CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình phát triển điện mặt trời 1. Trên thế giới Trên thế giới hiện nay, Trung Quốc đang là quốc gia đi đầu về ngành công nghiệp điện mặt trời với tổng công suất lắp đặt là 253 GW kết nối với lưới điện quốc gia, 70 % trong số đó đến từ các nhà máy điện mặt trời, 30 % công suất còn lại là từ điện mặt trời áp mái (giai đoạn 2011 – 2020), (hình 1. Hai năm 2017 và 2020 là năm thành công nhất trong ngành công nghiệp điện mặt trời của quốc gia này, khi lần lượt đạt 53 GW và 48.2 GW công suất phát.
Điều này cho thấy mối quan tâm mạnh mẽ của Trung Quốc về sự phát triển bền vững của nguồn năng lượng tái tạo [1].1: Công suất lắp đặt điện mặt trời ở Trung Quốc (2011 – 2020) (Nguồn: IHS Market [1]) Ngoài ra, Mỹ cũng là một quốc gia quan tâm đến năng lượng mặt trời từ rất sớm. Năm 1982, cường quốc này xây dựng nhà máy điện mặt trời công suất 1MWp đầu tiên trên thế giới ở California. Giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2014, hai nhà máy điện mặt trời lớn ở Mỹ là nhà máy điện mặt trời Ivanpah với công suất lắp 1 đặt là 392 MWp, có tổng đầu tư 2.2 tỷ USD, (hình 1.2) và nhà máy điện mặt trời Topaz có công suất 550 MWp, với tổng vốn đầu tư 2.5 tỷ USD ở sa mạc Mojave bang California (hình 1.3) đã cung cấp điện năng cho hơn 140,000 hộ gia đình [2].2: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah – 392 MWp (Nguồn: Ashui [2]) Hình 1.3: Nhà máy điện mặt trời Topaz – 550 MWp (Nguồn: Engadget [2]) Bên cạnh đó, tháng 5 năm 2023 đánh dấu một cột mốc lớn cho ngành năng lượng ở các quốc gia châu Âu, khi lần đầu tiên sản lượng điện mặt trời tạo ra vượt qua nhiệt điện than. Cụ thể, tổng sản lượng nhiệt điện than đạt 19.8 TWh; trong 2 khi đó, sản lượng điện mặt trời toàn khối đạt đến 27.
Hà Lan là quốc gia châu Âu có sự phát triển rõ rệt về nguồn năng lượng mặt trời với hơn 100 MW công suất phát điện mặt trời cho mỗi 100,000 cư dân [3].4: Sản lượng nhiệt điện than và điện mặt trời của các quốc gia châu Âu giai đoạn 2015-2022 (Nguồn: Ember [3]) 1. Ở Việt Nam Với vị trí nằm ở khu vực cận xích đạo, Việt Nam có tiềm năng rất lớn để phát triển nguồn năng lượng mặt trời. Tính đến cuối năm 2014 đầu năm 2015, nước ta đã có 4.5 MWp công suất điện mặt trời lắp đặt và gần 900 kW được đấu nối vào lưới điện. Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời nước ta là khoảng 5 GW, sự phát triển mạnh mẽ này là do cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời theo Quyết định số 11/2017/QĐ – TTg ngày 11/4/2017.
Đến năm 2020 đã có 9 GW công suất điện mặt trời được đưa vào vận hành trong đó hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận chiếm 3. Theo dự thảo quy hoạch điện VIII, công suất lắp đặt điện mặt trời dự kiến sẽ tăng từ 17 GWp (2020 – 2025) lên khoảng 20 GWp (năm 2030) [4]. Thực trạng phát triển hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng (BESS – Battery Energy Storage System) đang ngày càng phát triển với tốc độ rất nhanh chóng. Các nguồn năng lượng tái 3 tạo như gió và mặt trời mang lại rất nhiều ưu điểm cho các quốc gia sử dụng, nhưng sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn năng lượng xanh này dẫn đến tình trạng quá tải cho lưới điện.
Đối với năng lượng mặt trời, thời điểm trời có nhiều nắng là vào ban ngày, trong khi nhu cầu sử dụng chủ yếu của người dân lại vào buổi tối. Tương tự, các nhà máy điện gió cũng thường không tạo ra sản lượng điện ổn định do phụ thuộc vào điều kiện gió. Do đó, để sự chuyển dịch trên toàn thế giới về phát triển các nguồn năng lượng xanh hiệu quả, hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng sẽ đóng một vai trò rất quan trọng giải quyết các vấn đề của năng lượng tái tạo, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện từ nguồn năng lượng tái tạo trong tương lai. Sản lượng lắp đặt BESS trên toàn cầu năm nay dự đoán là 96 GWh và đến năm 2030 sẽ là 421 GWh (hình 1.
