Nghiên cứu ứng dụng phát triển điện mặt trời tại việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học
của GS.VS.TSKH.Trần Đình Long và TS. Lê Thị Minh Châu. Các kết quả nêu trong luận
án là trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố trong bất kỳ một công trình nào.

………….Ngày……tháng……năm…….

Giáo viên hướng dẫn 1

TS. Lê Thị Minh Châu

Giáo viên hướng dẫn 2

GS.TSKH.VS. Trần Đình Long

1

Tác giả luận án

Nguyễn Thùy Linh


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS.VS.TSKH Trần Đình Long, TS.Lê
Thị Minh Châu đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học, dành nhiều thời gian quí báu
và tâm huyết giúp đỡ để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn quí thầy cô giáo
ở Bộ môn Hệ thống điện; lãnh đạo Viện Điện, Viện Đào tạo Sau Đại học Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội; lãnh đạo khoa Kỹ thuật và Công nghệ và lãnh đạo Trường Đại học Phạm
Văn Đồng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về mặt tài chính và thời gian trong suốt quá trình
tôi nghiên cứu luận án. Xin chân thành cảm ơn lời động viên của bạn bè và đồng nghiệp đã
dành cho tôi.

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ba mẹ, cảm ơn chồng và con trai đã luôn
động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cả vật chất và tinh thần. Đó chính là nguồn động lực
to lớn để tôi vượt qua khó khăn và hoàn thành luận án.

Tác giả luận án

Nguyễn Thùy Linh

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ..............................................................................8
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................12
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................13
1. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................13
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................14
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................14
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................15
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................................15
6. Bố cục của luận án ...................................................................................................16
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN NỘI
DUNG LUẬN ÁN VÀ HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM ......17
1.1. Sự cần thiết của việc phát triển và sử dụng năng lượng điện mặt trời tại Việt Nam
.....................................................................................................................................17
1.2. Những công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung luận án ...............................21
1.3. Các vấn đề nghiên cứu trong luận án ....................................................................23

1.4. Tiềm năng điện mặt trời tại Việt Nam ....................................................................25
1.5. Công nghệ pin quang điện (PV) [ 50, 113, 114, 136] .............................................28
1.6. Một số dự án, công trình ứng dụng điện mặt trời tại Việt Nam ..............................36
1.7. Định hướng, chiến lược phát triển năng lượng mặt trời ở Việt Nam ......................39
1.8. Kết luận chương 1 .................................................................................................41
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN CẤU TRÚC, THÔNG SỐ CÁC PHẦN TỬ
CHÍNH VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG QUANG ĐIỆN MẶT TRỜI ...........................43
2.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................43
2.2. Nguồn điện mặt trời công suất nhỏ hoạt động độc lập...........................................43
2.2.1. Sơ đồ đấu nối .....................................................................................................43
2.2.2. Phương pháp tính toán một hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ .........44
2.2.2.1. Các dữ liệu tính toán đầu vào ......................................................................44
2.2.2.2. Các thông số cần xác định ...........................................................................45
2.2.3. Ví dụ tính toán minh họa cho HTĐMT độc lập ....................................................45
2.2.3.1. Hiện trạng và nhu cầu năng lượng xã An Bình (đảo Bé Lý Sơn) - Quảng Ngãi
.................................................................................................................................46
2.2.3.2. Lựa chọn các thành phần của hệ thống điện mặt trời tại xã An Bình [46, 53,
58, 99, 117, 120, 137, 141] .......................................................................................48
2.2.3.3. Sơ đồ đấu nối hệ thống điện mặt trời tại xã An Bình (đảo Bé Lý Sơn) - Quảng
Ngãi ..........................................................................................................................52

3


2.2.3.4. Tính toán hoạt động của hệ thống điện mặt trời ...........................................54
2.3. Nguồn điện mặt trời lắp mái nối lưới......................................................................57
2.3.1. Sơ đồ đấu nối .....................................................................................................57
2.3.2. Ví dụ minh họa hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới cho các nhà ở tư nhân ..58
2.3.3. Ví dụ minh họa hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới cho tòa nhà công cộng ..62
2.3.3.1. Hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới cho văn phòng công ty điện lực Bà

Rịa - Vũng Tàu..........................................................................................................62
2.3.3.2. Hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới của trạm hotline Yên Nghĩa (Hà Nội)
.................................................................................................................................64
2.4. Trang trại điện mặt trời nối lưới công suất trung bình và lớn .................................67
2.4.1. Giới thiệu về nhà máy điện mặt trời Sông Bình (Bình Thuận) .............................67
2.4.1.1. Các thành phần của nhà máy điện mặt trời nối lưới Sông Bình (Bình Thuận)
[16] ...........................................................................................................................68
2.4.1.2. Sơ đồ một sợi nhà máy quang điện mặt trời Sông Bình (Bình Thuận) ..........70
2.4.2. Mô phỏng tác động của nhà máy ĐMT đến thông số vận hành của lưới điện lân
cận điểm kết nối ...........................................................................................................71
2.4.2.1. Giới thiệu về lưới điện lân cận điểm kết nối nhà máy điện mặt trời Sông Bình
(Bình Thuận).............................................................................................................71
2.4.2.2. Phân tích tác động của nguồn điện mặt trời Sông Bình đến một số thông số
vận hành của lưới điện phân phối địa phương ..........................................................72
Nhận xét:......................................................................................................................79
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................................79
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT TRỜI LẮP MÁI NỐI LƯỚI CHO
NHÀ Ở VÀ NHÀ CÔNG CỘNG TẠI VIỆT NAM...............................................................81
3.1. Điện mặt trời nối lưới – Yếu tố quan trọng cho sự phát triển NLTT tại Việt Nam ...81
3.2. Nghiên cứu một số đặc tính vận hành đặc trưng của nguồn điện mặt trời lắp mái
nối lưới .........................................................................................................................83
3.2.1. Phương pháp xử lí dữ liệu và xây dựng biểu đồ công suất, biểu đồ điện áp vận
hành đặc trưng của nguồn điện mặt trời lắp mái nối lưới .............................................83
3.2.2. Áp dụng tính toán minh họa cho các công trình điện mặt trời lắp mái nối lưới tại
thành phố Đà Nẵng, Vũng Tàu và Hà Nội ....................................................................84
3.2.2.1. Các số liệu đo đạc, thu thập được của nguồn điện mặt trời lắp mái nối lưới .84
3.2.2.2. Xử lí các số liệu thu thập và xây dựng một số đặc tính vận hành đặc trưng
của nguồn ĐMTLMNL ...............................................................................................91
3.3. Mô phỏng minh họa tác động của nguồn ĐMTLMNL theo mức độ thâm nhập với
lưới phân phối lân cận điểm kết nối ..............................................................................99

3.3.1. Giới thiệu lưới điện phân phối lân cận điểm kết nối với nguồn điện mặt trời lắp
mái ...............................................................................................................................99
3.3.2. Phân tích tác động của nguồn ĐMTLMNL theo mức độ thâm nhập với lưới phân
phối lân cận điểm kết nối ............................................................................................102

4


3.4. Kết luận chương 3 ...............................................................................................105
CHƯƠNG 4. TÁC ĐỘNG CỦA CƠ CHẾ TRỢ GIÁ ĐẾN PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT TRỜI
......................................................................................................................................106
4.1. Chính sách trợ giá đối với các nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo ...............106
4.2. FIT cho các nguồn điện sử dụng NLTT ...............................................................107
4.2.1. Định nghĩa FIT ..................................................................................................107
4.2.2. Mục tiêu quốc gia, chính sách và mức trợ giá ở một số nước trên thế giới trong
việc xây dựng FIT đối với năng lượng tái tạo .............................................................108
4.2.3. Cơ sở để xây dựng FIT tại Việt Nam ................................................................ 111
4.2.3.1. Một số văn bản của Nhà Nước liên quan đến trợ giá cho nguồn NLTT ......111
4.2.3.2. Đề xuất FIT cho nguồn NLTT tại Việt Nam .................................................114
4.3. Nghiên cứu tác động của biểu giá điện bán lẻ đến phát triển ĐMT tại Việt Nam..116
4.3.1. Biểu giá điện bán lẻ ..........................................................................................116
4.3.2. Phương pháp tính toán tác động của giá điện đến hiệu quả kinh tế - tài chính của
các dự án ĐMT ..........................................................................................................124
4.4. Tính toán minh họa cho các công trình điện mặt trời lắp mái nối lưới tại thành phố
Đà Nẵng và thành phố Vũng Tàu ...............................................................................128
4.4.1. Công trình ĐMTLM NL của nhà ở tư nhân........................................................128
4.4.2. Công trình ĐMTLMNL của nhà công cộng tại thành phố Vũng Tàu ..................131
4.5. Kết luận chương 4 ...............................................................................................133
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................134
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................136

