt Nam nói chung.
6. Khả năng áp dụng và phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu:
- Khả năng áp dụng: Mô hình toán và chƣơng trình tính toán đã đƣợc xây dựng
với cơ sở toán học chặt chẽ và điều kiện cụ thể tại Thái Nguyên. Hơn nữa, đề
tài đƣợc nghiên cứu kết hợp với các thành viên hiện đang làm việc tại Công ty
Điện lực Thái Nguyên. Do đó, chƣơng trình tính toán đảm bảo tin cậy, phù
hợp và có khả năng ứng dụng cao trong thực tế.
- Phƣơng thức chuyển giao: Đào tạo hoặc chuyển giao bản quyền.
Cơ quan chủ trì
KT.HIỆU TRƢỞNG
PHÓ HIỆU TRƢỞNG

PGS.TS. Vũ Ngọc Pi

Ngày tháng 6 năm 2017
Chủ nhiệm đề tài

TS. Vũ Văn Thắng


x

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:

Project title: Research on the model and program of distribution system
planning considering photovoltaic systems
Code number: ĐH2015-TN02-03
Coordinator: PhD. Vu Van Thang
Implementing institution: TNU-Thainguyen University of Technology
Duration: from 2015 to 2016
2. Objective(s):
- The objective of this research is proposition a model of distribution system
planning that considers photovoltaic systems. The stochastic power
characteristic of photovoltaic, typical load chart of each day and each seasion
as well as electrical energy price according to time of use are integrated in the
model.
- The effect of photovoltaic systems is evaluated in the distribution system
planning of Thai Nguyen.
1. Research results:
- The two-stage mathematical model for distribution system planning integrated
load, electricity price characteristics and photovoltaic systems with stochastic
power characteristic is proposed.
- The program are created in GAMS program that is suitable for simultaneous
planning solutions and evaluated more clearly the effectiveness of each
solution.
- The distribution system planning of Thai Nguyen is tested and thence
evaluating the effectiveness of policies that encourage the development of
renewable sources.
4. Products:
- Science:
+ 02 article in International Journal:
V. V. Thang (2017), “An optimization model for distribution system
reinforcement integrated uncertainties of photovoltaic systems”, Electrical
Engineering (SCI), Online, April 2017, pp. 1-10;

V. V. Thang, B. Q. Khanh, H. T. Tung (2016), “A Two-Stage Optimization
Model for Distribution System Planning Integrated Distributed Generator”,
Journal of Science and Technology of Energy Sources, Vol. 1, Is. 1, 2016, pp.
20-28.


xi

+ 01 article in International Conference:
V.V. Thang (2016), “The Optimization Model for Calculating Distribution
System Planning Integrated Photovoltaic”, Proceedings of the International
Conference Advances in Information and Communication Technology – ICTA,
Thainguyen, Vietnam 2016, pp. 622-632.
+ 02 articles in National Journal:
Vu Van Thang, Nguyen Quang Thuan, Bach Quoc Khanh (2016), “Optimal
Power and Capacity of BESS for Grid Connected Phototvoltaic System”,
Journal of science and technology – Hanoi University of Industry, No. 35,
2016, pp. 24-27;
Vu Van Thang, Bach Quoc Khanh, Dang Quoc Thong (2016), “Distribution
System Planning Intergrated Photovoltaic”, Journal of Science and
Technology Technical Universities, No. 115, 2016, pp. 20-25.
- Application:
+ The mathematical model
+ The program
5. Effects:
- This study proposed a model of distribution system planning that considers the
random properties of photovoltaic system. Therefore, the accuracy of the
calculation results are improved.
- The introduced program is a tool that helps in calculation of distribution
system planning more accurately when the photovoltaic system with stochastic

power characteristic is considered at distribution system of Thai Nguyen as
well as Vietnam.
6. Transfer alternatives of reserach results andapplic ability:
- Applicability: The model and program has been developed with strict
mathematical foundation and specific conditions of Thai Nguyen distribution
system. Moreover, this research was made in conjunction with the members of
Power Company of Thai Nguyen. Therefore, the calculation program is
reliable and suitable in distribution system of Thai Nguyen as well as
nationwide.
- Transfer alternatives: Training or transfer of copyright.


