Tối ưu hóa dung lượng cho hệ thống các nguồn năng lượng tái tạo sử dụng phần mềm homer

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

2019
KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
TỐI ƯU HÓA DUNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG CÁC NGUỒN
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO SỬ DỤNG PHẦN MỀM HOMER

NGUYỄN HỮU TRÍ

NGUYỄN HỮU TRÍ

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hồi Thu

-

Chun ngành: Kỹ thuật điện

Bộ mơn:

Hệ thống điện

Viện:

Điện

CB170190
HÀ NỘI, 11/2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Tối ưu hóa dung lượng cho hệ thống các nguồn
năng lượng tái tạo sử dụng phần mềm HOMER

NGUYỄN HỮU TRÍ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hồi Thu
Bộ mơn:
Hệ thống điện
Chữ ký của GVHD
Viện:
Điện

HÀ NỘI, 11/2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Nội dung luận văn
đúng với tên đề tài đã được đăng ký và phê duyệt theo quyết định số: 2851/QĐĐHBK-ĐT-SĐH ngày 05/10/2018 của Hiệu trưởng trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội.
Hà Nội, ngày

tháng 11 năm 2019

Học viên

Nguyễn Hữu Trí


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................
MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... v
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO .......... 1
1.1.

Định nghĩa năng lượng tái tạo .................................................................. 1

1.2.

Phân loại các nguồn năng lượng tái tạo .................................................... 2

1.2.1.

Năng lượng mặt trời ........................................................................... 2

1.2.2.

Năng lượng địa nhiệt ......................................................................... 3

1.2.3.

Năng lượng thủy triều ........................................................................ 4

1.2.4.

Năng lượng gió .................................................................................. 4

1.2.5.

Năng lượng sinh khối......................................................................... 7

1.2.6.

Nhiên liệu sinh học ............................................................................ 7

1.3.

Vai trò của năng lượng tái tạo .................................................................. 8

1.4.

Thuận lợi và khó khăn cho phát triển năng lượng tái tạo ......................... 8

1.4.1.

Thuận lợi ............................................................................................ 8

1.4.2.

Khó khăn .......................................................................................... 11

1.5.

Tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam ............................. 12

1.5.1.

Năng lượng mặt trời ......................................................................... 12

1.5.2.

Năng lượng gió ................................................................................ 17

1.6.Đặt vấn đề ................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2 MƠ HÌNH BÀI TỐN TỐI ƯU DUNG LƯỢNG

CHO HỆ

THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ................................................................... 22
2.1. Mơ hình hệ thống nghiên cứu .................................................................... 22
2.1.1. Tấm pin quang điện (PV) .................................................................... 23
2.1.2. Tua bin gió (WT) ................................................................................. 24
2.1.3. Pin lưu trữ (BATT) và bộ chuyển đổi (CONV) .................................. 26
2.1.3. Máy phát điện Diesel:.......................................................................... 27
2.2. Bài toán tối ưu dung lượng cho hệ thống hỗn hợp năng lượng tái tạo ...... 27

i


2.2.1. Hàm mục tiêu ...................................................................................... 27
2.2.2. Ràng buộc............................................................................................ 30
CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HOMER .............................................. 31
3.1. Giới thiệu phần mềm HOMER.................................................................. 31

3.1.1. Sử dụng HOMER ................................................................................ 31
3.1.2. Cách hoạt động của HOMER.............................................................. 32
3.1.3. Mô phỏng ............................................................................................ 32
3.1.4. Tối ưu hóa ........................................................................................... 33
3.1.5. Phân tích độ nhạy ................................................................................ 33
3.1.6. Phân tích mơ phỏng, tối ưu hóa và độ nhạy ........................................ 33
3.2. Cách nhập số liệu....................................................................................... 34
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TỐI ƯU DUNG LƯỢNG HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CUNG CẤP CHO PHỤ TẢI KHU VỰC CHƯƠNG
MỸ, HÀ NỘI SỬ DỤNG PHẦN MỀM HOMER ............................................... 35
4.1. Hệ thống dữ liệu đầu vào........................................................................... 35
4.1.1. Thông số phụ tải .................................................................................. 35
4.1.2. Thơng số gió ........................................................................................ 37
4.1.3. Thơng số mặt trời ................................................................................ 38
4.1.4. Thông số pin lưu trữ ............................................................................ 39
4.1.5. Thông số bộ chuyển đổi: ..................................................................... 39
4.1.6. Thông số máy phát diesel: .................................................................. 39
4.2. Hệ thống năng lượng tái tạo độc lập không nối lưới ................................. 40
4.2.1 Hệ thống cấp điện cho phụ tải sinh hoạt .............................................. 40
4.2.2. Phân tích độ nhạy và xét tính bất định ................................................ 49
4.2.3. Hệ thống cấp điện cho phụ tải công nghiệp ........................................ 52
4.3. Hệ thống năng lượng tái tạo đấu nối vào Hệ thống điện ........................... 54
4.3.1. Hệ thống cấp điện cho phụ tải sinh hoạt ............................................. 54
4.3.2. Hệ thống cấp điện cho phụ tải công nghiệp ........................................ 55
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 59

ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
HOMER: Hybrid Optimization Model for Electric Renewable: là tên phần mềm
tối ưu hóa lai của nhiều thiết bị tái tạo điện.
BATT: Battery: pin lưu trữ
CONV: Bộ chuyển đổi
PV: Tấm pin quang điện
WT: Tua bin gió
NPC: Chi phí hiện tại rịng

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Cơ cấu nguồn điện Việt Nam tính đến 31/12/2016 ........................................ 11
Bảng 1.2. Tiềm năng năng lượng gió Việt Nam ở độ cao 65m ..................................... 19
Bảng 4.1. Thơng số phụ tải của một ngày điển hình cho phụ tải sinh hoạt một lộ đường
dây của huyện Chương Mỹ (Hà Nội) .............................................................................. 35
Bảng 4.2. Thông số phụ tải của một ngày điển hình cho phụ tải cơng nghiệp một lộ
đường dây của huyện Chương Mỹ (Hà Nội) ................................................................... 36
Bảng 4.3. Thơng số của một tua bin gió.......................................................................... 37
Bảng 4.4. Thơng số tốc độ gió năm tại thị trấn Chúc Sơn, Chương Mỹ, Hà Nội ........... 37
Bảng 4.5. Thông số của một tấm pin quang điện mẫu .................................................... 38
Bảng 4.6. Thông số năng lượng bức xạ năm tại thị trấn Chúc Sơn, Chương Mỹ, Hà Nội38
Bảng 4.7. Thông số của một bộ pin lưu trữ..................................................................... 39
Bảng 4.8. Thông số của một bộ chuyển đổi .................................................................... 39
Bảng 4.9. Thông số của một máy phát diesel.................................................................. 39
Bảng 4.10. Các thành phần có mặt trong các kịch bản ................................................... 40
Bảng 4.11. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 1 .................................................... 45
Bảng 4.12. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 2 .................................................... 46
Bảng 4.13. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 3 .................................................... 47

Bảng 4.14. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 4 .................................................... 48
Bảng 4.15. Tổng hợp kết quả các kịch bản độc lập khơng nối lưới ................................ 48
Bảng 4.16. Kết quả tính tốn độ nhạy khi chi phí đầu tư PV giảm ................................. 49
Bảng 4.17. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 4(2) ................................................ 50
Bảng 4.18. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 4(3) ................................................ 51
Bảng 4.19. Kết quả tính tốn của mơ hình kịch bản 4(5) ................................................ 52
Bảng 4.20. Tổng hợp kết quả các kịch bản độc lập không nối lưới trong trường hợp phụ
tải công nghiệp ................................................................................................................ 53
Bảng 4.21. Các thành phần có mặt trong các kịch bản ................................................... 54
Bảng 4.22. Tổng hợp kết quả các kịch bản có nối lưới với phụ tải sinh hoạt ................. 54
Bảng 4.23. Kết quả phân tích độ nhạy khi thay đổi giá mua bán điện ............................ 55
Bảng 4.24. Tổng hợp kết quả các kịch bản có nối lưới trong trường hợp phụ tải công
nghiệp .............................................................................................................................. 56

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Năng lượng tái tạo .................................................................................. 2
Hình 1.2. Năng lượng mặt trời ............................................................................... 2
Hình 1.3. Quá trình khai thác năng lượng địa nhiệt ............................................... 4
Hình 1.4. Khai thác năng lượng thủy triều ............................................................. 4
Hình 1.5. Khai thác năng lượng gió ....................................................................... 5
Hình 1.6. Năng lượng sinh khối ............................................................................. 7
Hình 1.7. Nhiên liệu sinh học................................................................................. 7
Hình 1.8. Tỷ trọng các nguồn điện Việt Nam tính đến 31/12/2016..................... 11
Hình 1.9. Bản đồ bức xạ mặt trời Việt Nam (kWh/m2) ....................................... 16
Hình 1.10. Tiềm năng điện gió tại Việt Nam (W/m2) .......................................... 18
Hình 2.1. Mơ hình hệ thống khi nối lưới (a) và khi làm việc độc lập (b) ............ 22
Hình 2.2. Tấm pin quang điện ngồi trang trại .................................................... 23

Hình 2.3. Tấm pin quang điện lắp cho hộ gia đình .............................................. 23
Hình 2.4. Tua bin gió trên đất liền ....................................................................... 24
Hình 2.5. Tua bin gió ngồi khơi ......................................................................... 25
Hình 2.6. Đặc tính cơng suất phát của tua bin theo vận tốc gió........................... 26
Hình 2.7. Pin lưu trữ năng lượng cơng suất nhỏ .................................................. 27
Hình 2.8. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng lớn ................................................... 27
Hình 4.1. Đồ thị phụ tải ngày điển hình cho phụ tải sinh hoạt một lộ đường dây
của huyện Chương Mỹ (Hà Nội).......................................................................... 36
Hình 4.2. Đồ thị phụ tải ngày điển hình cho phụ tải công nghiệp một lộ đường
dây của huyện Chương Mỹ (Hà Nội) ................................................................... 37
Hình 4.3. Biểu đồ vận tốc gió năm tại thị trấn Chúc Sơn, Chương Mỹ, Hà Nội . 38
Hình 4.4. Biểu đồ năng lượng bức xạ năm tại thị trấn Chúc Sơn, Chương Mỹ .. 39
Hình 4.5. Mơ hình kịch bản 1. ............................................................................. 40
Hình 4.6. Giao diện phần mềm HOMER ............................................................. 41
Hình 4.7. Lấy dữ liệu thơng số vận tốc gió và bức xạ mặt trời từ NASA ........... 41
Hình 4.8. Nhập thơng số phụ tải từng giờ theo đồ thị phụ tải ngày ..................... 42
Hình 4.9. Thêm nguồn năng lượng tái tạo PV ..................................................... 42
Hình 4.10. Thêm Bộ chuyển đổi (Converter) ...................................................... 43