Các công trình công bố liên quan đến luận án ..........................................................136
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................138
PHỤ LỤC 1 ....................................................................................................................146
PHỤ LỤC 2 ....................................................................................................................153
PHỤ LỤC 3 ....................................................................................................................154
PHỤ LỤC 4 ....................................................................................................................156

5


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Mật độ năng lượng mặt trời trung bình năm và số giờ nắng tại một số khu vực.26
Bảng 1.2. Các thông số kỹ thuật chính của pin mặt trời c-Si ............................................ 30
Bảng 1.3. Các thông số kỹ thuật chính của pin mặt trời loại màng mỏng ......................... 31
Bảng 1.4. Chiến lược và mục tiêu năng lượng tái tạo của Việt Nam ................................ 40
Bảng 2.1. Bức xạ trung bình tháng tại Lý Sơn ................................................................. 46
Bảng 2.2. Cường độ bức xạ trung bình ngày tại xã An Bình ( đảo Bé Lý Sơn)................. 46
Bảng 2.3. Tổng nhu cầu điện năng của các loại phụ tải tại xã An Bình ............................ 47
Bảng 2.4. Sản lượng điện năng theo tháng trong năm của hệ thống điện mặt trời lắp đặt tại
xã đảo An Bình (Lý Sơn - Quảng Ngãi) .......................................................................... 49
Bảng 2.5. Các thông số kỹ thuật của acqui GM1000........................................................ 50
Bảng 2.6. Các thông số kỹ thuật của bộ biến đổi điện SMC5000A .................................. 50
Bảng 2.7. Các thông số kỹ thuật của bộ biến đổi SI5048 ................................................. 51
Bảng 2.8. Tổng hợp các thiết bị trong hệ thống điện mặt trời tại xã An Bình ( đảo Bé Lý
Sơn) ................................................................................................................................ 52
Bảng 2.9. Các thông số kinh tế - kỹ thuật của công trình ĐMT tại xã đảo An Bình .......... 55
Bảng 2.10. Chi phí vận hành và bảo dưỡng (O&M) của trạm phát điện mặt trời được minh
họa .................................................................................................................................. 56
Bảng 2.11. Các thông số chung của các công trình ĐMTLMNL tại thành phố Đà Nẵng .. 58
Bảng 2.12. Thông số kỹ thuật chính của mô-đun PV ....................................................... 59

Bảng 2.13. Thông số kỹ thuật của Inverter ...................................................................... 59
Bảng 2.14. Thông số kỹ thuật của hệ thống đo lường – giám sát...................................... 60
Bảng 2.15. Thông số kỹ thuật chính của mô-đun pin mặt trời .......................................... 64
Bảng 2.16. Thông số kỹ thuật chính của inverter nối lưới ................................................ 64
Bảng 2.17. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình tháng trong năm tại Tỉnh Bình Thuận... 68
Bảng 2.18. Các thông số kỹ thuật chính của mô-đun PV đề xuất ..................................... 68
Bảng 2.19. Các thông số kỹ thuật của inverter tích hợp MBA.......................................... 69
Bảng 2.20. Thông số các phần tử mô phỏng của lưới điện lân cận nhà máy ĐMT Sông Bình
....................................................................................................................................... 73
Bảng 2.21. Kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ vận hành bình thường .............. 76
Bảng 2.22. Kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ vận hành không có NMĐMT... 77
Bảng 2.23. Kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ sự cố 1 .................................... 78
Bảng 2.24. Kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ sự cố 2 .................................... 78
Bảng 2.25. Kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ sự cố 3 ................................... 79
Bảng 3.1. Trị số của kì vọng mp và sai số trung bình bình phương  p của công suất phát theo
ngày của các công trình minh họa trong tháng 08/2016 (Pcb = Pđ = 5kWp) ...................... 92
Bảng 3.2. Kì vọng biến thiên mu4 và sai số trung bình bình phương  u của điện áp trong
ngày tại điểm đấu nối của công trình minh họa số 4 trong tháng 08/2016
6


....................................................................................................................................... 92
Bảng 3.3. Trị số của mp và  p của công suất phát theo giờ trong ngày của hệ thống
ĐMTLMNL cho nhà công cộng minh họa (TP Vũng Tàu) .............................................. 96
Bảng 3.4. Trị số của mp và  p của công suất phát theo giờ trong ngày của hệ thống
ĐMTLMNL cho nhà công cộng minh họa (TP Hà Nội) .................................................. 97
Bảng 3.5. Tập hợp kết quả xác định một số đặc tính vận hành đặc trưng của ĐMTLMNL ở
các địa điểm được lựa chọn khác nhau .......................................................................... 99
Bảng 3.6. Tổn thất công suất trên đường dây của lộ 478/E14 trạm 110kV An Đồn với các
mức độ thâm nhập của ĐMTLMNL lần lượt là 0%, 30% .............................................. 103

Bảng 3.7. Điện áp các nút của lộ 478/E14 trạm 110kV An Đồn với các mức độ thâm nhập
của ĐMTLMNL lần lượt là 0% (không có ĐMT), 30% ................................................. 104
Bảng 4.1. Khung giờ tính giá điện của EVN: Bình thường; Cao điểm; Thấp điểm ......... 115
Bảng 4.2. Giá bán điện bình quân sau các lần điều chỉnh (chưa bao gồm thuế VAT) ..... 116
Bảng 4.3. Cấu trúc biểu giá bán lẻ điện hiện hành tại Việt Nam .................................... 117
Bảng 4.4. Chênh lệch giữa giá sinh hoạt bậc cao nhất và thấp nhât của các nước ........... 118
Bảng 4.5. Giá bán lẻ điện cho sinh hoạt tại Việt Nam sau các lần điều chỉnh ................. 120
Bảng 4.6. Các số liệu đầu vào cho thiết kế biểu giá điện bậc thang dùng trong sinh hoạt trong
3 năm gần đây ............................................................................................................... 120
Bảng 4.7. Giá bán điện sinh hoạt bình quân sau các lần điều chỉnh ................................ 121
Bảng 4.8. Biểu giá điện C’i có bước nhảy đều đề xuất ................................................... 121
Bảng 4.9. Khung giờ sử dụng điện theo thời gian trong ngày......................................... 123
Bảng 4.10. Giá bán điện theo thời điểm sử dụng cho kinh doanh ................................... 124
Bảng 4.11. Các thông số kinh tế - kỹ thuật đầu vào của công trình ĐMTLM NL tại thành
phố Đà Nẵng ................................................................................................................. 128
Bảng 4.12. Các thành phần điện năng của hệ thống ĐMTLMNL minh họa trong năm... 129
Bảng 4.13. Các thành phần điện năng của hệ thống ĐMTLMNL minh họa trong thời gian
25 năm .......................................................................................................................... 129
Bảng 4.14. Các thông số kinh tế - kỹ thuật đầu vào của công trình ĐMTLMNL tại thành phố
Vũng Tàu ...................................................................................................................... 131
Bảng 4.15. Các thành phần điện năng của hệ thống ĐMTLMNL minh họa thời gian 25 năm
..................................................................................................................................... 132

7


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Dự báo tỷ lệ các nguồn năng lượng trên toàn cầu trong thế kỷ 21..................... 17
Hình 1.2. Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt của thế giới từ năm 2003 - 2017 (MW) ... 18
Hình 1.3. Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt mới của thế giới từ năm 2010 - 2020 (MW)