1

MỞ ĐẦU
Qui hoạch LĐPP là vấn đề phức tạp với nhiều mục tiêu khác nhau nhƣ đảm
bảo hiệu quả kinh tế, cung cấp năng lƣợng tin cậy và không tác động xấu đến môi
trƣờng. Ngoài ra, nhiều yếu tố mang tính ngẫu nhiên và không chắc chắn, số lƣợng
biến rất lớn cũng làm tăng tính phức tạp của bài toán.
Cùng với quá trình phát triển của ngành điện, nhiều mô hình và phƣơng pháp
qui hoạch LĐPP đã đƣợc phát triển và ứng dụng thành công trong thực tiễn với kết
quả và giải pháp phù hợp. Tuy vậy, các mô hình và phƣơng pháp này có thể đƣợc
cải thiện, nâng cao hiệu quả khi sử dụng những giải pháp hoàn thiện hơn nên các
nghiên cứu vẫn tiếp tục đƣợc thực hiện bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới. Trong
những năm gần đây, quá trình tái cơ cấu TTĐ theo xu hƣớng cạnh tranh và công
nghệ DG phát triển rất nhanh. Nhiều công cụ với khả năng tính toán mạnh, nhiều
phƣơng pháp và thuật toán mới đã đƣợc phát triển. Do đó, cần nghiên cứu các mô
hình và phƣơng pháp qui hoạch mới, hoàn thiện hơn nhằm nâng cao tính chính xác
và đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tiễn.

1. Tổng quan
Qui hoạch LĐPP là vấn đề không mới và đã đƣợc thực hiện ngay từ khi hình
thành và phát triển ngành công nghiệp điện lực. Tuy nhiên, sự phát triển của các
công cụ tính toán cũng nhƣ những thay đổi về môi trƣờng công nghiệp điện lực, sự
phát triển của công nghệ DG nói chung và nguồn pin mặt trời nói riêng gần đây đã
dẫn tới những thay đổi lớn trong công tác qui hoạch, thiết kế và vận hành LĐPP.
Tiến bộ về công nghệ chế tạo gần đây đã nâng cao hiệu suất, giảm chi phí đầu
tƣ của nguồn pin mặt trời và trở thành nguồn thay thế khả thi cho các nguồn năng
lƣợng truyền thống. Hơn nữa, qui hoạch toán học đã đƣợc phát triển cùng với khả
năng tính toán của máy tính không ngừng đƣợc nâng cao đã dẫn đến phát triển các
mô hình qui hoạch toán học nhằm tính toán qui hoạch LĐPP, xác định lộ trình nâng
cấp thiết bị của LĐPP đồng thời vấn đề lựa chọn vị trí, công suất và thời gian đầu tƣ
của nguồn pin mặt trời thay cho mua điện hoàn toàn từ HTĐ rất đƣợc quan tâm
nghiên cứu.
Nhiều mô hình qui hoạch LĐPP đã đƣợc đề xuất với hàm mục tiêu và các ràng
buộc. Trong đó, hàm mục tiêu có thể sử dụng các chỉ tiêu nhƣ chi phí tính toán hàng
năm [22], [23], [8], [40], chi phí sản xuất của các nhà máy điện [45], cực tiểu chi
phí vận hành, cực tiểu tổn thất công suất hay cực tiểu tổn thất điện năng của hệ
thống [47], [31]. Hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vòng đời cũng đƣợc sử dụng trong


2
các nghiên cứu [57], [46], [67], [52]. Những mô hình trên quan tâm đến thời gian
đầu tƣ nâng cấp các TBA, đƣờng dây nhằm đáp ứng yêu cầu của phụ tải trong
tƣơng lai hoặc xác định sơ đồ của LĐPP trong mô hình liên kết dọc [51], [41]. Các
ràng buộc về kỹ thuật đã đƣợc sử dụng để đảm bảo yêu cầu vận hành hệ thống nhƣ
cân bằng công suất nút, giới hạn điện áp nút, giới hạn công suất truyền tải của
đƣờng dây và TBA. Một số mô hình chỉ đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống mà
không quan tâm đến hiệu quả kinh tế của phƣơng án qui hoạch [47], [70]. Ngoài ra,
một số mô hình sử dụng hàm mục tiêu cực tiểu chi phí đầu tƣ và vận hành của hệ

thống khi xét đến khả năng lựa chọn DG [32], [36], [37]. Thông số đầu tƣ tối ƣu của
các DG đƣợc lựa chọn với giả thiết không nâng cấp các đƣờng dây và TBA nguồn.
Mô hình hai bƣớc đƣợc tiếp tục ứng dụng trong các nghiên cứu [77], thay đổi của
phụ tải và giá điện đã đƣợc xét đến ở mức độ đơn giản (giờ cao điểm, thấp điểm và
bình thƣờng) đồng thời xét đến khả năng sử dụng nhiều loại DG với công nghệ khác
nhau. Tuy nhiên, những nghiên cứu trên sử dụng các giả thiết để đơn giản trong tính
toán nhƣ công suất phát của các DG và phụ tải luôn là hằng số nhƣng đó cũng là lý
do làm giảm tính chính xác của kết quả tính toán cũng nhƣ không còn phù hợp với
thực tế của các LĐPP hiện nay.
Do đó, nghiên cứu này xây dựng mô hình toán và chƣơng trình tính toán qui
hoạch LĐPP nhằm lựa chọn thông số đầu tƣ tối ƣu (tiết diện dây dẫn, công suất
TBA và thời gian nâng cấp) của các thiết bị đồng thời xét đến khả năng tham gia
của nguồn pin mặt trời với đặc tính công suất thay đổi theo thời gian trong ngày,
mùa trong năm và mang tính ngẫu nhiên. Mô hình sử dụng hàm mục tiêu chi phí
vòng đời để đánh giá hiệu quả của phƣơng án qui hoạch, giá điện theo thời gian
trong ngày và đồ thị phụ tải ngày điển hình cho từng mùa cũng đƣợc xét tới nhằm
đáp ứng gần hơn với điều kiện thực tiễn và giảm sai số.