v


Hình 4.11. Thêm Hệ thống pin lưu trữ .................................................................43
Hình 4.12. Nhập thông số tổng xạ ngày của khu vực lắp đặt PV ......................... 44
Hình 4.13. Tính tốn kết quả tối ưu ......................................................................45
Hình 4.14. Mơ hình kịch bản 2. ............................................................................46
Hình 4.15. Mơ hình kịch bản 3. ............................................................................47
Hình 4.16. Mơ hình kịch bản 4. ............................................................................48
Hình 4.17. Độ nhạy khi giảm chi phí đầu tư PV .................................................. 50
Hình 4.18. Độ nhạy khi tăng giá dầu diesel .......................................................... 51

Hình 4.19. Mơ hình kịch bản ở hệ thống có nối lưới. ...........................................54

vi


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
1.1.

Định nghĩa năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo hay còn gọi là năng lượng tái sinh. Hiểu một cách nôm
na, năng lượng tái tạo là những nguồn năng lượng vô hạn, liên tục, có khả năng
tái sinh như: năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt. Nguyên
tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ
các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng
kỹ thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ mặt trời. Năng
lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm:
phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ và hệ thống điện độc lập nông
thôn.
Hiện nay, trong bối cảnh nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng, các
nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt dẫn đến nguy cơ thiếu hụt nguồn cung
năng lượng trong tương lai gần. Mặt khác, nguồn năng lượng hóa thạch là tác
nhân chính gây ra tình trạng ơ nhiễm mơi trường trên toàn cầu.
Tuy nhiên, hiện nay trên toàn cầu, năng lượng tái tạo đang sử dụng chỉ
chiếm 16%, quá ít ỏi so với tiềm năng thực tế của nó. Năng lượng tái tạo sử dụng
chủ yếu để ứng dụng vào ngành điện. [1]
Năng lượng vơ hạn có hai nghĩa:


Năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở nên cạn kiệt vì sự sử
dụng của con người. Ví dụ: Năng lượng mặt trời



Năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục trong các quy trình
cịn diễn tiến trong một thời gian dài trên trái đất. Ví dụ: năng lượng sinh
khối.

1


Hình 1.1. Năng lượng tái tạo
1.2.

Phân loại các nguồn năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo bao gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt,
năng lượng thủy triều, thủy điện, năng lượng gió, năng lượng sinh khối, nhiên
liệu sinh học.
1.2.1. Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sinh ra từ các tia bức xạ điện từ
mà mặt trời chiếu xuống trái đất. Nguồn năng lượng này dự kiến sử dụng và tồn
tại trong 5 triệu năm nữa.
Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí
quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ
năng lượng có thể khai thác được.

Hình 1.2. Năng lượng mặt trời

2


Quang điện mặt trời
Hệ thống quang điện mặt trời là hệ thống biến đổi trực tiếp năng lượng
mặt trời thành điện năng. Khối xây dựng cơ bản của hệ thống quang điện mặt trời
gồm pin quang điện mặt trời, là một thiết bị bán dẫn được sử dụng để chuyển đổi
năng lượng mặt trời thành dòng điện một chiều. Pin quang điện một chiều được
kết nối với nhau để tạo thành mô đun PV, thường lên đến 50-200W [2]. Các mô
đun quang điện mặt trời được kết hợp với các thành phần ứng dụng như biến tần,
pin, các linh kiện điện và hệ thống lắp đặt, tạo thành một hệ thống quang điện
mặt trời. Các mơ đun có thể được liên kết với nhau để cung cấp năng lượng từ
một vài W đến hàng trăm MW. Hầu hết các công nghệ quang điện mặt trời là hệ
thống dùng silicon dạng tinh thể. Các mơ đun màng mỏng cũng có thể gồm các
vật liệu bán dẫn không chứa silicon, chiếm khoảng 10% thị trường toàn cầu. Hệ
thống quang điện mặt trời tập trung (CPV Concentrating PV), trong đó ánh sáng
mặt trời được tập trung vào một khu vực nhỏ, mới bắt đầu được triển khai trên thị
trường. Các tế bào quang điện mặt trời tập trung mang lại hiệu quả rất cao lên
đến 40% - nhưng chỉ đối với các bức xạ trực tiếp bình thường. Các cơng nghệ
khác như tế bào quang điện mặt trời hữu cơ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu.
Bởi vì quang điện mặt trời tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời nên 20% sản
lượng điện bị hạn chế bởi thời gian khi mặt trời chiếu sáng. Tuy nhiên, IEA nhấn
mạnh, dự án tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo không ổn định trong lưới điện
(GIVAR) mang lại một số lựa chọn (đáp ứng nhu cầu, sản xuất linh hoạt, cơ sở
hạ tầng lưới điện, tích trữ) mang lại hiệu quả chi phí, đồng thời giải quyết những
thách thức về năng lượng.
1.2.2. Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái
Đất. Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ
hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời

được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất.

