Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Bộ Công Thương, tình hình cung ứng điện tại Việt Nam dự báo sẽ gặp khó khăn đến năm 2025, đặc biệt tại khu vực Nam Trung Bộ và Nam Bộ, nơi có tiềm năng bức xạ mặt trời dồi dào với lượng bức xạ trung bình khoảng 4,7 đến 5 giờ/ngày, có thể lên đến hơn 6 giờ/ngày vào các tháng mùa khô. Thành phố Sóc Trăng, với dân số gần 139.000 người và diện tích 7.599 ha, đang phát triển nhanh chóng với nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng. Điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) tự sản tự tiêu được xem là giải pháp tối ưu để đáp ứng nhu cầu này, đồng thời giảm áp lực đầu tư cho hệ thống điện quốc gia.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu đến lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng, đặc biệt trên hai phát tuyến 474ST và 478ST, nơi có tỷ trọng phụ tải cơ quan hành chính và sinh hoạt cao, chiếm lần lượt 52,51% và 64,93%. Mục tiêu cụ thể gồm: tổng quan sự phát triển ĐMTMN tự sản tự tiêu, mô phỏng ảnh hưởng đến tổn thất công suất, điện áp, sóng hài trên lưới điện, đánh giá tác động đến giá bán điện bình quân (GBBQ) và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả kinh doanh điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dữ liệu năm 2023, sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng vận hành hệ thống.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp cơ sở cho quy hoạch và phát triển ĐMTMN tự sản tự tiêu tại Sóc Trăng, đồng thời giúp các cơ quan quản lý và ngành điện có cái nhìn toàn diện về tác động kỹ thuật và kinh tế của loại hình năng lượng này, góp phần thúc đẩy phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết hệ thống điện phân phối: Nghiên cứu các đặc tính vận hành của lưới điện phân phối, bao gồm mô hình đường dây truyền tải, máy biến áp, và tải điện, nhằm đánh giá ảnh hưởng của nguồn phát phân tán như ĐMTMN đến chất lượng điện năng.

  • Mô hình nguồn điện mặt trời mái nhà (Photovoltaic Array): Mô phỏng công suất phát điện từ các tấm pin mặt trời, bao gồm đặc tính biến đổi theo bức xạ mặt trời và điều kiện môi trường, kết hợp với bộ biến tần (inverter) để chuyển đổi điện một chiều sang xoay chiều.

  • Khái niệm sóng hài và chất lượng điện năng: Đánh giá ảnh hưởng của sóng hài do inverter tạo ra đến điện áp và dòng điện trên lưới, từ đó phân tích tác động đến thiết bị bảo vệ và tổn thất điện năng.

  • Khái niệm Giá bán bình quân (GBBQ): Được tính bằng tỷ lệ giữa doanh thu bán điện và tổng lượng điện thương phẩm, phản ánh hiệu quả kinh doanh điện năng trong khu vực.

  • Hệ số Tác động giá (HTDG): Khái niệm mới được đề xuất để đánh giá tác động kinh tế của ĐMTMN tự sản tự tiêu lên việc giảm giá bán điện bình quân của các công ty điện lực địa phương.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu vận hành lưới điện phân phối tại thành phố Sóc Trăng năm 2023, bao gồm công suất phụ tải, công suất ĐMTMN lắp đặt tại các trạm biến áp trên hai phát tuyến 474ST và 478ST, cùng dữ liệu bức xạ mặt trời từ Global Solar Atlas.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn hai phát tuyến 474ST và 478ST do có tỷ trọng phụ tải cơ quan hành chính và sinh hoạt cao, phù hợp để đánh giá ảnh hưởng của ĐMTMN tự sản tự tiêu.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng phân bố công suất, điện áp, sóng hài và tổn thất công suất trên lưới điện phân phối khi có sự tham gia của ĐMTMN tự sản tự tiêu. Phân tích dữ liệu mô phỏng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 11/2023 đến tháng 6/2024, bao gồm thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối: Mô phỏng trên phát tuyến 474ST và 478ST cho thấy ĐMTMN tự sản tự tiêu giúp giảm tổn thất công suất trung bình khoảng 5-7% so với khi không có ĐMTMN, đặc biệt hiệu quả trong các giờ phụ tải thấp và trung bình.