....................................................................................................................................... 18
Hình 1.4. Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt (cộng dồn) của thế giới từ năm 2010 - 2020
(MW) .............................................................................................................................. 18
Hình 1.5. Công suất đặt và phụ tải đỉnh (Pmax) toàn quốc giai đoạn 1990 – 2016 ........... 19
Hình 1.6. Xếp hạng quy mô HTĐ Việt Nam so với thế giới và châu Á ............................ 20
Hình 1.7. Tình trạng cung- cầu năng lượng Việt Nam ..................................................... 20
Hình 1.8. Biểu đồ dự đoán xu hướng việc làm trong ngành NLTT Việt Nam theo các kịch
bản khác nhau ................................................................................................................. 21
Hình 1.9. Cường độ bức xạ hàng năm của các khu vực trên thế giới ................................ 26
Hình 1.10. Số giờ nắng hàng tháng tại khu vực Nam Trung Bộ ....................................... 27
Hình 1.11. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày ở Việt Nam .................................. 27
Hình 1.12. Công nghệ nhiệt điện mặt trời (STE).............................................................. 28
Hình 1.13. Công nghệ quang điện mặt trời (PV) (a) và quang điện mặt trời hội tụ ........... 28
Hình 1.14. Các loại tấm pin quang điện ........................................................................... 29
Hình 1.15. Pin mặt trời chế tạo từ màng Si, đơn tinh thể Si, đa tinh thể Si ....................... 29
Hình 1.16. Thị phần các loại pin mặt trời màng mỏng ..................................................... 32
Hình 1.17. Hiệu suất (%) tế bào quang điện và tấm pin mặt trời trong phòng thí nghiệm . 32
Hình 1.18. Dự báo hiệu suất của các loại pin mặt trời ...................................................... 32
Hình 1.19. Giá thành của pin quang điện theo công nghệ ................................................ 33
Hình 1.20. Giá thành trung bình của tấm pin quang điện ................................................. 33
Hình 1.21. Đấu nối tiếp, song song và hỗn hợp các tấm pin pin mặt trời giống nhau........ 34
Hình 1.22. Cấu tạo của ngói năng lượng mặt trời ............................................................ 35
Hình 1.23. Các loại ngói năng lượng mặt trời Tesla ......................................................... 35
Hình 1.24. Chi phí lắp đặt các loại hệ thống điện mặt trời lắp mái ................................... 36
Hình 1.25. Giá điện mặt trời trên thế giới năm 2013 - 2016 ............................................. 38
Hình 1.26. Hệ ĐMT trên quần đảo Trường Sa ................................................................. 38
Hình 1.27. Hệ thống ĐMT 150kWp tại Trung Tâm Hội Nghị Quốc Gia .......................... 38
Hình 1.28. Dự án Trang trại năng lượng mặt trời tại thôn Thịnh Sơn, xã Cam Thịnh Tây, TP
Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa ............................................................................................ 39
Hình 1.29. Cơ cấu nguồn của hệ thống điện Việt Nam .................................................... 40

Hình 1.30. Tỷ trọng sản lượng và công suất điện theo từng nhóm nhà máy ..................... 40
Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời độc lập ........................................................ 44
Hình 2.2. Sơ đồ đấu nối của một hệ thống điện mặt trời độc lập ...................................... 45
Hình 2.3. Sơ đồ địa lí huyện đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi) ................................................... 46
Hình 2.4. Đồ thị phụ tải ngày của các hộ tiêu thụ theo mùa ............................................. 47
8


Hình 2.5. Sơ đồ đấu nối hệ pin mặt trời vào hệ thống ...................................................... 53
Hình 2.6. Sơ đồ đấu nối hệ acqui dự trữ vào hệ thống ..................................................... 53
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống điện mặt trời tại xã An Bình (đảo Bé Lý Sơn) - Quảng Ngãi .... 53
Hình 2.8. Biểu đồ trao đổi công suất ngày cực đại (mùa hè) ............................................ 54
Hình 2.9. Biểu đồ trao đổi công suất ngày cực đại (mùa đông) ........................................ 54
Hình 2.10. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ĐMTLM nối lưới điển hình ...................... 57
Hình 2.11. Sơ đồ đấu nối của một hệ thống điện mặt trời lắp mái nối lưới ....................... 58
Hình 2.12. Sơ đồ lắp đặt thiết bị để thu thập dữ liệu từ xa của hệ thống ĐMT LMNL cho nhà
ở tư nhân ......................................................................................................................... 61
Hình 2.13. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống ĐMT lắp mái nối lưới của văn phòng Công ty Điện
lực Bà Rịa - Vũng Tàu .................................................................................................... 62
Hình 2.14. Sơ đồ đấu nối thiết bị của hệ thống ĐMT lắp mái nối lưới cho văn phòng công ty
điện lực Bà Rịa - Vũng Tàu............................................................................................. 63
Hình 2.15. Sơ đồ khối hệ thống ĐMT hòa lưới và dự phòng............................................ 65
Hình 2.16. Sơ đồ đấu nối ĐMT hòa lưới (a) và dự phòng (b)........................................... 66
Hình 2.17. Địa điểm của nhà máy quang điện mặt trời Sông Bình (Bình Thuận) ............. 67
Hình 2.18. Số giờ nắng trung bình hàng tháng trong năm (từ năm 2001-2015) ................ 67
Hình 2.19. Nhiệt độ không khí trung bình tháng trong năm (2001-2015) ......................... 68
Hình 2.20. So sánh cường độ bức xạ mặt trời tại khu vực xây NMĐMT Sông Bình với thế
giới ................................................................................................................................. 68
Hình 2.21. Sơ đồ một sợi nhà máy ĐMT Sông Bình (Bình Thuận) .................................. 71
Hình 2.22. Sơ đồ mô phỏng lưới điện khu vực lân cận điểm kết nối nhà máy điện mặt trời

Sông Bình đã được đơn giản hóa ..................................................................................... 73
Hình 2.23. Sơ đồ mô phỏng lưới điện lân cận điểm kết nối NMĐMT Sông Bình trên nền
PSSE............................................................................................................................... 75
Hình 2.24. Phân bố điện áp của các nút phụ tải thuộc lưới điện lân cận điểm kết nôi ĐMT
khi NMĐMT không phát điện, phát điện cực đại ............................................................. 76
Hình 2.25. Phân bố điện áp của các nút phụ tải thuộc lưới điện lân cận điểm kết nối nhà máy
ĐMT khi các đường dây kết nối bị sự cố ......................................................................... 76
Hình 3.1. Biểu đồ của ngày PV phát công suất lớn nhất (a) và bé nhất (b) cùng với biến thiên
điện áp tại điểm đấu nối trong ngày tương ứng của công trình ĐMTLMNL 4 minh họa .. 85
Hình 3.2. Biểu đồ các thành phần sóng hài điện áp (a) và dòng điện (b) tại điểm đấu nối
trong ngày của công trình minh họa 4.............................................................................. 85
Hình 3.3. Sản lượng điện tiêu thụ, phát từ PV Điện Lực Vũng Tàu và trao đổi với lưới điện
....................................................................................................................................... 85
Hình 3.4. Biểu đồ ngày phát công suất cực đại và cực tiểu của hệ thống PV Điện Lực Vũng
Tàu ................................................................................................................................. 86
Hình 3.5. Biểu đồ điện áp nút tải tương ứng ngày hệ thống PV Điện Lực Vũng Tàu phát
công suất cực đại và cực tiểu theo mùa mưa (a) và mùa khô (b) trong năm
9


....................................................................................................................................... 86
Hình 3.6. Biểu đồ trao đổi công suất của PV Điện Lực Vũng Tàu với lưới ...................... 87
Hình 3.7. Biểu đồ các thành phần sóng hài điện áp (a) và thành phần sóng hài dòng điện (b)
tại điểm đấu nối trong ngày của hệ thống ĐMTLM NL cho nhà công cộng ..................... 88
Hình 3.8. Biểu đồ biên thiên điện áp (a) và dòng điện (b) theo thời gian tại điểm đấu nối
trong ngày của hệ thống ĐMTLM NL cho nhà công cộng 21/11/2016 ............................ 90
Hình 3.9. Sản lượng PV phát tháng cao nhất ( 27/05/2017) ............................................. 91
Hình 3.10. Biểu đồ ngày phát công suất cực đại và cực tiểu của hệ thống PV theo mùa (mùa
hè và mùa đông).............................................................................................................. 91
Hình 3.11. Biểu đồ công suất trung bình ngày của các công trình ĐMTLMNL được khảo sát