2. Tính cấp thiết của đề tài
Tốc độ tăng trƣởng phụ tải điện nƣớc ta nói chung và khu vực thành phố Thái
Nguyên nói riêng khá cao trong hơn thập kỷ qua với tốc độ tăng trƣởng đạt 13.84%
trong giai đoạn (1999÷2010) và giai đoạn (2010÷2015) đạt (14.1÷16.0)%. Dự báo
trong tƣơng lai tốc độ tăng trƣởng phụ tải tiếp tục ở mức cao và đạt khoảng
(11.3÷11.6)% trong giai đoạn (2016÷2020). LĐPP còn nhiều bất cập nhƣ nhiều cấp
điện áp chồng chéo, thiết bị lạc hậu, chất lƣợng điện năng và độ tin cậy cung cấp
điện CCĐ kém. Do đó, qui hoạch LĐPP cần phải đƣợc quan tâm thỏa đáng mới đáp
ứng yêu cầu thực tiễn.


3

Việc phát triển nguồn điện hiện nay gặp nhiều khó khăn do các nguồn năng
lƣợng truyền thống (thủy điện, nhiệt điện) đang dần cạn kiệt, chi phí đầu tƣ và vận
hành ngày càng tăng. Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng và làm thay đổi hệ sinh thái ngày
càng đƣợc quan tâm. Vì vậy, cần nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lƣợng thay
thế và ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng nhằm xây dựng hệ thống năng lƣợng bền vững.
Trong thời gian gần đây, công nghệ phát điện đã phát triển rất nhanh với nhiều
nguồn năng lƣợng mới và tái tạo đƣợc thƣơng mại hóa thành công, trong đó nguồn
pin mặt trời đƣợc đặc biệt quan tầm với giá thành ngày càng giảm, có thể cạnh tranh
với các nguồn năng lƣợng truyền thống [44], [55], [62], [63], [29], [71], [73]. Trong
đó, khu vực thành phố Thái Nguyên có tiềm năng lớn sử dụng pin mặt trời với
cƣờng độ bức xạ cực đại đạt 1909W/m2 và thời gian có nắng đạt trên 3000h/năm.
Tuy nhiên, hiệu quả của các nguồn này thƣờng đƣợc đánh giá độc lập mà chƣa xét
đến hiệu quả của chúng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của cả hệ thống.
Hơn nữa, khi sử dụng nguồn pin mặt trời sẽ dẫn đến những thay đổi lớn trong
bài toán qui hoạch và cải tạo LĐPP nhƣ thay đổi lộ trình qui hoạch đƣờng dây, trạm
biến áp cũng nhƣ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống. Những thay đổi này làm
tăng tính phức tạp của bài toán nhƣng cũng mở ra những cơ hội để nâng cao hiệu
quả kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của LĐPP [43].
Từ những phân tích trên, hƣớng nghiên cứu chính của đề tài là bài toán qui
hoạch LĐPP có xét đến khả năng tham gia của nguồn pin mặt trời với công suất
phát mang tính ngẫu nhiên phụ thuộc vào cƣờng độ bức xạ mặt trời, tổng hợp đặc
tính giá điện và đồ thị phụ tải. Từ đó, xây dựng mô hình và chƣơng trình tính toán,
đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng của nguồn pin mặt trời trong qui hoạch
LĐPP thành phố Thái Nguyên.

3. Mục tiêu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng cơ sở lý thuyết và phát triển các
phƣơng pháp tính toán KT-KT nhằm giải quyết một số khía cạnh của bài toán qui
hoạch LĐPP khi xét đến các nguồn pin mặt trời.
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu các mô hình qui hoạch LĐPP có xét đến khả

năng tham gia của DG nói chung và nguồn pin mặt trời với đặc tính công suất phát
thay đổi phụ thuộc nguồn năng lƣợng sơ cấp. Mô hình sẽ tổng hợp đặc tính của giá
bán điện và ĐTPT nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán. Trên cơ sở
đó, xây dựng các chƣơng trình tính toán và áp dụng cho bài toán qui hoạch LĐPP
Việt Nam.