3


Hình 1.3. Quá trình khai thác năng lượng địa nhiệt
1.2.3. Năng lượng thủy triều
Năng lượng thủy triều là năng lượng khai thác từ cơng năng của dịng
nước. Điện được tạo ra nhờ hệ thống đập, tua bin nước và máy phát điện.
Nguồn điện từ thủy điện chiếm tới 20% nguồn điện của thế giới. Các nước
phát triển thủy điện mạnh nhất phải kể tới: Na Uy, IceLand, Áo.

Hình 1.4. Khai thác năng lượng thủy triều
1.2.4. Năng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của khơng khí di chuyển trong bầu khí
quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt
trời. Năng lượng gió được khai thác nhờ những tua bin gió.

4


Hình 1.5. Khai thác năng lượng gió
Cũng giống như các công nghệ năng lượng tái tạo khác dựa trên những
nguồn tài nguyên tái tạo, năng lượng gió xuất hiện trên khắp thế giới và có thể
góp phần làm giảm phụ thuộc vào nhập khẩu năng lượng do không bị ảnh hưởng
bởi những rủi ro về giá nhiên liệu đồng thời cải thiện an ninh năng lượng và làm
đa dạng nguồn năng lượng cũng như làm giảm sự biến động về giá nhiên liệu hóa
thạch, vì thế có thể ổn định chi phí sản xuất điện trong một thời gian dài. Năng
lượng gió khơng trực tiếp phát thải khí nhà kính (CHG) và không thải ra chất ô
nhiễm khác như ô xít lưu huỳnh và ơ xít ni tơ, ngồi ra nó khơng tiêu thụ nước.

Đối với những địa phương vùng nóng hoặc khơ đang quan tâm đến các vấn đề ô
nhiễm không khí và thiếu nguồn nước ngọt để làm mát cho các nhà máy, những
lợi ích của năng lượng gió ngày càng trở lên quan trọng.
1.2.4.1. Năng lượng gió trên đất liền:
Năng lượng gió trên đất liền là một trong những công nghệ năng lượng tái
tạo đang được phát triển ở quy mơ tồn cầu. Các tua bin gió lấy động năng từ q
trình di chuyển dịng khơng khí (gió) và chuyển đổi thành điện năng thơng qua rơ
to khí động học, được nối qua hệ thống truyền dẫn với máy phát điện. Tua bin
tiêu chuẩn hiện nay có 3 cánh quay trên một trục ngang, với một máy phát điện
đồng bộ hoặc không đồng bộ được kết nối với lưới điện. Ngồi ra cịn có các tua
bin hai cánh và dẫn động trực tiếp (khơng có hộp số). Công suất điện của tua bin
tỉ lệ thuận với điện tích của rơ to vì vậy những rơ to lớn và ít hơn (trên những
tháp cao hơn) sử dụng nguồn gió hiệu quả hơn so với nhiều máy nhỏ. Cơng suất

5


tua bin gió lớn nhất hiện này từ 5-6MW, đường kính rơ to lên đến 126 mét.
Những tua bin gió thương mại điển hình có cơng suất từ 1.5MW đến 3MW. Từ
năm 2000, cơng suất lắp đặt tăng trung bình 24% mỗi năm. Trong năm 2012,
khoảng 45GW công suất điện gió mới được lắp đặt tại hơn 50 quốc gia, đưa cơng
suất điện gió ngồi khơi và trên đất liền toàn cầu lên tổng số là 282GW. Đầu tư
mới cho năng lượng gió trong năm 2012 là 76.6 tỷ USD. Trong số các dự án
năng lượng sạch lớn nhất được tài trợ trong năm 2012 là bốn địa điểm gió ngoài
khơi (216MW đến 400MW) tại các vùng biển thuộc Đức, Anh và Bỉ nằm ở biển
Bắc với khoản đầu tư 0.8 tỷ Euro đến 1.6 tỷ Euro (tương đương 1.1 tỷ USD đến
2.1 tỷ USD) [2]
1.2.4.2. Năng lượng gió ngồi khơi:
Năng lượng gió ngồi khơi được tạo ra bởi các tua bin gió được lắp đặt trên
biển. Việc lắp đặt các tua bin trên biển tận dụng được nguồn gió tốt hơn các địa

điểm ở đất liền. Các tua bin ngoài khơi đạt được nhiều giờ đủ tải hơn (đủ cơng
suất phát điện). Các trại gió ngồi khơi có thể được đặt gần các trung tâm tiêu thụ
điện lớn ở ven biển, thường tránh sử dụng đường dây tải điện dài để đáp ứng nhu
cầu về điện – điều này có thể làm cho điện gió ngồi khơi đặc biệt hấp dẫn đối
với nhiều nước có nhu cầu phát triển vùng ven biển hoặc nằm xa các vùng phát
triển điện trên đất liền. Do ít phải cạnh tranh về khơng gian hơn so với sự phát
triển trại gió trên đất liền và thỏa mãn những yêu cầu về môi trường nên các dự
án điện gió trên biển có thể lớn hơn và trong tương lai có thể đạt 1GW. Cuối năm
2012, trại gió 5.4GW đã được lắp đặt (tăng từ 1.5GW từ năm 2008), chủ yếu ở
Anh (3GW) và Đan Mạch (1GW), một số các nhà máy điện gió ngồi khơi lớn
cũng được lắp đặt tại Bỉ, Trung Quốc, Đức, Hà Lan, Thụy Điển, Na Uy, Nhật
Bản, Bồ Đào Nha và Hàn Quốc. Ngoài ra, các dự án mới cũng được quy hoạch tạ
Pháp và Mỹ. Tại Anh, dự dán điện gió ngồi khơi cơng suất 46GW đã được đăng
ký, trong đó có khoảng 10GW đang trong q trình thơng qua, xây dựng hoặc đi
vào hoạt động [2].