  2. Cải thiện điện áp lưới: Điện áp tại các điểm đấu nối trên hai phát tuyến được cải thiện, duy trì trong giới hạn cho phép (+10%/-5%), giảm hiện tượng sụt áp vào giờ cao điểm. Điện áp trung bình tăng khoảng 3-4% so với trước khi lắp đặt ĐMTMN.

  3. Ảnh hưởng sóng hài: Sóng hài do inverter tạo ra được kiểm soát trong giới hạn quy định (tổng biến dạng sóng hài điện áp dưới 8% cấp hạ áp, dưới 5% cấp trung áp). Tuy nhiên, tại một số vị trí gần nguồn ĐMTMN, sóng hài riêng lẻ có thể tăng lên đến 4-5%, cần chú ý trong vận hành và bảo trì.

  4. Tác động đến giá bán điện bình quân (GBBQ): ĐMTMN tự sản tự tiêu góp phần giảm GBBQ tại khu vực thành phố Sóc Trăng khoảng 2-3% nhờ giảm lượng điện mua từ lưới và tổn thất điện năng. Hệ số Tác động giá (HTDG) được đề xuất giúp đánh giá chính xác hơn mức độ ảnh hưởng kinh tế này.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất và cải thiện điện áp là do ĐMTMN cung cấp nguồn điện gần phụ tải, giảm dòng điện truyền tải trên đường dây dài, từ đó giảm tổn thất điện năng và sụt áp. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về lợi ích của nguồn điện phân tán.

Sóng hài do inverter tạo ra là thách thức kỹ thuật cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh ảnh hưởng đến thiết bị bảo vệ và chất lượng điện năng. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về sóng hài và bảo vệ là cần thiết để đảm bảo vận hành ổn định.

Tác động kinh tế thể hiện qua việc giảm giá bán điện bình quân giúp nâng cao hiệu quả kinh doanh điện năng cho các công ty điện lực địa phương, đồng thời tạo động lực cho khách hàng đầu tư ĐMTMN tự sản tự tiêu. Khái niệm HTDG là công cụ hữu ích để đánh giá và quản lý tác động này.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố điện áp dọc tuyến, biểu đồ tổn thất công suất theo thời gian và bảng tổng hợp các chỉ số sóng hài tại các vị trí khác nhau trên lưới điện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường chính sách hỗ trợ phát triển ĐMTMN tự sản tự tiêu: Cơ quan quản lý cần ban hành các chính sách ưu đãi về thuế, hỗ trợ tài chính và đơn giản hóa thủ tục để thúc đẩy đầu tư ĐMTMN, hướng tới mục tiêu 50% nhà dân và công sở sử dụng ĐMTMN đến năm 2030.

  2. Nâng cao chất lượng kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối lưới: Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về sóng hài, cân bằng pha, bảo vệ và đóng cắt để đảm bảo vận hành an toàn, ổn định cho lưới điện phân phối khi tỷ lệ ĐMTMN tăng cao.

  3. Phát triển hệ thống giám sát và quản lý từ xa: Trang bị hệ thống giám sát năng lượng thông minh cho các hệ thống ĐMTMN để theo dõi, điều chỉnh công suất phát và phát hiện sự cố kịp thời, phối hợp với đơn vị điện lực trong vận hành.

  4. Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lưu trữ năng lượng: Đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng pin lưu trữ để tăng khả năng tự tiêu thụ điện mặt trời, giảm áp lực lên lưới điện vào giờ cao điểm và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.

  5. Tổ chức đào tạo và nâng cao nhận thức cho người dân và doanh nghiệp: Tăng cường tuyên truyền, đào tạo về lợi ích, kỹ thuật vận hành và bảo trì hệ thống ĐMTMN tự sản tự tiêu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng và bảo vệ đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về năng lượng và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo, quy hoạch lưới điện và quản lý chất lượng điện năng.

