Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1. Xu hướng phát triển của xe điện và hệ thống các trạm sạc Trong nhiều thế kỷ qua, động cơ đốt trong luôn đóng một vai trò quan trọng, đặc biệt trong phát triển phương tiện giao thông vận tải. Cùng với sự phát triển về kinh tế-xã hội, sự gia tăng nhanh chóng về số lượng phương tiện cũng ngày một gia tăng đã đặt các quốc gia trước những thách thức lớn về các vấn đề ô nhiễm môi trường, nhu cầu về năng lượng. Trong bối cảnh đó, các nước trên thế giới đã triển khai nhiều nghiên cứu ứng dụng nhằm giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường và giảm phát thải khí nhà kính.
Trong lĩnh vực vận tải nổi lên một số xu hướng rõ nét về ứng công nghệ tiết kiệm năng lượng thay thế xăng dầu, đặc biệt phương tiện giao thông chạy bằng điện đã được quan tâm, phát triển ở nhiều nước trên thế giới. Theo thống kê của Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), vào năm 2010, chỉ có khoảng 17.000 ôtô điện lưu thông trên toàn cầu. Đến năm 2019, con số đã tăng lên 7,2 triệu chiếc, trong đó Trung Quốc là nước chiếm thị phần lớn nhất trong doanh số bán ra toàn cầu của xe điện (47%) do mục tiêu giảm nhập khẩu năng lượng, làm sạch chất lượng không khí đô thị, xây dựng ngành công nghiệp ôtô trong nước. Chính phủ các nước cũng không đứng ngoài “cuộc cách mạng xanh” này.
Pháp và Anh đã tuyên bố sẽ chấm dứt việc bán xe sử dụng động cơ đốt trong từ năm 2040. Tại Việt Nam, thực trạng ô nhiễm không khí đã đến hồi cảnh báo, Chính phủ đã đề nghị Bộ Giao thông Vận tải nghiên cứu giải pháp thắt chặt kiểm soát khí thải với cả ôtô, xe máy. Bên cạnh đó, Nghị định 57/2020 có hiệu lực từ 10/07/2020 đã mở cửa thu hút các doanh nghiệp đầu tư sản xuất xe điện, xe hybrid, xe sử dụng nhiên liệu sinh học và khí thiên nhiên (gọi chung là xe xanh) tại Việt Nam. Cụ thể, linh kiện nhập khẩu phục vụ sản xuất ’xe xanh’ được hưởng thuế 0%, đồng thời áp dụng cho các công ty Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 2 GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải sản xuất linh kiện và phụ tùng, thay vì chỉ bó hẹp với các doanh nghiệp sản xuất ôtô như trước đây. Nếu nói về lợi ích của xe điện so với xe sử dụng động cơ đốt trong thì trực quan nhất là khả năng tiết kiệm chi phí. Xe điện có chi phí vận hành thấp hơn rất đáng kể so với xe truyền thống sử dụng động cơ đốt trong, bao gồm cả xe cả chi phí nhiên liệu và sửa chữa. Tuy nhiên, có một hạn chế đáng kể khi sử dụng xe điện là vấn đề về dung lượng và giá thành ắc quy/pin, thời gian sạc, trạm sạc và xử lý pin thải để bảo vệ môi trường.
Công nghệ sạc ô tô điện Hình 1. Xe điện phổ biến với người tiêu dùng Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 3 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Ngoài ra, những dòng pin Lithium-ion phát triển bởi VinFast và LG Chem trên các dòng xe điện của hãng xe Việt cũng cho những sự tiết kiệm tương tự với khả năng sạc nhanh và đi trong quãng đường dài lên tới 80km cho 1 lần sạc. Thị trường xe điện tại Việt Nam đang là một thị trường vô cùng thu hút sự quan tâm của mọi người, đặc biệt là giới trẻ hiện nay.