4

5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
Bài toán qui hoạch LĐPP xét đến các DG ngày nay là vấn đề khoa học hiện
đại đang đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng nhƣ tại Việt Nam quan tâm
nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán qui hoạch LĐPP xét đến
các nguồn pin mặt trời với đặc trƣng công nghệ qua đặc tính công suất phát, tổng
hợp ĐTPT và đặc tính giá điện.
Chƣơng trình tính toán đƣợc mô phỏng trên máy tính theo mô hình đề xuất
bằng ngôn ngữ lập trình GAMS mô phỏng quá trình qui hoạch và đánh giá hiệu quả
của LĐPP khi sử dụng nguồn pin mặt trời trong những ví dụ đơn giản cũng nhƣ
LĐPP Thái Nguyên. Từ đó, giới thiệu một phƣơng pháp và chƣơng trình tính toán
qui hoạch LĐPP cũng nhƣ đƣa ra các khuyến nghị về hiệu quả của nguồn pin mặt
trời trong qui hoạch LĐPP Thái Nguyên nói riêng và LĐPP Việt Nam.

5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là các LĐPP trung áp, thuộc phạm vi quản lý
và vận hành cấp địa phƣơng (các điện lực quận, huyện, thành phố, nhà máy xí
nghiệp…) hay CTPP.
Trong điều kiện LĐPP có các nguồn pin mặt trời, đề tài sẽ tập trung nghiên
cứu phát triển lý thuyết và các phƣơng pháp tính toán KT-KT của bài toán qui
hoạch LĐPP. Từ đó, xây dựng đƣợc mô hình và chƣơng trình tính toán qui hoạch
LĐPP khi xét đến khả năng tham gia của nguồn pin mặt trời.

6. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm có phần mở đầu, phần kết luận và 4
chƣơng. Tổng quan về LĐPP Thái Nguyên nói riêng và Việt Nam, những vấn đề
tồn tại cần giải quyết và cơ sở lý thuyết bài toán qui hoạch LĐPP đƣợc trình bày
trong chƣơng 1. Chƣơng này sẽ tổng hợp và đánh giá các mô hình, các thành phần
của bài toán qui hoạch LĐPP. Từ đó, định hƣớng những vấn đề nghiên cứu của đề
tài.
Chƣơng 2 trình bày bài toán qui hoạch toán học và ứng dụng của chúng trong
các bài toán tối ƣu của HTĐ. Phƣơng pháp giải bài toán qui hoạch toán học đƣợc
phân tích để từ đó lựa chọn phƣơng pháp và công cụ tính toán phù hợp.
Chƣơng 3 xây dựng mô hình toán và chƣơng trình tính toán qui hoạch LĐPP
xét đến khả năng tham gia của nguồn pin mặt trời với công suất phát mang tính
ngẫu nhiên phụ thuộc vào cƣờng độ bức xạ mặt trời, ĐTPT ngày điển hình và giá
điện theo thời gian sử dụng. Tính toán minh họa trong một ví dụ đơn giản.


5
Chƣơng 4 sử dụng những chƣơng trình đã lập tính toán áp dụng trong bài toán
qui hoạch cải tạo LĐPP Thái Nguyên với tiềm năng của nguồn pin mặt trời.
Từ những nội dung nghiên cứu trên, kết cấu của đề tài bao gồm:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về qui hoạch LĐPP
Chương 2. Qui hoạch toán học
Chương 3. Mô hình và chƣơng trình tính toán qui hoạch LĐPP xét đến khả
năng tham gia của nguồn pin mặt trời
Chương 4. Tính toán áp dụng
Kết luận và kiến nghị

6

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1

Chƣơng 1, Equation Chapter 1 Section 1

1.1 Giới thiệu
Qui hoạch lƣới điện phân phối (LĐPP) là vấn đề không mới và đã đƣợc
thực hiện ngay từ khi hình thành và phát triển ngành công nghiệp điện lực. Tuy
nhiên, sự phát triển của các công cụ tính toán, mô phỏng bằng máy tính cũng nhƣ
những thay đổi về môi trƣờng công nghiệp điện lực, sự phát triển của công nghệ
nguồn phân tán nói chung và nguồn năng lƣợng mặt trời nói riêng gần đây đã dẫn
tới những thay đổi lớn trong công tác qui hoạch, thiết kế và vận hành LĐPP.
Tiến bộ về công nghệ chế tạo gần đây đã nâng cao hiệu suất, giảm chi phí
của các năng lƣợng mặt trời và trở thành nguồn thay thế khả thi cho các nguồn
năng lƣợng truyền thống. Quá trình tái cơ cấu thị trƣờng điện đã thúc đẩy phát
triển và ứng dụng các năng lƣợng mặt trời đồng thời khách hàng đƣợc lựa chọn
nhà cung cấp dẫn đến giá bán điện và trào lƣu công suất thay đổi [58]. Vì vậy,
bài toán qui hoạch LĐPP cần xác định lộ trình nâng cấp thiết bị của LĐPP đồng
thời vấn đề lựa chọn công nghệ, vị trí, công suất và thời gian đầu tƣ năng lƣợng
mặt trời thay cho mua điện hoàn toàn từ HTĐ cần đƣợc quan tâm nghiên cứu.