  2. Các công ty điện lực và đơn vị vận hành lưới điện phân phối: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và quản lý vận hành dựa trên phân tích ảnh hưởng của ĐMTMN để đảm bảo an toàn, ổn định và hiệu quả kinh doanh.

  3. Nhà đầu tư và chủ sở hữu hệ thống ĐMTMN: Hiểu rõ tác động kỹ thuật và kinh tế của hệ thống tự sản tự tiêu, từ đó tối ưu hóa thiết kế, vận hành và khai thác hiệu quả đầu tư.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện, năng lượng tái tạo: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình mô phỏng và kết quả phân tích để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh.

Câu hỏi thường gặp

  1. ĐMTMN tự sản tự tiêu là gì và khác gì so với điện mặt trời nối lưới?
    ĐMTMN tự sản tự tiêu là hệ thống điện mặt trời mái nhà chỉ sử dụng điện sản xuất tại chỗ, không bán điện dư thừa lên lưới điện quốc gia. Trong khi đó, điện mặt trời nối lưới có thể bán điện dư thừa cho ngành điện theo cơ chế FIT hoặc giá thị trường.

  2. Ảnh hưởng chính của ĐMTMN tự sản tự tiêu đến lưới điện phân phối là gì?
    ĐMTMN tự sản tự tiêu giúp giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp trên lưới, nhưng cũng có thể gây ra sóng hài và mất cân bằng pha nếu không được kiểm soát tốt, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và thiết bị bảo vệ.

  3. Phần mềm ETAP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    ETAP được dùng để mô phỏng phân bố công suất, điện áp, sóng hài và tổn thất trên lưới điện phân phối khi có sự tham gia của ĐMTMN tự sản tự tiêu, giúp đánh giá kỹ thuật và kinh tế của hệ thống.

  4. Làm thế nào để giảm tác động tiêu cực của sóng hài do ĐMTMN?
    Có thể áp dụng các bộ lọc sóng hài, nâng cao tiêu chuẩn kỹ thuật inverter, cân bằng pha và giám sát liên tục để kiểm soát sóng hài trong giới hạn cho phép, đảm bảo chất lượng điện năng.

  5. Giá bán điện bình quân (GBBQ) bị ảnh hưởng như thế nào bởi ĐMTMN tự sản tự tiêu?
    ĐMTMN tự sản tự tiêu giúp giảm lượng điện mua từ lưới và tổn thất điện năng, từ đó làm giảm GBBQ khoảng 2-3% tại khu vực nghiên cứu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh doanh điện năng.

Kết luận

  • ĐMTMN tự sản tự tiêu tại thành phố Sóc Trăng có tiềm năng lớn, với tổng công suất lắp đặt trên hai phát tuyến nghiên cứu đạt hơn 16 MWp, chiếm tỷ lệ nhỏ so với công suất đặt của trạm biến áp, cho thấy dư địa phát triển còn rất lớn.
  • Mô phỏng bằng phần mềm ETAP cho thấy ĐMTMN tự sản tự tiêu giúp giảm tổn thất công suất 5-7%, cải thiện điện áp và duy trì sóng hài trong giới hạn kỹ thuật cho phép.
  • Tác động kinh tế thể hiện qua việc giảm giá bán điện bình quân khoảng 2-3%, góp phần nâng cao hiệu quả kinh doanh điện năng cho các công ty điện lực địa phương.
  • Luận văn đề xuất các giải pháp chính sách, kỹ thuật và quản lý nhằm thúc đẩy phát triển bền vững ĐMTMN tự sản tự tiêu, đồng thời giới thiệu khái niệm Hệ số Tác động giá (HTDG) để đánh giá tác động kinh tế.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu trên các phát tuyến khác, ứng dụng công nghệ lưu trữ năng lượng và phát triển hệ thống giám sát thông minh để tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối trong bối cảnh tăng trưởng ĐMTMN.

Quý độc giả và các bên liên quan được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển năng lượng sạch, nâng cao hiệu quả sử dụng điện và góp phần bảo vệ môi trường bền vững.