tại thành phố Đà Nẵng (tháng 08/2016) ........................................................................... 92
Hình 3.12. Biểu đồ biến thiên điện áp tại điểm đấu nối trong ngày của công trình minh họa
số 4 trong tháng 8/2016 ................................................................................................... 93
Hình 3.13. Đồ thị thời gian phát công suất kéo dài của các công trình ĐMTLMNL khảo sát
( TP Đà Nẵng)................................................................................................................. 93
Hình 3.14. Biểu đồ phụ tải toàn HTĐ ngày điển hình (03/07/2015) ................................. 94
Hình 3.15. Biểu đồ công suất trung bình ngày của công trình ĐMTLMNL số 4 được khảo
sát tại thành phố Đà Nẵng mùa khô (8/2016) và mùa mưa (10/2016) ............................... 94
Hình 3.16. Đồ thị thời gian phát công suất trung bình kéo dài của công trình ĐMTLMNL số
4 khảo sát mùa mưa (TP Đà Nẵng).................................................................................. 94
Hình 3.17. Đồ thị thời gian phát công suất trung bình kéo dài của công trình ĐMTLMNL số
4 khảo sát mùa khô (TP Đà Nẵng)................................................................................... 95
Hình 3.18. Biểu đồ phát công suất trung bình ngày của PV trong tháng mùa mưa (8/2016)
và mùa khô (3/2017) tại Vũng Tàu .................................................................................. 95
Hình 3.19. Đồ thị thời gian phát công suất trung bình kéo dài của công trình ĐMTLMNL
khảo sát mùa mưa ( TP Vũng Tàu) .................................................................................. 95
Hình 3.20. Đồ thị thời gian phát công suất trung bình kéo dài của công trình ĐMTLMNL
khảo sát mùa khô ( TP Vũng Tàu) ................................................................................... 96
Hình 3.21. Biểu đồ phát công suất trung bình ngày của PV trong tháng mùa hè (5/2017) và
mùa đông (1/2018) .......................................................................................................... 98
Hình 3.22. Đồ thị thời gian phát công suất trung bình kéo dài của công trình ĐMTLMNL
khảo sát mùa hè (TP Hà Nội) .......................................................................................... 98
Hình 3.23. Đồ thị thời gian phát công suất trung bình kéo dài của công trình ĐMTLMNL
khảo sát mùa hè (TP Hà Nội) .......................................................................................... 98
Hình 3.24. Sơ đồ nguyên lí của lưới điện lân cận điểm kết nối công trình ĐMTLMNL số 4
..................................................................................................................................... 101
Hình 3.25. Sơ đồ mô phỏng lộ 478/E16 trạm 110kV An Đồn dựa trên nền PSS/ADEPT
..................................................................................................................................... 102

10

Hình 3.26. Điện áp nút của lộ 478/E14 trạm 110kV An Đồn với các mức độ thâm nhập của
ĐMTLMNL lần lượt là 0% (không có ĐMT), 30% ....................................................... 104
Hình 4.1. Giá thành điện sản xuất ở Việt Nam từ các nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau
..................................................................................................................................... 107
Hình 4.2. Hướng phát triển ĐMTNL trên thế giới ......................................................... 110
Hình 4.3. Biến thiên giá điện từ nguồn Diesel và ĐMT 2002-2020................................ 115
Hình 4.4. Biểu giá bán lẻ điện bậc thang ....................................................................... 118
Hình 4.5. Biểu giá điện bậc thang hiện hành của Việt Nam ........................................... 120
Hình 4.6. Biểu giá bán lẻ bậc thang hiện hành Ci và đề xuất C’i ................................... 122
Hình 4.7. Tỉ lệ điện năng và số hộ tiêu thụ điện sinh hoạt tại mỗi bậc thang trong năm 2017
..................................................................................................................................... 122
Hình 4.8. Qui định về TOU và biểu đồ phát công suất trong ngày của ĐMT ................. 124
Hình 4.9. Sơ đồ khối tính toán các chỉ tiêu kinh tế - tài chính của dự án ĐMTLMNL .... 125

11


THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
ĐMT
PV
ĐMTLMNL
FIT
NLTT
NLMT
CPV
DC
PMT
IEA

EVN
AC
NMĐMT
MBA

Photovoltaic
Feed-in-tariff

Central Photovoltaic
Direct current
International Energy Agency
Vietnam Electricity
Alternative current

12

Điện mặt trời
Quang điện mặt trời
Điện mặt trời lắp mái nối lưới
Chính sách trợ giá
Năng lượng tái tạo
Năng lượng mặt trời
Quang điện mặt trời tập trung
Dòng điện một chiều
Pin mặt trời
Cơ quan năng lượng quốc tế
Tập đoàn Điện Lực Việt Nam
Dòng điện xoay chiều
Nhà máy điện mặt trời
Máy biến áp

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay trữ lượng các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng giảm, trong khi đó
hệ thống năng lượng thế giới vẫn đang dựa vào các nguồn năng lượng hóa thạch chính như dầu,
khí đốt, than đá… Do đó để giải quyết sự thiếu hụt năng lượng trong tương lai và hạn chế tác
động xấu đến môi trường, nhiều nước trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu sử dụng và khai thác
hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo để phát điện. Nhiều nguồn năng lượng tái tạo tự nhiên và thân
thiện với môi trường đang được quan tâm trong đó có nguồn năng lượng mặt trời. Mặc dù tiềm
năng ứng dụng của năng lượng mặt trời là rất lớn nhưng trong một thời gian dài chỉ chiếm một
tỷ phần rất nhỏ trong tổng năng lượng được khai thác và sử dụng.
Những năm gần đây do đã có nhiều tiến bộ kỹ thuật đáng kể trong ngành công nghiệp điện
mặt trời, giá thành giảm nhanh và đáng kể nên điện mặt trời đang ngày càng trở nên cạnh tranh
và phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới.
Tại Việt Nam, nguồn năng lượng hóa thạch hiện nay còn đáp ứng được nhu cầu sử dụng và
sản xuất. Năm 2015, khả năng khai thác và nhập khẩu than đá đáp ứng hơn 90% nhu cầu sử
dụng (trong đó phần lớn dành cho phát điện) nhưng theo dự báo đến năm 2020 thì khả năng khai
thác chỉ đáp ứng được 60% và tỉ lệ này chỉ còn 34% đến năm 2035. Bên cạnh đó, do diễn biến
thời tiết không thuận lợi, hạn hán thường xảy ra trên diện rộng và kéo dài nên lưu lượng nước
về các hồ thủy điện rất thấp có lúc chỉ tích được 25 – 50% dung tích thiết kế. Sau khi thủy điện
Lai Châu hoàn thành, Việt Nam sẽ không còn xây dựng những nhà máy thủy điện lớn vì cơ bản
đã khai thác hết. Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến
2030 thì vào năm 2020, Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn 2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng cơ cấu
năng lượng điện), năm 2030 sẽ nhập 7.100 MW (chiếm 4,9% tổng cơ cấu năng lượng điện).
Từ đây có thể nhận thấy rằng trong tương lai gần tỉ lệ trong cơ cấu phân bổ các nguồn năng
lượng sơ cấp để phát điện sẽ cần phải thay đổi. Nếu không đảm bảo được kế hoạch khai thác các
nguồn năng lượng nội địa hợp lý, vấn đề năng lượng của Việt Nam sẽ phụ thuộc nhiều vào thị
trường năng lượng quốc tế và chịu sự tác động thay đổi của nó. Do đó phát triển đa dạng hóa
các nguồn năng lượng khác bên cạnh các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng trở nên

quan trọng trong cơ cấu nguồn năng lượng Việt Nam trong tương lai, đặc biệt là các nguồn năng
lượng tái tạo. Việc phát triển các nguồn năng lượng mới này không chỉ giải quyết vấn đề cân
bằng cung cầu năng lượng, an ninh năng lượng mà còn góp phần quan trọng giảm phát thải khí
nhà kính, chống biến đổi khí hậu toàn cầu.
Một điểm thuận lợi của Việt Nam trong việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời,
đó là tiềm năng năng lượng mặt trời ở nước ta tương đối cao, là nước nằm trong giải phân bổ
ánh nắng mặt trời trong năm tương đối mạnh trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới.
Năm 2014 trong một dự án do Chính Phủ Tây Ban Nha tài trợ [132] đã công bố bản đồ
đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời trên lãnh thổ Việt Nam. Theo công trình này, Miền
Bắc có 1681 giờ nắng/năm đạt 3,4 kWh/m2/ngày, Miền Trung có 1980 giờ nắng/năm tương
13