1.2 Hiện trạng qui hoạch LĐPP
1.2.1 LĐPP Việt Nam
LĐPP trung áp tại Việt Nam do hoàn cảnh lịch sử có những đặc điểm riêng
biệt nhƣ tồn tại nhiều cấp điện áp và mang tính đặc trƣng theo miền và vùng khá
rõ nét. Miền Bắc sử dụng các cấp điện áp (6, 10, 22, 35)kV, miền Trung sử dụng
cấp điện áp (6, 10, 15, 22, 35)kV và miền Nam chỉ sử dụng cấp điện áp (15, 22,
35)kV[25], [27], [11]. Năm 2007, tổng khối lƣợng lƣới phân phối có chiều dài

139.897,0km với cấu trúc ở khu vực thành phố, thị xã, khu đô thị và khu công
nghiệp theo sơ đồ mạch vòng vận hành hở, các khu vực còn lại thƣờng sử dụng
sơ đồ hình tia.
Lƣới phân phối khu vực miền Bắc không đồng nhất và đƣợc thể hiện theo
từng khu vực. Khu vực miền núi có mật độ phụ tải nhỏ, bán kính cấp điện lớn với
lƣới 35kV là chủ yếu và chiếm tỷ trọng (70÷80)%. Các chỉ tiêu KT-KT không
đảm bảo do sử dụng nhiều loại dây dẫn, thiết bị chắp vá và xuống cấp. Tại khu
vực nông thôn và đồng bằng LĐPP đã đƣợc hình thành từ rất sớm, cấp điện áp
35kV chiếm (10÷20)%, (6, 10)kV chiếm (50÷60)%. Những năm gần đây, do phụ
tải tăng nhanh, các TBA trung gian 35/(6, 10)kV bị quá tải nên lƣới điện 35kV
trở thành cấp phân phối và lƣới 22kV từng bƣớc đƣợc xây dựng thay thế lƣới


7
điện (6, 10)kV, chiếm khoảng (20÷40)%. Phần lớn các TBA trung gian 35/(6,
10)kV đều đã xuống cấp và đầy tải. Chất lƣợng điện năng không đảm bảo và an
toàn CCĐ kém do đƣờng dây cũ, tiết diện nhỏ, hệ số mang tải cao, bán kính cấp
điện lớn. Khu vực đô thị đã đƣợc đầu tƣ nâng cấp cải tạo thành lƣới điện 22kV
với tỷ trọng khoảng (40÷60)%. Do đó, chất lƣợng điện đã đƣợc cải thiện, tổn thất
điện áp và tổn thất điện năng giảm.
Tại miền Nam, LĐPP sử dụng chủ yếu cấp điện áp 22kV và 15kV, tỷ trọng
lƣới điện 22kV theo khối lƣợng đƣờng dây chiếm 81.9%. Lƣới điện 15kV hầu
hết đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV do đó việc nâng cấp thành 22kV rất thuận
lợi. Đƣờng dây 22kV đƣợc tính toán dự phòng lớn nên chất lƣợng của LĐPP các
tỉnh miền Nam về cơ bản có chất lƣợng tốt hơn khu vực miền Bắc.
LĐPP khu vực miền Trung mang đặc điểm của cả miền Bắc và miền Nam
với cấp điện áp (15, 22)kV chiếm tỷ trọng khá lớn khoảng (80÷90)%. LĐPP khu
vực miền Trung chủ yếu phát triển trong thời gian gần đây (sau năm 1994) và
lƣới (6, 10, 15)kV đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV. Do đó, việc cải tạo nâng
cấp tƣơng đối thuận lợi.

Hiện nay, cấu trúc phổ biến của LĐPP thƣờng có 3 dạng là hình tia, hình
vòng và hình lƣới đƣợc giới thiệu trên các tài liệu [1], [49], [50]. LĐPP hình tia
đƣợc sử dụng rộng rãi vì sơ đồ có cấu trúc đơn giản nhƣ trên hình 1.1, giá thành
xây dựng rẻ, sơ đồ chỉ có một luồng công suất từ TBA tới ngƣời sử dụng nên vận
hành và mở rộng hệ thống đơn giản. Tuy vậy, độ tin cậy cung cấp điện kém, cần
có các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