6


1.2.5. Năng lượng sinh khối
Năng lượng sinh khối là năng lượng có nguồn gốc từ các dạng vật chất
sống, chủ yếu là thực vật. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba
cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, và chuyển đổi sinh hóa.

Hình 1.6. Năng lượng sinh khối
1.2.6. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có
nguồn gốc động thực vật như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật
(mỡ động vật, dầu dừa…), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương…), chất thải trong
nông nghiệp (rơm rạ, phân…), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản

phẩm gỗ thải…)

Hình 1.7. Nhiên liệu sinh học
Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ khác


Năng lượng lò xo.

7




Hiệu ứng điện động.



Angten thu dao động điện từ.
1.3.



Vai trò của năng lượng tái tạo

Các nguồn tài nguyên khoáng sản theo ước tính sẽ cạn kiệt trong khoảng
80-100 năm nữa. Năng lượng tái tạo chính là nguồn năng lượng thay thế.



Năng lượng tái tạo không gây ô nhiễm môi trường, giúp làm giảm lượng

khí CO2 thải ra mơi trường gây hiệu ứng nhà kính.



Tiết kiệm ngân sách khắc phục thiệt hại do ô nhiễm môi trường gây nên,
mang lại nhiều lợi ích sinh thái.



Phát triển kinh tế bền vững, đem lại nhiều công ăn việc làm cho người lao
động.



Đây là nguồn năng lượng mà chúng ta có thể dành cho con cháu vì chúng
khơng bao giờ cạn kiệt.



Giúp các quốc gia tự chủ về nguồn năng lượng, không tạo ra khủng hoảng
năng lượng, giảm mức sản xuất phóng xạ và sự lan rộng của vũ khí
nguyên tử, tránh xung đột gây ra chiến tranh.
1.4.

Thuận lợi và khó khăn cho phát triển năng lượng tái tạo

1.4.1. Thuận lợi
Việc phát triển năng lượng tái tạo từ nước, nắng, gió, sinh khối, địa nhiệt...
đang trở thành xu thế tồn cầu vì đây là nguồn năng lượng sạch, giảm khí thải
nhà kính, góp phần chống biến đổi khí hậu cũng như giúp các nước trên thế giới

giảm khai thác và phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch tự nhiên. Sản lượng
năng lượng tái tạo, không bao gồm thủy điện đã tăng kỷ lục trong năm 2016,
trong đó Trung Quốc đã vượt qua Mỹ về sản lượng năng lượng tái tạo. Trong
năm 2016, sản lượng thủy điện toàn cầu đã tăng trưởng 2.8% và Trung Quốc
đóng góp 40% vào tổng mức tăng trưởng này. Năng lượng tái tạo sẽ phát triển
mạnh mẽ trong vòng 5 năm tới bởi chi phí thấp và các chính sách tạo điều kiện
thúc đẩy nguồn năng lượng này. Đến năm 2021, sản lượng điện từ năng lượng tái
tạo sẽ đạt khoảng 825GW, chiếm khoảng 28% sản lượng điện toàn cầu.
Tại Mỹ, điện năng do các nhà máy điện sản xuất ra từ năng lượng tái tạo
tăng 9% trong năm 2016 và đặt mục tiêu điện năng từ năng lượng tái tạo sẽ

8


chiếm tỷ lệ 14% tổng sản lượng điện năng của nước này, trong đó lượng điện
năng được tạo ra từ năng lượng gió và mặt trời sẽ lần lượt chiếm tỷ lệ 5.2% và
0.8%. Mỹ có thể cắt giảm 78% lượng khí các-bon mà ngành cơng nghiệp sản
xuất điện thải ra vào năm 2030 bằng cách nâng cấp cơ sở hạ tầng để bắt kịp sự
phát triển của hai lĩnh vực năng lượng gió và năng lượng mặt trời.
Tại Đơng Nam Á, kể từ khi thỏa thuận Paris về chống biến đổi khí hậu
được phê chuẩn vào tháng 12/2015 cũng như cam kết của các quốc gia về môi
trường (INDC) được ký kết vào tháng 11/2016, các nước trong khu vực đã tập
trung áp dụng các giải pháp chuyển đổi sang sử dụng nguồn năng lượng thải ra ít
các-bon hơn. Các khoản đầu tư vào cơ sở hạ tầng cung cấp năng lượng sạch để
đáp ứng các mục tiêu của INDC được dự báo tăng và đến năm 2030 các nước
ASEAN sẽ cần đến 2.100 tỷ USD cho lĩnh vực này.
Để đẩy nhanh kế hoạch "Năng lượng sạch cho toàn châu Âu", các nước
thành viên liên minh châu Âu (EU) vừa thông qua đề xuất của Ủy ban châu Âu
(EC) về gói đầu tư trị giá 444 triệu Euro cho 18 dự án lớn của EU về cơ sở hạ
tầng năng lượng. Các dự án liên quan lĩnh vực năng lượng thông minh sẽ giúp