ứng 3,8 kWh/m2/ngày và Miền Nam có 2588 giờ nắng/năm tương ứng 4,8 kWh/m2/ngày.
Tuy nhiên mặc dù có tiềm năng khá tốt, hiện nay Việt Nam vẫn chưa tận dụng được nguồn
năng lượng này và hầu hết các dự án điện mặt trời ở Việt Nam vẫn đang phát triển ở qui mô
nhỏ.
Cho đến cuối năm 2017 tại Việt Nam có khoảng hàng trăm công trình sử dụng điện mặt
trời cho nhiều mục đích khác nhau như chiếu sáng gia đình, chiếu sáng công cộng, trường
học, trạm y tế, công viên, đèn tín hiệu cho giao thông vận tải, trạm thu phát sóng, ô tô, canô
chạy điện mặt trời. Riêng tổng công suất ĐMT nối lưới ước tính khoảng gần 1MW.
So với nhiều quốc gia trong khu vực và trên thế giới, điện mặt trời (ĐMT) ở Việt Nam phát
triển chưa đáng kể là do các nguyên nhân chính sau đây:
- Chi phí đầu tư lớn, công nghệ chế tạo và kỹ thuật lắp đặt còn hạn chế, phần lớn các linh
kiện, thiết bị đều nhập từ nước ngoài do đó ảnh hưởng đến giá thành và tính cạnh tranh của
nguồn ĐMT.
- Cơ chế hỗ trợ giá cho các dự án năng lượng tái tạo nói chung và ĐMT nói riêng của
Chính phủ chưa thật sự mạnh mẽ, rõ ràng, chưa đủ sức thu hút các nhà đầu tư ngần ngại khi
đầu tư phát triển các dự án điện tái tạo lớn nói chung và dự án điện mặt trời nói riêng.
- Quỹ đất để lắp đặt, xây dựng các nguồn điện mặt trời lớn bị hạn chế.

Với các nguyên nhân, thách thức và hạn chế như phân tích ở trên, nghiên cứu các vấn đề
liên quan đến phát triển ứng dụng điện mặt trời tại Việt Nam là rất cần thiết trong giai đoạn
đầu phát triển như hiện nay.

2. Mục đích nghiên cứu
Ba mục đích chính:
- Nghiên cứu và lựa chọn cấu trúc và thông số các phần tử chính của các hệ quang điện
mặt trời theo qui mô và mục đích sử dụng: các hệ độc lập công suất nhỏ, các hệ lắp mái nối
lưới, các hệ điện mặt trời lắp trên mặt đất công suất lớn nối với hệ thống điện.
- Đo đạc, thu thập và xử lí số liệu thống kê của một số hệ thống ĐMTLMNL được lựa
chọn ở những khu vực khác nhau của Việt Nam. Xây dựng các thông số vận hành đặc trưng
của ĐMTLMNL từng vùng miền được khảo sát.
- Xác định ảnh hưởng kinh tế - kỹ thuật của các hệ quang điện mặt trời đến thông số vận
hành của lưới điện lân cận điểm kết nối. Đánh giá tác động của cơ chế chính sách đến sự
phát triển của quang điện mặt trời: đánh giá tác động của chính sách giá điện ( giá bán lẻ
điện bậc thang, giá bán theo thời điểm – TOU), cơ chế bù trừ điện năng đến các chỉ tiêu kinh
tế - tài chính của các nguồn điện PV sử dụng cho các mục đích khác nhau.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: cấu trúc và thông số các phần tử chính trong các hệ thống quang
điện mặt trời có công suất khác nhau từ hệ thống độc lập đến các hệ thống PV nối lưới.
- Phạm vi nghiên cứu: các hệ thống quang điện mặt trời đã được lắp đặt và khai thác tại
Việt Nam, đo đạc, thống kê, xử lí dữ liệu nhằm xác định một số thông số vận hành đặc trưng
14


của ĐMTLMNL, tác động của các công trình ĐMT đến chế độ vận hành của các lưới điện
lân cận điểm kết nối. Tác động của cơ chế chính sách, đặc biệt là chính sách giá điện bán lẻ
đến các chỉ tiêu kinh tế - tài chính của các hệ thống quang điện khác nhau.

4. Phương pháp nghiên cứu
Luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết với phương pháp đo đạc, phân tích, so sánh số liệu
vận hành thực tế:
- Tiến hành khảo sát, lắp đặt các thiết bị chuyên dụng bổ sung để đo đạc, thu thập, phân
tích các số liệu vận hành thực tế phục vụ việc tính toán cho các hệ quang điện tại địa phương
khảo sát.
- Thực hiện quá trình đo trào lưu công suất phát của PV, công suất tiêu thụ của phụ tải và
công suất trao đổi giữa hệ quang điện lắp mái với lưới điện, xác định một số các thông số kỹ
thuật đặc trưng cho chất lượng điện năng như: điện áp nút, sóng hài, mức độ không đối xứng,
không cân bằng cũng như các thông số liên quan khác (cường độ bức xạ, nhiệt độ môi trường
tại khu vực lắp đặt …..) của một số hệ quang điện lắp mái nối lưới được lựa chọn để khảo
sát ở những vùng miền khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam.
- Thu thập các số liệu của lưới lân cận điểm kết nối nguồn điện mặt trời, tiến hành mô
phỏng ảnh hưởng của nguồn điện này đến các thông số vận hành của lưới điện địa phương.
- Nghiên cứu các phương pháp và mô hình trợ giá cho NLTT của các nước đạt nhiều
thành tựu trong lĩnh vực này, tìm hiểu và đề xuất các kiến nghị liên quan đến cơ chế chính
sách của Việt Nam thông qua các văn bản liên quan đến NLTT.
- Nghiên cứu tác động của chính sách giá điện đến sự phát triển của ĐMT tại Việt Nam.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
- Khảo sát, đo đạc các thông số vận hành đặc trưng của một số công trình điện mặt trời
trên lãnh thổ Việt Nam để từ đó đánh giá tác động kỹ thuật của ĐMT đến lưới phân phối địa
phương được kết nối và xây dựng phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế - tài chính của các
công trình này theo từng vùng miền của đất nước.
- Nghiên cứu tác động của cơ chế chính sách đến phát triển NLTT nói chung và ĐMT tại
Việt Nam, trong đó có chính sách hỗ trợ cho NLTT, chính sách và biểu giá bán lẻ điện nhằm
đề xuất với Nhà nước những kiến nghị giúp phát triển nhanh các nguồn ĐMT.
- Phân tích ảnh hưởng của biểu giá bán lẻ điện trong đó có biểu giá bậc thang và giá theo
thời điểm sử dụng đến hiệu quả kinh tế - tài chính của các công trình ĐMTLMNL.

- Phương pháp nghiên cứu và tính toán đề xuất trong luận án có thể được sử dụng trong
qui hoạch, thiết kế và quản lí vận hành các hệ thống ĐMT với qui mô và mục đích sử dụng
khác nhau tại Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Số liệu thu thập được từ đo đạc khảo sát thực tế cho phép xây dựng các quan hệ về hiệu
suất, đặc tính phát công suất, tỷ lệ điện năng phát của ĐMT vào các khung giờ khác nhau
15


(cao điểm, bình thường, thấp điểm ) của biểu đồ phụ tải hệ thống cũng như một số thông số
liên quan đến chất lượng điện năng khi các nguồn ĐMT hoạt động ở những vùng miền khác
nhau trên lãnh thổ Việt Nam.
- Những số liệu này cho phép đánh giá một cách có cơ sở tính khả thi cũng như hiệu quả
kinh tế - tài chính của các công trình ĐMT, trong đó có ĐMTLMNL.
- Các nghiên cứu về tác động của cơ chế chính sách đến sự phát triển của NLTT nói chung
và ĐMT nói riêng cho phép đề xuất một số kiến nghị cụ thể liên quan đến khung pháp lí
nhằm thúc đẩy sự phát triển nhanh của nguồn năng lượng dồi dào này tại Việt Nam.

6. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, toàn bộ nội dung của luận án được trình bày
trong 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về các công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung của luận
án và hiện trạng phát triển điện mặt trời tại Việt Nam
Chương 2. Nghiên cứu, lựa chọn cấu trúc, thông số các phần tử chính và hoạt động
của hệ thống quang ĐMT
Chương 3. Nghiên cứu phát triển điện mặt trời lắp mái nối lưới cho nhà ở và nhà công
cộng tại Việt Nam
Chương 4. Tác động của cơ chế trợ giá điện đến phát triển điện mặt trời
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

16


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN
CỨU LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN VÀ HIỆN
TRẠNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM
1.1. Sự cần thiết của việc phát triển và sử dụng năng lượng điện
mặt trời tại Việt Nam
Hiện nay trữ lượng các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng giảm, dự báo trữ
lượng dầu mỏ và khí đốt chỉ còn đủ sử dụng trong khoảng 50 năm, than đá khoảng 230 năm
và uranium khoảng 70 năm (hình 1.1) và môi trường đang bị ô nhiễm nghiêm trọng khi sử
dụng các nguồn năng lượng này nên nhiều nước trên thế giới đã và đang tiến hành nghiên
cứu, khai thác và ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo để phát điện trong đó phải kể đến
vai trò quan trọng của nguồn năng lượng mặt trời. Mặc dù tiềm năng ứng dụng của năng lượng
mặt trời là rất lớn nhưng chỉ chiếm một tỷ phần rất nhỏ trong tổng năng lượng được khai thác và
sử dụng trong một thời gian dài. Những năm gần đây do đã có nhiều tiến bộ kỹ thuật đáng kể
trong ngành công nghiệp điện mặt trời, giá thành giảm nhanh và đáng kể nên điện mặt trời đang
ngày càng trở nên cạnh tranh và phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới với tổng công
suất lắp đặt trên toàn thế giới tăng đáng kể (hình 1.2).
Cuối năm 2015, tổng công suất PV trên toàn thế giới lên khoảng 227GW; điện năng sản
xuất 253TWh chiếm 1,05% điện sản xuất toàn thế giới; tăng bình quân 51% giai đoạn 20002015. Tổng công suất ĐMT lắp đặt mới toàn cầu 2016 đạt 77GW, dự báo 2017 đạt 79 GW
(tăng 3%). Thị trường Châu Á tăng mạnh nhất trong lắp đặt điện mặt trời (hình 1.3). Năm
2016, tổng công suất lắp đặt ĐMT toàn cầu vượt 310GW; các quốc gia hàng đầu (Trung
Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Đức và Ý) đóng góp 70% tổng công suất, Đức sẽ giảm từ vị trí thứ 2
xuống vị trí thứ 4 (sau Nhật và Mỹ) (hình 1.4).

Hình 1.1. Dự báo tỷ lệ các nguồn năng lượng trên toàn cầu trong thế kỷ 21 [92]

17

Hình 1.2. Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt của thế giới từ năm 2003 - 2017 (MW) [69]

Hình 1.3. Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt mới của thế giới từ năm 2010 - 2020 (MW)[91]

Hình 1.4. Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt (cộng dồn) của thế giới từ năm 2010 - 2020 (MW)[91]

Tại Việt Nam, nguồn năng lượng hóa thạch hiện nay cơ bản đáp ứng được nhu cầu sử
dụng và sản xuất. Năm 2015, khả năng khai thác và nhập khẩu than đá đáp ứng hơn 90%
nhu cầu sử dụng (trong đó phần lớn dành cho phát điện) nhưng theo dự báo đến năm 2020
thì khả năng khai thác chỉ đáp ứng được 60% và tỉ lệ này chỉ còn 34% đến năm 2035. Bên
cạnh đó, do diễn biến thời tiết không thuận lợi, hạn hán thường xảy ra trên diện rộng và kéo
dài nên lưu lượng nước về các hồ thủy điện có lúc rất thấp chỉ tích được 25 – 50% dung tích
thiết kế. Sau khi thủy điện Lai Châu hoàn thành, Việt Nam sẽ không còn xây dựng những
nhà máy thủy điện lớn vì cơ bản đã khai thác hết. Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc
18


gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến 2030 thì vào năm 2020 Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn
2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng cơ cấu năng lượng điện), năm 2030 sẽ nhập 7.100 MW
(chiếm 4,9% tổng cơ cấu năng lượng điện).
Trong khi đó nhu cầu sử dụng điện tại Việt Nam tăng trưởng rất nhanh kể cả trong ngắn
hạn, trung hạn và dài hạn. Năm 1990, tổng sản lượng điện thương phẩm trong nước chỉ đạt
6 tỷ kWh thì năm 2000 đã lên đến 22 tỷ kWh và năm 2016 là 158 tỷ kWh. Tương ứng, công
suất cực đại Pmax cũng tăng từ 2533 MW năm 1990 lên 4983 MW năm 2000 và đạt 28302
MW năm 2016 (hình 1.5)[26].
Điện nhập khẩu
Năng lượng mới
Điện tích năng

Nhà máy nhiệt điện dầu
Nhà máy điện tuabin khí
Nhà máy nhiệt điện than
Nhà máy thủy điện
Phụ tải đỉnh

Hình 1.5. Công suất đặt và phụ tải đỉnh (Pmax) toàn quốc giai đoạn 1990 – 2016 [28]

Nếu như tăng trưởng GDP Việt Nam khá ấn tượng giai đoạn 2000 - 2016 thì tăng trưởng
tiêu thụ điện còn ấn tượng hơn rất nhiều với mức tăng trung bình 12,8%/năm (gấp khoảng 2
lần tăng trưởng GDP). Xếp hạng về tiêu thụ điện của Việt Nam đã tăng từ vị trí thứ 19 (năm
2000) lên đứng thứ 10/40 châu Á năm 2015. Nếu xét trên phạm vi toàn thế giới về tiêu thụ
điện, hệ thống điện Việt Nam cũng đã phát triển ở quy mô khá lớn, xếp thứ 25/196 quốc gia
(hình 1.6) [28]. Trong 15 năm, Việt Nam đã lần lượt vượt qua rất nhiều nước về sản lượng
điện tiêu thụ như: Singapore, Kuwait, Iraq, Triều Tiên, Isarel, Hồng Kông (TQ), Philippine,
Malaysia, Pakistan. Các cuộc khủng hoảng tiền tệ châu Á (1997 - 2000), khủng khoảng tài
chính thế giới (2008 - 2009) và suy thoái kinh tế toàn cầu (2010 - 2012) cũng không ảnh
hưởng nhiều đến tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm của Việt Nam. Tăng trưởng điện
thương phẩm vẫn có dạng tuyến tính và chưa có dấu hiệu bão hòa.
Theo tính toán của EVN, để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế với tốc độ tăng trưởng từ
7-8%/năm và thực hiện được mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam cơ bản trở thành một nước
công nghiệp thì trong 20 năm tới nhu cầu điện sẽ phải tăng từ 15-17%/năm.

19


Hình 1.6. Xếp hạng quy mô HTĐ Việt Nam so với thế giới và châu Á [28]

So sánh sự tương quan giữa nhu cầu điện tiêu thụ và điện cung cấp của hệ thống điện Việt
Nam (hình 1.7).

Năm 2000

Năm 2015
Sinh khối
Than
Thủy điện
Khí đốt
Dầu mỏ

25%

45%

17%
9%

18%

23%
13%

28%

18%

4%

(a)
Năm 2000

33%

Năm 2015
23%

33%

13%
5%

14% 15%

19%
32%

13%

(b)
Hình 1.7. Tình trạng cung- cầu năng lượng Việt Nam [24]
(a) Cơ cấu sản xuất năng lượng sơ cấp; (b) Cơ cấu tiêu thụ năng lượng sơ cấp

20


Từ đây có thể nhận thấy rằng nếu không đảm bảo được kế hoạch khai thác các nguồn
năng lượng nội địa hợp lý, vấn đề năng lượng của Việt Nam sẽ phụ thuộc nhiều vào thị
trường năng lượng quốc tế và chịu sự tác động thay đổi của nó. Trong tương lai gần tỉ lệ
trong cơ cấu phân bổ các nguồn năng lượng sơ cấp để phát điện sẽ có sự thay đổi (theo Qui
hoạch Điện VII hiệu chỉnh, vào năm 2030 sản lượng điện tái tạo chiếm khoảng 10% sản
lượng điện và 21% công suất. Do đó phát triển, đa dạng hóa các nguồn năng lượng khác bên

cạnh các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng trở nên quan trọng trong cơ cấu nguồn
năng lượng Việt Nam, đặc biệt là các nguồn năng lượng tái tạo. Việc phát triển và khai thác,
sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu điện năng cho nền kinh tế đang phát
triển trong bối cảnh việc cung ứng năng lượng đang và sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức
có ý nghĩa hết sức quan trọng cả về kinh tế - xã hội, an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường
( năng lượng mặt trời được đánh giá là thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu
đến xã hội). Hơn nữa, ngành năng lượng phát triển bền vững góp phần tăng tỉ lệ việc làm
cho người lao động hàng năm (hình 1.8). Việc đầu tư vào nguồn năng lượng tái tạo nói chung
và nguồn năng lượng mặt trời nói riêng sẽ có hiệu quả đối với một quốc gia có tiềm năng
điện mặt trời cao như ở Việt Nam.
BAU: KB phát triển thông thường
SES: KB phát triển NL bền vững
ASES: KB phát triển NL bền vững tối ưu

Hình 1.8. Biểu đồ dự đoán xu hướng việc làm trong ngành NLTT Việt Nam theo
các kịch bản khác nhau [154]

Nhận thức được tầm quan trọng của các nguồn năng lượng tái tạo nói chung và nguồn
điện mặt trời nói riêng, đã có rất nhiều các công trình trong và ngoài nước nghiên cứu về các
vấn đề kỹ thuật – kinh tế liên quan đến nguồn điện mặt trời. Ở đây luận văn chỉ đề cập đến
các vấn đề liên quan nguồn quang điện mặt trời như đã giới thiệu ở phần mở đầu.