TBA

Phụ tải

MC

Hình 1.1. Sơ đồ LĐPP hình tia

Sơ đồ LĐPP hình vòng nhƣng đƣợc vận hành hở nhƣ hình 1.2 có độ tin cậy
cung cấp điện cao nhƣng cấu trúc phức tạp nên qui hoạch, thiết kế và vận hành
gặp nhiều khó khăn. Hơn nữa, hệ thống bảo vệ có liên hệ phức tạp và chi phí đầu
tƣ lớn nên sơ đồ hình vòng và hình lƣới thƣờng đƣợc dùng cho những khu vực có
mật độ phụ tải lớn, yêu cầu về độ tin cậy cao. Thực tế, để đơn giản trong vận


8
hành cũng nhƣ thiết kế các hệ thống bảo vệ sự cố, LĐPP hình vòng và hình lƣới
thƣờng đƣợc vận hành hở qua các cầu dao hoặc máy cắt phân đoạn.

TBA

CD

MC

Hình 1.2. Sơ đồ LĐPP hình vòng

1.2.2 LĐPP Thái Nguyên
LĐPP Thái Nguyên mang đặc điểm của lƣới điện miền Bắc với nhiều cấp
điện áp từ 35kV, 22kV, 10kV, 6kV đến 0.4kV. Sơ đồ LĐPP chủ yếu là hình tia
nhằm đơn giản trong vận hành và giảm chi phí đầu tƣ xây dựng. Ví dụ nhƣ lộ
478, TBA 110kV Thịnh Đán đƣợc lựa chọn làm LĐPP điển hình trong khu vực
này. Sơ đồ hệ thống đƣợc trình bày trên hình 1.3, điện áp lƣới là 22kV, tổng công
suất năm đầu qui hoạch là 9.63MW và 6.90MVAR. Thông số chi tiết của phụ tải
tại năm cơ sở trên từng nút trình bày trong PL4. Thông số chi tiết của đƣờng dây
trong LĐPP cho trong PL5, tổng chiều dài đƣờng dây toàn tuyến là 35.95km.
Phụ tải của LĐPP thƣờng biến động khá mạnh theo thời gian trong ngày và
theo mùa trong năm do ảnh hƣởng trực tiếp bởi chế độ làm việc của thiết bị điện.
Trong giai đoạn qui hoạch, nghiên cứu sử dụng ĐTPT ngày điển hình cho mùa
hè và mùa đông (dữ liệu điều tra ngày 15/7/2014 và 15/01/2015) của LĐPP thành
phố Thái Nguyên nhƣ hình 1.4 [5]. ĐTPT ngày của mùa đông tƣơng đối bằng
phẳng hơn so với ĐTPT ngày của mùa hè tuy vậy vẫn có chênh lệch công suất
giữa thời điểm cao điểm và thấp điểm rất lớn. Công suất lớn nhất tại giờ cao
điểm (18h) lớn hơn công suất nhỏ nhất tại giờ thấp điểm (4h) tới 3.89 lần vào
mùa hè và 2.72 lần vào mùa đông.
Phụ tải của khu vực Thái Nguyên trong những năm gần đây tăng trƣởng
khá nhanh mặc dù chịu ảnh hƣởng của khủng hoảng kinh tế. Theo qui hoạch phát
triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn (2010÷2015) có xét đến năm 2020
[26], tốc độ tăng trƣởng phụ tải đạt 8.4% trong giai đoạn (2006÷2009) và dự báo
trong giai đoạn (2009÷2020) tốc độ tăng trƣờng phụ tải đạt 11.5%. Khu vực qui


9

hoạch có phạm vi nhỏ nên giả thiết tốc độ tăng trƣởng của phụ tải trong khu vực
là nhƣ nhau và bằng 11.5% mỗi năm.
01
478
Đồng Quang 1