liên kết và tăng cường an ninh cho mạng lưới năng lượng toàn châu Âu. Theo đó,
các thành viên EU sẽ đẩy nhanh việc chuyển đổi sang nền kinh tế có mức độ thải
khí các-bon thấp, an toàn và cạnh tranh. Theo thống kê, đầu tư vào năng lượng
gió ngồi khơi ở châu Âu đã tăng gấp hai lần và năm 2016, đạt kỷ lục 13.3 tỷ
Euro.
Tổ chức năng lượng tái tạo toàn cầu cho biết, năm 2016 tổng mức đầu tư
toàn cầu dành cho năng lượng tái tạo cao hơn hai lần mức đầu tư dành cho phát
triển năng lượng từ than đá và khai thác khí đốt tự nhiên, đạt mức 286 tỷ USD.
Trung Quốc là quốc gia chi nhiều nhất cho các dự án năng lượng tái tạo, chiếm
hơn 30% mức đầu tư toàn cầu. Việc các quốc gia đầu tư hạ tầng, công nghệ để
phát triển năng lượng tái tạo đang giúp giảm nhanh giá thành loại năng lượng
mới này. Theo đánh giá của các chuyên gia năng lượng, hiện giá điện mặt trời đã
cạnh tranh với giá điện sản xuất từ than ở Đức và Mỹ. Tình hình sẽ diễn ra tương
tự ở những thị trường tăng trưởng nhanh như Ấn Độ và Trung Quốc vào năm
2021. Giá điện sản xuất từ các tấm pin quang điện chỉ còn bằng 25% so với mức

9


giá vào năm 2009. Việc giá năng lượng tái tạo giảm mạnh không chỉ giúp phát
triển nhanh loại năng lượng này cịn mở ra triển vọng giảm bớt lượng khí thải
gây hiệu ứng nhà kính trên quy mơ tồn cầu.
Tại Việt Nam, Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách khuyến
khích phát triển năng lượng tái tạo, đề ra mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo và
hướng đến một thị trường điện cạnh tranh với nguồn đầu tư và mơ hình kinh
doanh đa dạng. Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược phát triển Năng
lượng tái tạo quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn 2050, Chính phủ
khuyến khích việc phát triển và sử dụng năng lượng mới và năng lượng tái tạo;
cung cấp các hỗ trợ tài chính cho nghiên cứu sản xuất thử nghiệm và xây dựng
những mơ hình thí điểm; miễn thuế nhập khẩu, sản xuất và lưu thơng. Cụ thể,

Chính phủ đã đề ra mục tiêu tăng thị phần của năng lượng tái tạo trong tổng năng
lượng thương mại sơ cấp từ 3% năm 2010 lên 5% năm 2020 và 11% năm 2050;
tăng thị phần điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo như gió và sinh khối từ
3.5% tổng sản lượng điện sản xuất lên 6% vào năm 2030.
Vào ngày 23/01/2019 vừa qua, tại xã Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh
Bình Thuận, Dự án Điện mặt trời tại Trung tâm Điện lực Vĩnh Tân đã được đóng
điện thành cơng, vận hành hòa đồng bộ vào lưới điện quốc gia. Đây là dự án Dự
án điện mặt trời đầu tiên của tỉnh Bình Thuận được hồn thành và đưa vào vận
hành hòa lưới điện quốc gia. Dự án Điện mặt trời tại Trung tâm Điện lực Vĩnh
Tân do Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng điện 2 (EVNPECC2) là đơn vị cổ
phần do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nắm giữ cổ phần chi phối làm chủ
đầu tư. Dự án có cơng suất lắp đặt là 6,2 MW với sản lượng phát điện dự kiến
mỗi năm khoảng 10,5 triệu kWh. Cơng trình có tổng mức đầu tư khoảng 100 tỷ
đồng. Đây là dự án được EVNPECC2 triển khai theo phương thức tự thiết kế mua sắm trang thiết bị - tổ chức thi công; đồng thời cũng là công trình nằm trong
chiến lược phát triển của EVNPECC2 làm chủ đầu tư xây dựng nhà máy điện từ
đây đến năm 2022 với mục tiêu đạt tổng công suất 500 MW.

10


Bảng 1.1. Cơ cấu nguồn điện Việt Nam tính đến 31/12/2016
Cơng suất đặt (MW)

Tỷ trọng (%)

Thủy điện

15875

37.7

Than

14448

34.3

Dầu

1370

3.3

Khí

7502

17.8

Diesel, TĐ nhỏ và NLTT

2418

5.7

Nhập khẩu

540

1.3

Tổng

42153

100

Than
Dầu
Khí
Diesel, TĐ nhỏ và
NLTT
Nhập khẩu

Hình 1.8. Tỷ trọng các nguồn điện Việt Nam tính đến 31/12/2016.
1.4.2. Khó khăn
-

Chính sách phát triển chưa phù hợp và còn nhiều bất cập.