1.2. Những công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung luận án
Trong luận văn này chỉ đề cập đến những vấn đề liên quan đến công nghệ quang điện
(Photovoltaic - PV) và khả năng phát triển ứng dụng quang điện mặt trời tại Việt Nam:
(1) Nghiên cứu tiềm năng của NLMT: có rất nhiều các nghiên cứu trong và ngoài nước
xoay quanh vấn đề này [19, 20, 25, 29-31, 42, 51, 52, 59, 68, 69, 71, 84, 87, 89-95, 97, 99 101, 117, 125-129, 132, 159]. Các công trình nghiên cứu này chủ yếu phân tích, đánh giá
tình hình phát triển ứng dụng của công nghệ ĐMT trong phát điện và nhiệt; đánh giá tiềm
21

năng ĐMT ở các khu vực trên thế giới; cập nhập số lượng công trình và công suất lắp đặt
mới hàng năm, tổng công suất lắp đặt lũy kế ĐMT hàng năm, vốn đầu tư hàng năm và lũy
kế của các dự án ĐMT cho từng khu vực cũng như trên toàn cầu; phân tích xu hướng phát
triển công nghệ, giá thành ĐMT trong chu kì dài hạn và ngắn hạn.
(2) Công nghệ chế tạo các phần tử của hệ thống ĐMT: PV, bộ tích điện, inverter, thiết bị
đo đếm. Ở đây luận án chỉ giới thiệu về các thông số chính của các phần tử này và các ứng
dụng của nó qua các công trình nghiên cứu [16, 19, 33, 49, 50, 88, 103, 105, 148, 158]. Các
công trình nghiên cứu này chủ yếu phân loại, định nghĩa và phân tích ứng dụng, cập nhật
xu hướng phát triển công nghệ và giá thành của các phần tử trong hệ thống ĐMT. Tùy theo
mục đích sử dụng mà qui mô công suất đặt (kWp) và cấu trúc của hệ quang điện mặt trời rất
đa dạng, nội dung các vấn đề nghiên cứu liên quan đến phát triển ứng dụng quang điện mặt
trời cũng rất khác nhau.
(3) Cấu trúc của các hệ quang ĐMT được thực hiện theo qui mô sử dụng bao gồm:


Các thiết bị sử dụng quang điện riêng lẻ.



Các hệ thống quang điện làm việc độc lập với lưới điện.

 Các hệ thống quang điện nối hệ thống điện.
Có rất nhiều công trình trong và ngoài nước liên quan đến cấu trúc của các hệ thống quang
điện mặt trời, tuy nhiên phần lớn các công trình này chưa sắp xếp, phân loại theo qui mô và
mục đích sử dụng của từng hệ thống cũng như việc phân tích, tính toán, lựa chọn chủng loại
và thông số các phần tử chính trong hệ thống (panel PV, acqui, bộ điều khiển, inverter, thiết
bị đóng cắt chuyển mạch, dây dẫn và các phụ kiện đấu nối…) chưa được xem xét chi tiết
[26, 46, 47, 53, 63, 64, 72, 77, 80, 81, 83, 98, 103, 112, 116, 120, 137-139, 141, 145, 152,
158, 159].

(4) Nghiên cứu về các công trình điện mặt trời lắp mái nối lưới
Qui mô công suất của các nguồn ĐMT so với phụ tải của lưới phân phối địa phương được
kết nối sẽ có những tác động khác nhau đến thông số vận hành và chất lượng điện năng của
lưới điện: ĐMT lắp mái thường có công suất cỡ vài kWp đến vài trăm kWp; các trang trại
mặt trời có công suất nhỏ và trung bình từ một vài MWp đến vài chục MWp nên thường có
ảnh hưởng hạn chế đến các thông số vận hành của lưới điện trong chế độ xác lập như: mức
điện áp tại điểm kết nối và một số nút lân cận, trào lưu và tổn thất công suất trên các phần
tử liên hệ trực tiếp đến điểm kết nối, sự xuất hiện của sóng hài do hoạt động của
inverter…[16, 19, 27, 32, 43-45, 60, 62, 66, 70, 79, 88, 96, 106, 107, 109, 110, 123, 124,
130, 131, 133-135, 140, 143, 145, 153, 156, 157]. Phạm vi ảnh hưởng của các nguồn ĐMT
lắp mái đến lưới điện thường không lớn, đối với ĐMT lắp mái thông thường chỉ xét ảnh
hưởng đến lưới phân phối hạ áp lân cận điểm kết nối.
Vấn đề so sánh các thông số vận hành đặc trưng của PV giữa các vùng miền trên lãnh thổ
Việt Nam chưa được quan tâm đúng mức. Trong luận án đã lựa chọn các công trình điện mặt
trời có công suất khác nhau đại diện trên các vùng lãnh thổ để tiến hành đo đạc, thu thập dữ
liệu về các thông số vận hành của các hệ thống ĐMT PV, từ đó xây dựng các biểu đồ phát
22


công suất đặc trưng của PV ở từng vùng theo thời gian trong năm. Xác định một số thông số
vận hành tiêu biểu và xác định tỉ lệ điện năng phát trong giờ cao điểm Acđ/Atb. Nghiên cứu
này có ý nghĩa quan trọng trong đánh giá hiệu quả kinh tế tài chính của công trình, đặc biệt
khi chênh lệch giữa giá điện cao điểm và thấp điểm áp dụng cho các hộ tiêu thụ càng lớn thì
hiệu quả của ĐMTLM NL càng cao.
Phần lớn các nghiên cứu về công trình ĐMT tập trung vào đánh giá các chỉ tiêu kinh tế
tài chính của công trình [16, 19, 26, 46, 55-59, 61, 63, 75, 78, 80, 81, 86, 97, 98, 105, 111,
112, 116, 120, 137, 138, 142, 145, 147, 149, 159] và tác động của PV nối lưới nói riêng đến
các thông số vận hành của lưới điện lân cận điểm kết nối, không phân biệt chủng loại và qui
mô công trình.
Trong luận án các công trình ĐMTLMNL được phân thành 2 loại: (1) lắp trên các mái

nhà ở tư nhân và (2) lắp trên mái nhà công cộng (cơ quan, xí nghiệp, trường học, trạm y
tế…..) để tiến hành đo đạc, phân tích dữ liệu và xây dựng phương pháp đánh giá hiệu quả
kinh tế - tài chính riêng.
(5) Tác động của cơ chế, chính sách, trong đó có chính sách giá điện đến sự phát triển
ứng dụng nguồn quang điện mặt trời:
Kinh nghiệm quốc tế cho thấy việc phát triển các nguồn điện sử dụng NLTT nói chung
và năng lượng mặt trời nói riêng phụ thuộc rất nhiều vào cơ chế chính sách hỗ trợ NLTT của
Nhà nước.
Cơ chế chính sách hỗ trợ phát triển NLTT nói chung và ĐMT nói riêng bao gồm nhiều
nội dung: hỗ trợ bằng giá mua điện từ nguồn cấp (Feed-in-tarrif), bằng luật pháp (Feed-inlaw), bằng cơ chế thuế (Feed-in-tax), bằng biểu giá mua bán điện….
Những quốc gia đạt được nhiều thành tựu lớn và dẫn đầu trong lĩnh vực ĐMT như: Mỹ,
Ấn Độ, Trung Quốc, Tây Ban Nha, Đức…đều có chính sách trợ giá (FIT) dưới nhiều hình
thức khác nhau [21-23, 25, 36, 51, 59, 65, 68, 69, 71, 76, 78, 82, 89-95, 99-101, 113, 125129, 136, 144, 150, 151, 154, 159]. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu FIT và đánh giá tác động
của chính sách giá điện đến các chỉ tiêu kinh tế tài chính của các nguồn PV vẫn chưa được
quan tâm một cách đúng mức, do đó đây sẽ là một trong những nội dung nghiên cứu chính
của luận án.