TBA

02
KS Đông Á

03
Lƣơng Ngọc Quyến 1

04
36

Tỉnh Đội

Bắc Nam 3

05

Nguyễn Huệ

06

37
Bắc Nam 1
Lƣơng Ngọc Quyến 2

07
Hồng Hà

08

Cƣ xá Quân khu

09

Đồng Quang
Ngân hàng
Nông nghiệp

21

Cơ khí Mỏ

22

Bắc Nam

23

Bê Tông

10

Chăn nuôi gia súc

11
Ngã 3
Chợ Mới

24
Điện Lực

47

46

12
Việt Thái

48
Minh Cầu 1

26

Qui Bơ 1

Phan Đình Phùng

Kho Bạc

25

13

Trƣờng VHNT

14

UB Thành phố

15

Bột Khoáng

40

41

Gia
Sàng 1

Đồng Tiến 3
42

Đồng Tiến 2

19

Quỳnh Minh
29

30

Cầu Loàng 1
43

31

KK Gia
Sàng 3

32

Bia Chiến
Thắng

33

Cầu Loàng 2

34

Thái Hƣng

17
18

Xuân
Quang 1

Xuân Quang 2
Viện Sét

28

16

Xuân Hòa

Dân cƣ tỉnh đội

Núi Tiện
39

Gia
Sàng 2
27

Chợ Mới

38

Trại Bầu 2
44

45

20
35

Trại Bầu 1

KK Gia Sàng 2

Hình 1.3. Sơ đồ lộ 478, TBA 110kV Thịnh Đán

Dân cƣ
Gia Súc


Hệ số phụ tải ngày điển hình, kpt

10
1,2
Mùa Hè

1

Mùa Đông

0,8
0,6
0,4
0,2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Thời gian, h

Hình 1.4. Đồ thị phụ tải ngày điển hình của LĐPP Thái Nguyên

1.2.3 Những tồn tại và vấn đề qui hoạch LĐPP
Từ những phân tích trên cho thấy, LĐPP Việt Nam nói chung và Thái
Nguyên nói riêng còn tồn tại nhiều bất cập theo từng khu vực và theo từng miền
nhƣ nhiều cấp điện áp, không đồng bộ gây khó khăn trong xây dựng và vận hành.
Mật độ phụ tải tăng cao trong thời gian gần đây dẫn đến một số cấp điện áp
không còn phù hợp do tổn thất công suất và điện năng lớn. Ngoài ra, LĐPP đƣợc
xây dựng và nâng cấp không theo qui hoạch dài hạn, nhiều đƣờng dây cũ, xuống
cấp nên LĐPP chắp vá, lạc hậu. Chất lƣợng điện năng và độ tin cậy CCĐ trong
nhiều khu vực không đảm bảo.
Trong thời gian gần đây, bên cạnh các giải pháp qui hoạch cải tạo truyền
thống nhƣ nâng cấp đƣờng dây và TBA, một giải pháp mới đƣợc khuyến khích
sử dụng là đầu tƣ DG đặc biệt là nguồn pin mặt trời trong một số điều kiện có thể
cạnh tranh với các giải pháp truyền thống. Hơn nữa, một số vấn đề nhƣ việc tái
cơ cấu ngành điện theo mô hình TTĐ cạnh tranh và sự phát triển nhanh các công
cụ tính toán qui hoạch khiến bài toán qui hoạch ứng dụng cho LĐPP trung áp ở
Việt Nam cần xem xét thêm khả năng tham gia của nguồn phân tán nói chung và
nguồn năng lƣợng mặt trời nói riêng trong qui hoạch LĐPP nhằm sử dụng đƣợc
các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo đồng thời nâng cao hiệu quả của LĐPP...

1.3 Nguồn pin mặt trời
Năng lƣợng của tia bức xạ mặt trời có thể đƣợc chuyển đổi thành điện năng
theo phƣơng thức nhà máy điện mặt trời hay trực tiếp qua pin mặt trời. Pin mặt
trời không làm ô nhiễm môi trƣờng, có thể thiết lập ngay tại khu dân cƣ nên khả
năng ứng dụng cao [20], [21]. Tuy vậy, chi phí xây dựng lớn là một rào cản nên
cần có những chính sách hỗ trợ phát triển nguồn năng lƣợng này trong tƣơng lai.

1.3.1 Tiềm năng của nguồn năng lƣợng mặt trời
Năng lƣợng mặt trời có tiềm năng rất lớn, mỗi giây trái đất có thể nhận
đƣợc năng lƣợng tƣơng đƣơng 6x106tấn than đá nhƣng để chuyển thành năng
lƣợng hữu ích còn gặp nhiều khó khăn. Tuy vậy, nguồn điện sử dụng năng lƣợng


11
mặt trời trên Thế giới đã đƣợc ứng dụng và phát triển rất mạnh mẽ trong những
năm gần đây với qui mô công nghiệp. Tổng công suất đặt của Pin trời năm 2008
trên toàn cầu đã đạt 13.1GW nhƣ biểu diễn trên hình 1.5 [44]. Trong đó, các
nƣớc thuộc ủy ban năng lƣợng quốc tế (International Energy Agency - IEA) có
tiềm năng và ứng dụng lớn nhất, năm 2007 đã phát triển đƣợc 2.26GW và trong
những năm tới sẽ phát triển ƣớc tính đạt 7.8GW. Đức là quốc gia đã nghiên cứu
và phát triển thành công nhất các nhà máy điện Pin mặt trời với công suất đặt đạt
5.3GW năm 2008, chiếm 38% tổng công suất đặt toàn cầu. Tây Ban Nha, Nhật
Bản và Mỹ cũng là những quốc gia đã phát triển rất thành công nguồn điện này.
Tổng công suất đặt của nhà máy điện Pin mặt trời mà Tây Ban Nha đã xây dựng
đƣợc tới năm 2008 là 3.4GW, tƣơng tự Nhật Bản đã phát triển đƣợc 2.1GW và
Mỹ là 1.1GW.