-

Thực tế đầu tư một số dự án năng lượng tái tạo còn cho thấy nhiều vấn đề
khác. Hầu hết các thiết bị làm dự án chúng ta không sản xuất được mà
phải nhập khẩu. Như nhập khẩu tua bin gió của Mỹ, châu Âu về thì riêng
tiền vận chuyển cũng chiếm khoảng 10-15% giá trị, làm cho giá thành đầu
tư, giá năng lượng của chúng ta cao. Với một dự án điện gió cơng suất
khoảng 30MW thì tối thiểu phải đầu tư 50 triệu USD. Trong khi đó, các
doanh nghiệp Việt Nam thường là các doanh nghiệp nhỏ nên tìm kiếm

11


nguồn vốn để phát triển năng lượng tái tạo là rất khó khăn. Bên cạnh đó,
do cơ sở hạ tầng của nước ta chưa tốt, một số dự án nhà đầu tư phải tự bỏ
tiền ra để làm đường vận chuyển thiết bị, kéo lưới, đội giá thành đầu tư
lên. [2]
-

Ngồi khó khăn về việc thu xếp vốn thì nguồn nhân lực hiện nay cũng là
một thách thức lớn bởi hiện nay nước ta chưa có một trường nào đào tạo
chuyên ngành về năng lượng tái tạo nên đây là lực lượng rất khó tìm kiếm
ở Việt Nam. Hầu hết lực lượng về phát triển năng lượng tái tạo đều được
đào tạo từ nước ngoài về và lượng này rất ít. Với nguồn lực như vậy rất
khó khăn cho sự phát triển.

-

Khó khăn lớn nhất hiện nay là lộ trình điều chỉnh và thực hiện chính sách
giữa các bộ, ngành.

-

Mâu thuẫn với các quy định về thuế, thiếu các quy trình đấu nối, các
chứng nhận về inverter, chưa có cơ chế rõ ràng cho người bán điện với
người mua… đặc biệt là đối với những dự án điện mặt trời trên mái nhà.
Nhìn chung, phát triển năng lượng tái tạo ở nước ta còn rất nhiều rào cản.

Tuy nhiên, đây là yêu cầu cấp thiết và quan trọng đối với sự phát triển bền vững
của đất nước. Chính phủ đang có nhiều nỗ lực để tìm kiếm các giải pháp khắc

phục, hỗ trợ các nhà đầu tư. Hy vọng với những nỗ lực của Chính phủ cùng với
sự hợp tác, hỗ trợ của các tổ chức quốc tế, các nhà đầu tư trong và ngoài nước
chúng ta sẽ khai thác và sử dụng hiệu quả hơn nguồn năng lượng này để đảm bảo
cho sự phát triển bền vững trong tương lai.
1.5.

Tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Hiện nay, nguồn năng lượng thủy điện ở Việt Nam đã được khai thác cũng
như lên dự án khai thác gần như tất cả. Điều đó dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ
hơn của các nguồn năng lượng mới có tiềm năng rất lớn ở Việt Nam như điện
mặt trời và điện gió.
1.5.1. Năng lượng mặt trời
Tiềm năng năng lượng mặt trời được phân loại thành 4 mức như sau [2]:
-

Mức 1: Khu vực có bức xạ trung bình năm trên 4.8kWh/m2/ngày.

-

Mức 2: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3.8 đến 4.8kWh/m2/ngày.

12


-

Mức 3: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3.2 đến 3.7kWh/m2/ngày.

-

Mức 4: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3.2kWh/m2/ngày trở xuống.
Với các khu vực ở mức 1 thì khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời đạt

hiệu quả cao, mức 2 đạt hiệu quả, mức 3 bình thường và mức 4 thì khơng có hiệu
quả.
Việc đo đạc và đánh giá dữ liệu cường độ bức xạ mặt trời thường xuyên ở
các vị trí có thể mới chỉ là điều kiện cần thiết ban đầu để triển khai ứng dụng
năng lượng mặt trời. Vì thế cần phải biết rõ các giá trị bức xạ mặt trời trong cả
năm tại vị trí cụ thể, nơi mà hệ thống thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời sẽ
được thiết kế và xác định cơng suất. Ngồi ra, thông số về số giờ nắng cũng là
một chỉ tiêu để đánh giá tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo.
Theo số liệu thống kê của Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc gia về số
giờ nắng (số liệu bình qn 20 năm) ở Việt Nam thì có thể chia thành 3 khu vực
như sau:
-

Khu vực 1: Các tỉnh vùng Tây Bắc (Sơn La, Lai Châu): Số giờ nắng tương
đối cao từ 1897 đến 2102 giờ/năm.

-

Khu vực 2: Các tỉnh còn lại của Miền Bắc và một số tỉnh từ Thanh Hóa
đến Quảng Bình: Số giờ nắng trung bình năm từ 1400 đến 1700 giờ/năm.