Sự tăng trưởng mạnh mẽ này là do các chính sách khuyến khích của chính phủ ở Bắc Mỹ và Châu Âu, giá thành đầu tư cho hệ thống ắc quy lưu trữ sẽ có xu hướng giảm, cùng với đó là sự mở rộng, phát triển các nguồn năng lượng tái tạo ở Trung Quốc. Đến năm 2030, công suất lắp đặt BESS trên toàn cầu theo dự đoán sẽ đạt 110 GW, 58 % trong số đó đến từ Châu Á, 18 % từ Bắc Mỹ, 16 % từ các quốc gia Châu Âu và 8 % từ các quốc gia còn lại trên thế giới (hình 1.5: Dự đoán sản lượng lắp đặt BESS (2020 – 2030) (Nguồn: Rystad Energy’s Battery Solution [5]) 4 Hình 1.6: Dự đoán công suất lắp đặt BESS (2020 – 2030) (Nguồn: Rystad Energy’s Battery Solution [5]) Một số dự án công nghệ ắc quy lưu trữ năng lượng trên thế giới Hình 1.7: Trung tâm lưu trữ BESS của CPUC – SCE Creck Ventura 200MW tại trạm biến áp Hinson, Los Angeles, USA (Nguồn: Ntech [6]) 5 Hình 1.8: Dự án BESS công suất 98MW/196MWh ở thành phố Hull, Anh (Nguồn: Harmony Energy [7]) Hình 1.9: Dự án BESS 250MW/500MWh ở bang Rajasthan, Ấn Độ (Nguồn: PMI [8]) Với mục tiêu đạt được net – zero “phát thải ròng bằng 0” vào năm 2050, Việt Nam đang và sẽ phát triển nguồn năng lượng tái tạo một cách nhanh chóng. Tỷ trọng sử dụng năng lượng tái tạo vào năm 2045 sẽ đạt 25 - 30 % theo Nghị quyết 55/NQ – TW, và để bắt kịp sự phát triển này cũng như giúp đảm bảo tính ổn định cho hệ thống điện, các hệ thống BESS phải được nghiên cứu, sử dụng và phát triển một cách mạnh mẽ trong tương lai. Ngoài ra, ứng dụng hệ thống BESS giúp tăng 6 an ninh năng lượng, giảm tỷ trọng nhập khẩu điện từ nước ngoài cũng như giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch [6].
Lý do chọn đề tài Ngày nay, việc phát triển năng lượng mặt trời đang và sẽ là mục tiêu của tất cả các quốc gia trên thế giới, nhằm góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu, giảm ô nhiễm môi trường và dần tránh sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, sự phát triển một cách ồ ạt này cũng dẫn theo nhiều tác động tiêu cực đối với mạng lưới truyền tải điện quốc gia. Thực trạng thiếu điện ở miền Bắc Việt Nam ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân, một số nhà máy điện mặt trời hiện nay lại đang gặp phải tình trạng bị cắt giảm công suất phát lên lưới, không những khiến cho bài toán thiếu điện chưa được giải quyết, mà còn gây ra sự lãng phí nguồn năng lượng vô hạn này. Công nghệ lưu trữ năng lượng đang dần trở thành một xu hướng trên thế giới, cho phép giảm phát thải và tạo hệ thống điện sạch hơn để ứng phó với biến đổi khí hậu.
Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng là một trong những công nghệ lưu trữ được ưu tiên hàng đầu hiện nay, công nghệ này giúp lưu trữ điện năng trong một khoảng thời gian dài, cũng như tính linh hoạt cao khi có thể kết hợp với nhiều nguồn phát điện khác nhau như điện lưới hay năng lượng tái tạo để lưu trữ. Với tính chất không liên tục của các nguồn năng lượng xanh, hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng sẽ là giải pháp được sử dụng để tối ưu sản lượng điện tạo ra từ các trang trại mặt trời. Ngoài ra, giúp cải thiện độ ổn định cho hệ thống điện, gia tăng độ an toàn quản lý mạng lưới khi tỷ trọng các nguồn năng lượng xanh đang tăng cao. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu chính của đề tài là: xét tính khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật của hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar – Tỉnh Ninh Thuận.
- Tính toán công suất lắp đặt và chọn hệ thống ắc quy lưu trữ phù hợp cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar. 7 - Thiết kế các phương án đấu nối BESS vào nhà máy điện mặt trời Hacom Solar hiện hữu. - Phân tích tính khả thi của dự án về kinh tế. - Đưa ra nguyên nhân và giải pháp khắc phục nếu dự án không khả thi.
Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu và phân tích sự phát triển của năng lượng tái tạo trên thế giới và Việt Nam. - Giới thiệu hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cùng nguyên lý hoạt động, quy mô sử dụng, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng thực tế của hệ thống này. Ngoài ra, phân tích tính kỹ thuật và kinh tế khi kết hợp với nhà máy điện mặt trời. - Mô phỏng hệ thống điện mặt trời và BESS bằng phần mềm PVsyst và SketchUp - Ngoài ra, phần mềm AutoCAD dùng để đưa ra các bản vẽ về tổng mặt bằng của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar trước và sau khi lắp đặt hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng, thiết kế sơ đồ nguyên lý cho BESS vào sơ đồ hoạt động của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar.
Giới hạn đề tài Do các giới hạn về bảo mật hồ sơ thiết kế dự án Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar, đề tài không đi sâu vào việc thiết kế chi tiết – thi công hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng. Ngoài ra, về tính khả thi kinh tế, tính toán dựa trên một số giả định vì chưa có số liệu cụ thể. 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Hệ thống điện mặt trời Hệ thống điện mặt trời sử dụng tấm quang năng để hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi nó thành điện năng.
Công nghệ điện mặt trời đã phát triển rất nhanh trong những năm gần đây và trở thành một phương pháp phổ biến để tạo điện. Các hệ thống điện mặt trời có thể được lắp đặt trên mái nhà, trên mặt đất, trên mặt nước hoặc trên các cấu trúc khác. Công suất của một hệ thống điện mặt trời phụ thuộc vào diện tích của các tấm quang năng, hiệu suất chuyển đổi năng lượng và bức xạ mặt trời. Các hệ thống lớn có thể sản xuất đủ điện để cung cấp cho một tòa nhà, một khu dân cư, hoặc thậm chí một thành phố nhỏ.
Ngoài ra, hệ thống điện mặt trời cũng có thể kết hợp với lưới điện công cộng, để cung cấp năng lượng khi không có ánh sáng mặt trời.