Hình 1.5. Tổng công suất đặt nguồn pin mặt trời toàn cầu

1.3.2 Đặc điểm của nguồn năng lƣợng mặt trời tại Thái Nguyên

Việt Nam nằm trong khu vực có cƣờng độ bức xạ mặt trời và số ngày nắng
trong năm cao nên tiềm năng nguồn năng lƣợng mặt trời rất lớn. Tổng xạ trung
bình ngày dao động từ 8.21MJ/m2.ngày đến 24.26 MJ/m2.ngày và trải đều trên
toàn lãnh thổ quốc gia. Số giờ nắng trung bình hàng tháng cũng rất cao, tổng số
giờ nắng trung bình năm đạt trên 1425.9h tại các tỉnh phía Bắc và đạt đến
2847.1h tại các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên. Tuy nhiên, chi phí đầu tƣ xây
dựng lớn nên năng lƣợng mặt trời chƣa đƣợc đầu tƣ phát triển trên qui mô công
nghiệp.
Trong những năm gần đây, một số dự án phát triển nông thôn nhằm cung
cấp điện chiếu sáng cho các khu vực vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo đã
đƣợc một số tổ chức tài trợ. Nguồn điện Pin mặt trời đã đƣợc đầu tƣ xây dựng
với công suất đến 2407.0MWp trong giai đoạn từ năm 1989 đến năm 2008 nhƣng


12
các nguồn này chủ yếu là các hệ thống làm việc độc lập với qui mô nhỏ lẻ, chế
độ vận hành và bảo dƣỡng không đảm bảo nên chƣa phát huy đƣợc hiệu quả. Một
số hệ thống nối lƣới cũng đã đƣợc thực hiện thành công nhƣng cũng với qui mô
rất nhỏ chủ yếu mang tính thử nghiệm nhƣ nhà máy điện Pin mặt trời 100.0kWp
ở Gia Lai năm 1999, năm 2006 xây dựng nhà máy có công suất 154.0kWp tại
trung tâm hội nghị quốc gia. Tháng 11 năm 2010 đã khánh thành nhà máy Pin
mặt trời có công suất 12.0kWp tại trụ sở Bộ công thƣơng. Hiện nay, dự án nhà
máy điện Pin mặt trời nối lƣới qui mô lớn đang đƣợc triển khai tại sân bay Đà
Nẵng với công suất đặt tới 2.7MWp cho thấy nguồn điện sử dụng năng lƣợng
mặt trời qui mô công nghiệp đã bƣớc đầu đƣợc quan tâm trong qui hoạch phát
triển hệ thống điện Việt Nam.
Mặc dù chi phí xây dựng cao, công suất phát giảm thấp vào ban đêm là
những rào cản lớn nhƣng chi phí vận hành và nhiên liệu của Pin mặt trời rất thấp,
không làm ô nhiễm không khí, không tạo ra hiệu ứng nhà kính... DG Pin mặt trời
thƣờng chế tạo theo modul, thời gian và không gian xây dựng nhỏ đồng thời

những chính sách hỗ trợ phát triển các nguồn năng lƣợng tái tạo nói chung và
nguồn nguồn năng lƣợng mặt trời nói riêng đã nâng cao hiệu quả của nguồn điện
Pin mặt trời. Do đó, DG sử dụng năng lƣợng mặt trời nói chung và Pin mặt trời
nói riêng cần đƣợc đặc biệt quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhằm đáp ứng tốc
độ phát triển nhu cầu năng lƣợng rất cao hiện nay
Công suất phát của pin mặt trời phụ thuộc vào cƣờng độ bức xạ mặt trời và
có thể xác định bởi nhiều mô hình khác nhau [76]. Mô hình vật lý có xét đến tính
chất vật lý của pin mặt trời nên cho kết quả tin cậy nhƣng tính toán rất phức tạp
thƣờng đƣợc sử dụng cho kiểm tra tính năng của pin. Mô hình toán học có thể
xác định đƣợc trực tiếp công suất phát với khả năng tính toán nhanh, đơn giản
nên thích hợp cho tính toán qui hoạch hoặc vận hành pin mặt trời. Công suất của
pin mặt trời phụ thuộc trực tiếp vào bức xạ mặt trời đƣợc xác định nhƣ biểu thức
(1.1) [76], [63].
PDC   AC . .G .SPV

(1.1)

Trong đó: G là tổng xạ trên mặt phẳng quan sát có diện tích S PV; AC là
hiệu suất của bộ biến đổi DC/AC;  là hiệu suất của các phần tử DC trong hệ
thống đƣợc xác định bởi ảnh hƣởng của bụi làm giảm hiệu suất của pin, nhiệt độ
của môi trƣờng và các dây nối…