Bên cạnh việc phát triển các sản phẩm thì việc phát triển cơ sở hạ tầng, đặc biệt là các trạm sạc là vô cùng cấp thiết trong tương lai gần. Hệ thống trạm sạc của VinFast sẽ phủ khắp tại Việt Nam. Theo dự kiến, sẽ có 3 loại trụ sạc ô tô điện được VinFast triển khai lắp đặt. Thiết bị sạc ô tô điện DC60kW cung cấp nguồn điện một chiều để sạc trực tiếp cho pin, được thiết kế dạng tủ đứng.
Mỗi thiết bị được trang bị 2 cổng sạc với công suất 60kW/1 cổng sạc. Thời gian sạc khoảng 30 - 90 phút sẽ cho 80% dung lượng pin (tùy từng dòng xe). Thiết kế trụ sạc ô tô điện DC60kW của VinFast Thiết bị sạc ô tô điện DC30kW thường được sử dụng tại các điểm dừng nghỉ, bãi đỗ xe công cộng. Trong khoảng thời gian ngắn từ 40 - 120 phút, thiết bị này cho phép sạc đầy 80% dung lượng pin (tùy dòng xe).
Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 4 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Hình 1. Thiết bị sạc ô tô điện DC30kW tại một trạm sạc Thiết bị sạc ô tô điện AC11kW được trang bị tại các bãi đỗ xe công cộng, khách hàng có thể đỗ hoặc gửi xe trong thời gian dài. Thời gian sạc đầy khoảng 6 - 8h.
Thiết bị sạc ô tô điện AC11kW Mỗi trụ sạc xe máy điện VinFast được thiết kế 4 cổng sạc. Thời gian sạc đầy tiêu chuẩn khoảng 4h. Đến nay, các trạm sạc xe máy điện do VinFast triển khai đã bắt đầu được sử dụng. Trong thời gian đầu, VinFast cho phép người đi xe máy điện được sạc hoàn toàn miễn phí.
Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 5 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Tại các bãi đỗ xe, bến xe, các trạm sạc xe điện VinFast thường cung cấp tối thiểu 5 trụ sạc nhanh ô tô điện công suất 30kW, ít nhất 5 trụ sạc ô tô điện công suất 11kW, và tối thiểu 8 lốt sạc xe máy điện 1,2kW. Ở mỗi tòa chung cư, văn phòng, VinFast dự kiến triển khai từ 1-2 trụ sạc ô tô DC30kW và từ 6-7 trụ sạc AC11kW (tổng cộng có thể sạc đồng thời cho 9 xe ô tô điện) và ít nhất 4 trụ sạc xe máy điện cho phép sạc đồng thời 16 xe. Mô hình trạm sạc ô tô điện VinFast tại tòa nhà chung cư, văn phòng Tại các trung tâm thương mại, dự kiến VinFast sẽ triển khai các trạm sạc hỗn hợp bao gồm: 6-8 trụ sạc nhanh ô tô điện công suất 30kW, 2-4 trụ sạc ô tô điện công suất 11kW và tối thiểu 2 trụ sạc xe máy điện có thể sạc đồng thời 8 xe máy điện.
Thiết bị sạc ô tô điện được triển khai dọc đường cao tốc, quốc lộ là trụ sạc nhanh DC60kW, với 2 cổng sạc có thể phục vụ đồng thời 2 xe cùng lúc. Tại mỗi trạm sạc ở các trạm dừng nghỉ, trạm xăng dầu, VinFast dự kiến triển khai 10 trụ sạc DC60kW như vậy. Ngoài ra, tại các cửa hàng xăng dầu trong đô thị, VinFast dự kiến triển khai tối thiểu 2 trụ sạc DC60kW, có thể sạc đồng thời 4 xe ô tô điện. Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 6 GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải Hình 1. Mô hình trạm sạc ô tô điện VinFast tại điểm dừng nghỉ cao tốc Bên cạnh những địa điểm nêu trên, VinFast cũng có kế hoạch lắp đặt các trạm sạc tại những vị trí phù hợp (đảm bảo về diện tích, đủ nguồn điện, độ an toàn, khả năng phòng chống cháy nổ,. Các trạm sạc này thông thường sẽ có quy mô nhỏ, có thể đặt tại các khu vực vỉa hè hay những nơi công cộng. Mô hình một trạm sạc ô tô điện VinFast tại một bãi đỗ xe ngoài trời Tất cả các trạm sạc được VinFast triển khai đều tích hợp với ứng dụng quản lý sạc pin, cho phép người dùng theo dõi chính xác thời gian sạc, lượng điện sạc.