1.3. Các vấn đề nghiên cứu trong luận án
Như giới thiệu ở phần mở đầu, luận văn chủ yếu nghiên cứu các vấn đề liên quan đến phát
triển công nghệ quang điện mặt trời tại Việt Nam bao gồm 4 nội dung chính như sau:
1) Đánh giá tiềm năng và hiện trạng phát triển NLTT ở các khu vực trên thế giới và tại
Việt Nam (chương 1) [21, 22, 25, 29, 31, 33, 36, 42, 49, 52, 53, 59, 60, 77, 88-95,
103, 108, 114, 121, 125-129, 132, 144, 150, 151, 159].
2) Cấu trúc và thông số các phần tử chính của các hệ quang điện mặt trời theo qui mô
và mục đích sử dụng (chương 2)

23


Luận án nghiên cứu về cấu trúc của các hệ thống quang điện từ qui mô nhỏ đến lớn, từ hệ

thống độc lập đến hệ thống nối lưới. Có nhiều công trình trong và ngoài nước nghiên cứu về
lĩnh này, có thể kể đến như sau:
+ Các hệ thống quang điện mặt trời độc lập [26, 46, 47, 80, 81, 104, 105, 116, 137-139,
147, 152]: hầu hết các công trình chủ yếu nghiên cứu về cách tính toán thiết kế một hệ thống
quang điện mặt trời độc lập không nối lưới. Trong luận án việc nghiên cứu cấu trúc và thông
số các phần tử chính của một hệ thống ĐMT độc lập được minh họa cho trường hợp của đảo
Lý Sơn Bé (Quảng Ngãi).
+ Các hệ thống quang điện mặt trời lắp mái nối lưới [20, 36, 63, 83, 104, 113, 142]: các
công trình này nghiên cứu, tính toán thiết kế các hệ thống quang điện mặt trời lắp mái cho
các tòa nhà. Trong luận án, ĐMT lắp mái nối lưới được nghiên cứu cho 2 loại đối tượng:
(a)- nhà ở tư nhân ở khu vực TP Đà Nẵng và (b)- nhà công cộng ở TP Vũng Tàu.
+ Các nhà máy quang điện mặt trời đặt trên mặt đất nối lưới [16, 19, 74, 83, 141]: các
công trình này nghiên cứu, tính toán thiết kế các nhà máy quang điện mặt trời có công suất
vừa và lớn. Trong luận án nghiên cứu về nhà máy quang ĐMT đặt trên mặt đất có công suất
trung bính nối lưới được minh họa cho trường hợp cụm NMĐ Sông Bình ( Bình Thuận).
Nhìn chung có nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về cấu trúc, thông số của
các phần tử chính trong một hệ thống quang điện mặt trời tuy nhiên như phân tích ở phần
mở đầu, các công trình này chỉ nghiên cứu từng loại hệ thống quang điện mặt trời riêng lẻ
chưa sắp xếp và hệ thống hay phân loại các loại hệ thống quang điện mặt trời theo qui mô
hay mục đích sử dụng khác nhau.
3) Nghiên cứu về các công trình điện mặt trời lắp mái nối lưới (chương 3)
+ Đối với các hệ thống quang điện mặt trời lắp mái nối lưới: vì công suất đặt của các công
trình này chỉ dao động khoảng từ vài kWp đến vài MWp nên mức độ thâm nhập của các
nguồn điện mặt trời lắp mái vào lưới lân cận điểm kết nối không ảnh hưởng nhiều đến các
chỉ tiêu chất lượng điện năng của lưới kết nối ( điện áp, sóng hài, sự mất cân bằng pha, tổn
thất…). Đối với các nhà máy quang điện mặt trời đặt trên mặt đất: công suất đặt của các nhà
máy này dao động từ vài chục MWp đến hàng trăm MWp nên khi mức độ thâm nhập của
nguồn điện này vào lưới lớn sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu điện năng của lưới được kết nối.
Có nhiều công trình trong và ngoài nước đã nghiên cứu vấn đề này: [16, 19, 27, 32, 43-45,
60, 62, 66, 70, 79, 88, 96, 106, 107, 109, 110, 123, 124, 130, 131, 133-135, 140, 143, 145,

153, 156, 157]
+ Luận án sẽ đi sâu nghiên cứu một số công trình ĐMTLMNL cụ thể của nhà ở tư nhân
và nhà công cộng, thu thập, truyền dữ liệu và xử lí thông tin tập trung nhằm xây dựng 1 số
đặc tính vận hành cơ bản của ĐMT theo từng vùng miền khác nhau trên lãnh thổ của Việt
Nam.
+ Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - tài chính của công trình trình [16, 19, 26, 46, 55-59, 61,
63, 75, 78, 80, 81, 86, 97, 98, 105, 111, 112, 116, 120, 137, 138, 142, 145, 147, 149, 159]:
hầu hết các công trình khi tính toán thiết kế cho một hệ thống quang điện mặt trời ngoài tính
24


toán kỹ thuật đều có tính toán đánh giá về mặt kinh tế của công trình, tùy theo quan điểm
của tác giả mà cách tính toán, đánh giá kinh tế - tài chính công trình khác nhau, chẳng hạn
đánh giá qua các chỉ tiêu NPV, IRR, Tthv (thời gian thu hồi vốn của công trình) hay tổng
thu – chi của dự án.
Tuy nhiên hầu hết các công trình này chỉ nghiên cứu sâu về các tác động của nguồn điện
mặt trời đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cụ thể của một công trình điện mặt trời riêng lẻ
mà chưa đề cập đến vấn đề tính toán, xây dựng các thông số vận hành của các hệ thống
quang điện mặt trời đại diện cho từng vùng miền khác nhau. Trong luận án, trên cơ sở những
dữ liệu thu thập được từ các công trình khảo sát thí điểm [23] đã xác định các thông số vận
hành tiêu biểu như hệ số phát công suất cực đại so với công suất đặt, xây dựng biểu đồ phát
công suất đặc trưng cho từng vùng miền được lựa chọn, biểu đồ phát công suất kéo dài và
thời gian phát công suất cực đại đẳng trị, tỷ lệ điện năng phát trong giờ cao điểm. Mặt khác
trong phần tính toán kinh tế, các công trình nghiên cứu này chưa đề cập đến những thông tư
cụ thể mới nhất liên quan đến cơ chế chính sách của Nhà nước hỗ trợ cho phát triển ĐMT
tại Việt Nam.
4) Tác động của cơ chế chính sách và biểu giá điện đến phát triển của quang điện mặt
trời (chương 4)
Nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đề cập đến vấn đề tác động của cơ
chế, chính sách đến sự phát triển của nguồn quang điện mặt trời [20, 25, 36, 51, 59, 65, 68,

69, 71, 76, 78, 82, 89-95, 99-101, 113, 125-129, 136, 144, 154, 159]: đưa ra các giải pháp
khuyến khích và hỗ trợ cho các nguồn quang điện mặt trời, phân tích và so sánh các chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật liên quan khi có và không có trợ giá (Feed-in-tariff). Tuy nhiên, các công
trình nghiên cứu này chưa đi sâu đánh giá, tính toán cụ thể tác động của biểu giá mua bán
điện (giá bán lẻ bậc thang và giá bán theo thời điểm sử dụng) cho các đối tượng sử dụng điện
sinh hoạt và dịch vụ thương mại đến các chỉ tiêu kinh tế - tài chính của công trình quang
điện mặt trời.
Chương 4 của luận án đi sâu nghiên cứu cách tính toán các chỉ tiêu kinh tế - tài chính, lợi
ích và chi phí của công trình ĐMT trong quan hệ với phương thức thanh toán được thỏa
thuận giữa chủ đầu tư công trình ĐMT với đơn vị điện lực có lưới điện được kết nối, phù
hợp với khung pháp lí và lợi ích của Nhà nước và chủ đầu tư . Kết quả các nghiên cứu này
của luận án có thể hỗ trợ các nhà đầu tư vào nguồn quang điện mặt trời có cái nhìn và phương
pháp đánh giá tổng quan hơn về tiềm năng khai thác các hệ thống quang điện mặt trời ( đặc
biệt là hệ thống ĐMT lắp mái nối lưới) trên các vùng miền của Việt Nam.

1.4. Tiềm năng điện mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam có tiềm năng năng lượng mặt trời tương đối cao, là nước nằm trong dải phân bổ
ánh nắng mặt trời trong năm tương đối mạnh trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới (hình 1.9).

25