Mở đầu Chƣơng 2: Tổng quan về cơ sở lý thuyết Chƣơng 3: Tính toán sản lượng điện của hệ thống năng lượng tái tạo phân tán Chƣơng 4: Tính toán chi phí phát điện quy dẫn (LCOE) và phân tích hiệu quả kinh tế dự án dựa trên những giá bán điện đề xuất Chƣơng 5: Kết luận Trang 6 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh CHƢƠNG 2.1 Cơ sở tính toán sản lƣợng điện gió 2.1 Tiềm năng về năng lượng gió Việt Nam Hình 2-1. Tiềm năng gió Việt Nam ở cao độ 100 m [14] Trang 7 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh Dựa trên những số liệu quan trắc gió trong chương trình đo gió của Ngân hàng thế giới (WB) và Bộ Công thương (MOIT), Tư vấn AWS True Power đã hiệu chỉnh lại mô hình tính toán và tính toán lại bản đồ tiềm năng gió cho Việt Nam (Hình 2-1) [14].
Bản đồ tiềm năng gió cho thấy, các khu vực có tiềm năng gió tốt được tập trung ở khu vực duyên hải miền Trung, Tây Nguyên và các tỉnh phía Nam Việt Nam.2 Dữ liệu đo gió ở nước ta Hình 2-2. Vị trí các trụ đo gió Số liệu gió dùng trong luận văn này là từ các chương trình đo gió của Ngân hàng thế giới (WB) – Bộ Công thương (MOIT) [15] và Tổ chức hợp tác Đức (GIZ) – Bộ Công thương (MOIT) [16] tại các vị trí ở các tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận, Quảng Bình (Hải Ninh) và Bến Tre (Thạnh Hải). Bảng 2-1 và Hình 2-2 trình bày tọa độ và thời gian quan trắc tại các trụ đo gió ở các tỉnh này. Bảng tọa độ vị trí các trụ đo gió và thời gian quan trắc Chiều Tọa độ STT Trụ đo gió Thời gian quan trắc cao trụ Kinh độ Vĩ độ 1 Hải Ninh 80 m 106.895260° 4/2012 – 12/2017 Trang 8 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh Vận tốc gió quan trắc được tại các trụ đo gió Hải Ninh (80 m), Ninh Thuận (60 m), Bình Thuận (60 m) và Thanh Hải (80 m) lần lượt là 5. Dựa vào profile gió (wind shear) tại các trụ đo gió, vận tốc gió được ngoại suy lên cao độ 100 m theo quy luật hàm mũ (tham khảo thêm phụ lục 1 về profile gió tại các trụ đo gió) [17], [18]. Kết quả tính toán vận tốc gió ở cao độ 100 m được trình bày như trong Bảng 2-2. Hình 2-3 trình bày một kết quả phân tích số liệu đo gió tại trụ đo gió Ninh Thuận, với hướng gió và phân bố vận tốc gió ở cao độ 100 m.
Hướng gió chính ở trụ đo gió Ninh Thuận là hướng Bắc Đông Bắc, Đông Đông Bắc và Tây Tây Nam (Chi tiết hơn về số liệu đo gió tại các trụ đo gió, tham khảo phụ lục 1). Bảng kết quả vận tốc gió tại các trụ đo gió Vận tốc gió [m/s] Hệ số mũ (shear Vận tốc gió ngoại suy ở STT Trụ đo gió 60 m 80 m exponent α) cao độ 100 m [m/s] 1 Hải Ninh - 5. Hoa gió và phân bố vận tốc gió tại trụ đo gió Ninh Thuận ở cao độ 100 m 2.3 Tính toán sản lượng điện gió 2.1 Hiệu chỉnh vận tốc gió dài hạn Một dự án điện gió thành công về mặt kinh tế là dựa trên câu hỏi cơ bản về sản lượng điện đạt được như thế nào. Sản lượng điện này được xác định sau khi quan trắc gió và chạy mô hình tính toán sản lượng điện tua-bin gió.
Nhưng nếu sản lượng điện gió dài hạn của dự án thấp hơn giá trị trong quá trình lập báo cáo khả thi của dự án, thì có thể dẫn đến dự án không khả thi về mặt kinh tế khi vận hành thực tế. Như vậy, việc đánh giá hiệu quả kinh tế phải dựa trên một sản lượng điện dài hạn của dự án. Cũng vì vậy mà việc dự Trang 9 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh báo một sản lượng điện gió dài hạn suốt đời sống dự án là rất quan trọng, việc này cũng giúp giảm độ bất định của dự án [17].
Việc hiệu chỉnh số liệu gió dài hạn ảnh hưởng đến sự thay đổi vận tốc gió trung bình hằng năm. Một số liệu gió được quan trắc trong năm gió tốt, thì dẫn tới sản lượng điện tính toán được sẽ cao hơn giá trị trung bình trong suốt quá trình vận hành dự án nếu không xét tới việc hiệu chỉnh số liệu gió dài hạn. Một ví dụ như số liệu quan trắc gió trong 1 năm gió tốt, sản lượng điện tính toán từ nguồn số liệu này cao hơn 10% giá trị trung bình, thì việc đánh giá hiệu quả kinh tế dựa trên kết quả này, dự án sẽ rất khả thi về mặt kinh tế nhưng thực tế có thể không được như vậy. Với thời gian quan trắc tại trụ đo gió khá ngắn từ 2 – 5 năm (Bảng 2-1) nên không thể đại diện cho cả vòng đời của dự án điện gió (20 năm).