Tính cấp thiết của đề tài Với xu hướng phát triển của xe điện và hệ thống trạm sạc trong thời gian tới thì một vấn đề cần đặc biệt quan tâm là khả năng cung cấp điện của lưới điện cho các hệ thống trạm sạc, đảm bảo vận hành liên tục và ổn định. Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 7 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Với đặc điểm vận hành của xe điện thì nó vừa là tải tiêu thụ điện vừa là thiết bị dự trữ năng lượng tức thời nên có thể xem đây là một loại tải đặc biệt trong hệ thống điện và cần được xem xét dưới nhiều góc độ. Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc sử dụng xe điện thay cho các phương tiện truyền thống, ngành điện cần có chiến lược kịp thời trong việc quy hoạch lưới điện, xây dựng trạm biến và đường dây truyền tải điện nhằm chủ động trong việc quản lý và lên kế hoạch vận hành hiệu quả và kinh tế.
Bên cạnh đó, với xu hướng phát triển các nguồn năng lượng xanh trên toàn thế giới thì các nguồn năng lượng tái tạo đang có cơ hội phát triển mạnh và có tỷ lệ xâm nhập ngày càng cao trong hệ thống điện. Kết hợp với các hệ thống xe điện và trạm sạc tạo thành hệ thống vô cùng phức tạp và khó điều khiển, gây nhiều trở ngại cho ngành điện trong việc điều khiển và vận hành tối ưu. Đề tài này nhằm mục đích đi tìm câu trả lời cho vấn đề trên trong việc ảnh hưởng của trạm sạc (tải đặc biệt), nguồn phân tán (nguồn đặc biệt) lên khả năng lưới điện phân phối truyền thống và giải quyết các vấn đề liên quan. Để đánh giá sát với thực tế và có ý nghĩa trong nghiên cứu, một mô hình lưới điện cụ thể sẽ là đối tượng của luận văn trong việc triển khai thuật toán và chạy mô phỏng.
Các nghiên cứu liên quan Với sự tích hợp của hệ thống EV vào lưới điện ngày càng tăng, một số nghiên cứu đã được thực hiện để chỉ ra tác động của việc tích hợp hệ thống trạm sạc lưới điện của phân phối. Các nghiên cứu được báo cáo đã khảo sát rộng rãi tác động của việc tích hợp EV vào lưới điện trên các khía cạnh của vấn đề chất lượng điện như cấu hình điện áp, sóng hài và tổn thất điện năng [4], cũng như các vấn đề ổn định của lưới điện. Hơn nữa, với sự thâm nhập cao của EV trong lưới điện, giá điện sẽ bị tác động đáng kể. Một số nghiên cứu đã được báo cáo trong các tài liệu về khía cạnh kinh tế năng lượng.
Giới thiệu tổng quan HV: Lâm Bửu Quí Luận văn Thạc sĩ 8 GVHD: TS. Nguyễn Phúc Khải Một loạt các công cụ mô phỏng có sẵn để thiết kế và phân tích các hệ thống với nhiều loại phương tiện, hệ thống giao thông và sự tích hợp của chúng với lưới điện phân phối đã được nghiên cứu [5]. Mỗi công cụ được chuyên dụng để mô phỏng các hệ thống cụ thể. Đối với mô hình và phân tích xe ADVANCE, FASTSim, V2G-Sim, bộ công cụ mô phỏng DYNA4, bộ công cụ Modelica, CASPOC và các công cụ mô phỏng Sabre là thích hợp.