-

Khu vực 3: Các tỉnh từ Huế trở vào: Số giờ nắng cao nhất cả nước từ 1900
đến 2900 giờ/năm. Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1800
giờ/năm trở lên thì được coi là có tiềm năng để khai thác sử dụng. Đối với

Việt Nam thì tiêu chí này phù hợp với nhiều vùng, nhất là các tỉnh phía
nam. Ở Việt Nam, năng lượng mặt trời được coi là nguồn năng lượng
phong phú bởi nơi nào cũng có và có những đặc điểm nổi bật sau đây:
Năng lượng mặt trời không phân bố đồng đều trên toàn lãnh thổ do đặc
điểm địa hình và chịu ảnh hưởng của các dịng khí quyển đại dương và lục
địa. Có hai vùng khí hậu đặc trưng khá rõ nét là:

+ Từ vĩ tuyến 17 trở ra Bắc, khí hậu có 4 mùa rõ rệt: Xn – Hạ - Thu – Đông.
+ Từ vĩ tuyến 17 trở vào Nam, khí hậu phân ra 2 mùa: mùa mưa và mùa khơ.
Vùng Tây Bắc
-

Nơi có độ cao lớn hơn 1500m:

13


Từ tháng 11 đến tháng 3, trời nắng ít, tần số xuất hiện nắng có cao hơn so
với vùng có độ cao thấp hơn 1500m. Vào tháng 9 và tháng 10 trời nhiều mây.
Các tháng 4, 5, 6 có số giờ nắng trung bình hàng ngày lên cao nhất và có thể đạt
khoảng 6-7 giờ/ngày, giá trị tổng xạ trung bình cũng cao nhất, vượt q
3.5kWh/m2/ngày, có nơi lên tới trên 5.8kWh/m2/ngày. Các tháng khác trong năm
giá trị tổng xạ trung bình đều nhỏ hơn 3.5kWh/m2/ngày.
-

Nơi có độ cao nhỏ hơn 1500m:
Nắng thịnh hành từ tháng 5 đến tháng 8. Số giờ nắng cao nhất vào khoảng

8-9 giờ/ngày trong các tháng 4, 5, 9, 10. Từ tháng 12 đến tháng 2, thời gian nắng
ngắn hơn vào khoảng 5-6 giờ/ngày. Từ tháng 5 đến tháng 7, trời nhiều mây và

hay mưa. Giá trị tổng xạ trung bình ngày cao nhất vào các tháng 2, 3, 4, 5 và
tháng 9 khoảng 5.2kWh/m2/ngày. Còn các tháng khác trong năm giá trị tổng xạ
trung bình đều nhỏ hơn 3.5kWh/m2/ngày.
Vùng Đơng Bắc
Nắng thịnh hành từ tháng 5 đến tháng 11. Tổng xạ mạnh nhất từ tháng 5
đến tháng 10, trong các tháng 1, 2, 3 thì sụp xuống thấp. Số giờ nắng trung bình
thấp nhất trong các tháng 2, 3 (dưới 2 giờ/ngày), cao nhất vào tháng 5 (6 đến 7
giờ/ngày), giảm vào tháng 6, sau đó lại duy trì ở mức cao vào các tháng từ 7 đến
tháng 10. Tổng xạ trung bình cũng diễn biến tương tự và lớn hơn
3.5kWh/m2/ngày vào các tháng từ tháng 5 đến tháng 10. Một số nơi có dãy núi
cao, chế độ bức xạ mặt trời có khác biệt với vùng đồng bằng. Mây và sương mù
thường che khuất mặt trời nên tổng xạ trung bình hàng ngày khơng vượt q
3.5kWh/m2/ngày.
Bắc Trung Bộ
Càng đi về phía nam thời gian nắng càng dịch lên sớm hơn từ tháng 4 đến
tháng 9. Tổng xạ mạnh nhất từ tháng 4 đến tháng 10, trong các tháng 1, 2, 3 thì
sụp xuống thấp. Số giờ nắng trung bình thấp nhất trong các tháng 2 và 3 (dưới 3
giờ/ngày), cao nhất vào tháng 5 (7 đến 8 giờ/ngày), giảm vào tháng 6, sau đó lại
duy trì vào mức cao vào các tháng từ tháng 7 đến tháng 10. Tổng xạ trung bình
lớn hơn 3.5kWh/m2/ngày vào các tháng từ tháng 5 đến tháng 10. Riêng các tháng
từ tháng 5 đến tháng 7, tổng xạ trung bình có thể vượt q 5.8kWh/m2/ngày.

14


Vùng Nam Trung Bộ
Càng về phía nam, thời kỳ thịnh hành nắng càng sớm và kéo dài về cuối
năm. Các tháng giữa năm có thời gian nắng nhiều nhất, thường bắt đầu vào lúc 6
đến 7 giờ sáng và kéo dài đến tận 4 đến 5 giờ chiều. Tổng xạ từ tháng 3 đến
tháng 10 đều vượt quá 3.5kWh/m2/ngày, có tháng lên đến xấp xỉ

5.8kWh/m2/ngày.
Vùng Tây Nguyên
Cũng rất nhiều nắng với tổng xạ và trực xạ đều cao. Tổng xạ trung bình
cao, thường vượt quá 4.1kWh/m2/ngày. Số giờ nắng trung bình trong các tháng
từ tháng 7 đến tháng 9 mặc dù ít nhất trong năm nhưng cũng có tới 4 đến 5 giờ
nắng mỗi ngày.
Vùng Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long
Vùng này quanh năm nắng. Tổng xạ trung bình cao, thường vượt q
4.1kWh/m2/ngày. Ở nhiều nơi, có nhiều tháng tổng xạ cao hơn 5.8kWh/m2.

15


Hình 1.9. Bản đồ bức xạ mặt trời Việt Nam (kWh/m2)

16