Việc hiệu chỉnh chuỗi số liệu đo gió dài hạn là bắt buộc khi tính toán sản lượng điện gió. Hình 2-4 trình bày phương pháp hiệu chỉnh chuỗi số liệu đo gió dài hạn MCP (Measure-Correlate-Predict). Giả thiết đưa ra trong việc hiệu chỉnh số liệu gió dài hạn là sự thay đổi vận tốc gió trong tương lai là tương tự như chuỗi số liệu gió dài hạn tham chiếu trong quá khứ và chuỗi số liệu gió dài hạn ngoại suy này là đại diện cho vòng đời 20 năm của dự án điện gió [17]. Phương pháp hiệu chỉnh gió dài hạn 2.2 Tính toán sản lượng điện gió Năng lượng gió tỷ lệ thuận với vận tốc gió tam thừa, năng lượng gió tại từng tốc độ gió Vi được tính toán dựa trên phương trình sau [19]: ∑ (1) Nhưng tua-bin gió chỉ chuyển đổi được một phần động năng của gió thành cơ năng của trục quay dẫn động máy phát điện.
Hiệu suất chuyển đổi động năng gió thành cơ năng trên trục quay (hệ số công suất của tua-bin gió Cp) tuân theo giới hạn Betz (Cpmax = 16/27 = 0. Trang 10 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh Ewind Công suất [MW] Vận tốc gió [m/s] Hình 2-5. Đường cong công suất của tua-bin gió và đường cong động năng của gió Công suất của tua-bin gió tỷ lệ thuận với khối lượng không khí vùng dự án, diện tích quét của cánh tua-bin, vận tốc gió tam thừa và hệ số công suất tua-bin gió (đối với các tua- bin 3 cánh quạt ngày nay, hệ số Cpmax ~ 0.
( ) (2) Trong đó: P(V) là đường cong công suất của tua-bin là khối lượng riêng không khí [kg/m3] A là diện tích quét của cánh tua-bin gió [m2] C p là hệ số công suất của tua-bin gió. Hình 2-5 minh họa đường cong công suất của những tua-bin gió hiện nay. Tua-bin bắt đầu hoạt động ở vận tốc gió khởi động rồi đạt công suất định mức và sau đó ngừng hoạt động ở dải vận tốc gió lớn (thường vào khoảng 25 m/s). Hình 2-6 trình bày đường cong công suất và hệ số công suất của một tua-bin gió xem xét tính toán trong luận văn này, với vận tốc gió khởi động ở 3 m/s, tua-bin đạt công suất định mức ở 11.5 m/s và ngừng hoạt động ở vận tốc gió 25 m/s.
Đường cong hệ số công suất và công suất của tua-bin gió Trang 11 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh Trong luận văn này, vị trí đặt tua-bin gió được xem xét là trùng với vị trí các trụ đo gió nên những ảnh hưởng của địa hình (cao độ, độ nhám địa hình) lên tiềm năng gió là không có. Do vậy, sản lượng điện được tại tua-bin gió được tính toán dựa trên chuỗi số liệu gió dài hạn và đường cong công suất của tua-bin gió thông qua phần mềm windPRO.2 Cơ sở tính toán sản lƣợng điện mặt trời 2.1 Tiềm năng về năng lượng mặt trời Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia của Hoa Kỳ (NREL) đã ước tính sản lượng điện mặt trời có thể đạt 842 triệu MWh/năm đứng thứ hạng 66/248 trên thế giới về tiềm năng [20]. Hình 2-7 đưa ra bản đồ tiềm năng bức xạ ở nước ta từ nguồn số liệu của Solargis trong giai đoạn từ năm 2007 – 2018.
Trung bình tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 4.5kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, và vào khoảng 3.69kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc. Từ dưới vĩ tuyến 17, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20 % từ mùa khô sang mùa mưa. Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1500-1700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt Nam, con số này vào khoảng 2000-2600 giờ mỗi năm (tham khảo Bảng 2-3) [22]. Thống kê bức xạ mặt trời tại Việt Nam [22] Số giờ nắng trong Cường độ BXMT Vùng Ứng dụng năm (kWh/m2 /ngày) Đông Bắc 1600 – 1750 3.1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4.9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4.2 Tốt Tây Nguyên và Nam 2000 – 2600 4.7 Rất tốt Trung Bộ Nam Bộ 2200 – 2500 4.9 Tốt Trung bình cả nƣớc 1700 – 2500 4.6 Tốt Trang 12 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh Hình 2-7. Tiềm năng năng lượng mặt trời ở nước ta [21] Tiềm năng bức xạ mặt trời dùng trong tính toán của luận văn này tham chiếu từ nguồn số liệu Meteonorm 7.2 được trích xuất từ phần mềm PVsyst. Bảng 2-4 trình bày tiềm năng bức xạ mặt trời tại các vị trí trụ đo gió ở Bảng 2-1. Trang 13 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
TS Võ Ngọc Điều HVTH: Lê Thành Vinh Bảng 2-4. Tiềm năng bức xạ mặt trời tại các vị trí Đơn vị: kWh/m2.ngày Vị trí Ninh Bình Thạnh Hải Ninh Tháng Thuận Thuận Hải 1 2.2 Tính toán sản lượng điện mặt trời Trong luận văn này, sản lượng của hệ thống điện mặt trời được tính toán dựa trên phần mềm PVsyst, lưu đồ tính toán sản lượng điện điện mặt trời trong phần mềm PVsyst được trình này như ở Hình 2-8 [23]. Lưu đồ tính toán sản lượng điện mặt trời trong phần mềm PVsyst Trong khi đưa vào vận hành, hệ thống điện mặt trời gặp các loại tổn thất chính như sau [23]. Hình 2-9 minh họa các loại tổn thất trong quá trình vận hành của hệ thống điện mặt trời.
Trang 14 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
