Mở đầu - Trình bày các chi phí đầu tư, điều kiện ràng buộc, xây dựng hàm mục tiêu của bài toán. Chương 4: Kết quả tối ưu hệ thống nZEB - So sánh kết quả giữa việc tối ưu thiết kế hệ thống bằng hàm mục tiêu và việc sử dụng phần mềm Homer Pro để mô phỏng tối ưu hóa hệ thống năng lượng tái tạo. - Đánh giá tầm quan trọng của việc lựa chọn hệ thống năng lượng tái tạo phù hợp trong các hệ thống cân bằng năng lượng nZEB. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài - Chỉ ra những nội dung đã và chưa thực hiện được, từ đó đưa ra các định hướng phát triển trong tương lai.
3 Chương 2: Tổng quan về Nearly Zero-Energy Buildings CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NEARLY ZERO–ENERGY BUILDINGS 2.1 Giới thiệu hệ thống Nearly Zero–Energy Buildings Tòa nhà gần như không tiêu thụ năng lượng (nZEB) là một tiêu chuẩn xây dựng tòa nhà với mức tiêu thụ năng lượng rất thấp và hầu như không sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch. Đây là một mục tiêu quan trọng trong lĩnh vực xây dựng bền vững và tiết kiệm năng lượng. Mô hình nZEB đã được nhiều nước nghiên cứu và triển khai trên nhiều quốc gia. Một phần của mô hình nZEB là tận dụng nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời giúp giảm lượng điện lấy từ lưới điện chính do tận dụng các nguồn điện gió, mặt trời được tích hợp trên mái nhà.1: Hệ thống nZEB Từ nhu cầu cấp thiết trên, hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về tính khả thi và hiệu quả chi phí của các hệ thống nZEB đã được thực hiện bởi các cơ quan nghiên cứu và các cơ quan quốc gia trên toàn thế giới.
Hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực này tập trung vào việc trình bày các giải pháp nhằm đạt được mục tiêu tiêu chuẩn nZEB. Tài liệu [3] cho thấy nghiên cứu này tập trung vào công nghệ năng lượng mặt trời và hệ thống năng lượng mặt trời tích hợp vào kiến trúc các tòa nhà gần không năng lượng. Bài báo cung cấp một tổng quan về các công nghệ năng lượng mặt trời, bao gồm những tấm pin mặt trời, hệ thống hòa lưới và ứng dụng trong các hệ thống nZEB. 4 Chương 2: Tổng quan về Nearly Zero-Energy Buildings Sự tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào tòa nhà đã mở ra các cơ hội cho việc ứng dụng các hệ thống tích trữ năng lượng, đặc biệt là hệ thống tích trữ năng lượng dạng ắc quy.
Ưu điểm của việc kết hợp hệ thống ắc quy với các nguồn năng lượng mới được trình bày trong các tài liệu [4]. Bộ lưu trữ có thể được sử dụng vào thời điểm cao điểm, nơi việc cung cấp tải từ bộ lưu trữ là kinh tế hơn so với lưới điện, và vào lúc bình minh, nguồn điện lưới có thể được sử dụng để nạp lại hệ thống lưu trữ [5]. Trong [6], đã phân tích việc xác định và xây dựng tối ưu một hệ thống PV-WIND-BAT kết nối lưới, nơi hệ thống không phụ thuộc vào lưới điện bằng cách vượt qua biến động giá điện.2 Những hạn chế triển khai hệ thống nZEB Một trong những hạn chế quan trọng của hệ thống nZEB kết nối lưới điện là chi phí đầu tư ban đầu cao. Triển khai hệ thống PV và bộ lưu trữ đòi hỏi một khoản đầu tư lớn, làm hạn chế khả năng tiếp cận và sử dụng.
Mặc dù giá thành đã giảm trong những năm gần đây, nhưng việc giảm chi phí vẫn đang đối mặt với thách thức để tạo điều kiện cho sự phát triển rộng rãi hơn của công nghệ này. Hiệu suất và hiệu quả cũng là một vấn đề quan trọng. Mặc dù năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng vô tận, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ thống PV không phải lúc nào cũng cao. Nó có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời tiết và vị trí địa lý.
Thêm vào đó, quá trình lưu trữ và sử dụng năng lượng từ hệ thống lưu trữ cũng gây mất mát, làm giảm hiệu suất toàn bộ hệ thống. Điều này đòi hỏi nghiên cứu và phát triển thêm để cải thiện hiệu suất và hiệu quả của hệ thống. Một hạn chế khác là khả năng lưu trữ hạn chế của các hệ thống hiện tại. Các loại bộ lưu trữ lưu trữ năng lượng, chẳng hạn như bộ lưu trữ lithium-ion, có khả năng lưu trữ hạn chế và yêu cầu diện tích lớn để lưu trữ một lượng năng lượng đáng kể.
Điều này đặt ra thách thức trong việc triển khai hệ thống lưu trữ lớn và khả năng cung cấp năng lượng liên tục. Môi trường cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Mặc dù năng lượng tái tạo là sạch và không gây ra khí thải trực tiếp khi vận hành, quá trình sản xuất và loại bỏ cuối cùng có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Sản xuất và tái chế các thành phần của hệ thống cũng có thể tạo ra khí thải và chất thải gây ô nhiễm môi trường.
Do đó, cần 5 Chương 2: Tổng quan về Nearly Zero-Energy Buildings có sự quản lý cẩn thận để đảm bảo rằng các quá trình sản xuất và loại bỏ được thực hiện một cách bền vững và tối ưu. Từ những vấn đề cấp thiết trên cho thấy tối ưu của hệ thống năng lượng tái tạo kết hợp vận hành hệ thống tải mở ra nhiều cơ hội trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Bằng cách tận dụng các công nghệ và phương pháp quản lý thông minh, chúng ta có thể tối đa hóa hiệu suất và khả năng tích hợp của các nguồn năng lượng tái tạo.3 Đề xuất phương án vận hành hệ thống nZEB Một trong những phương án vận hành tốt hệ thống nZEB là tận dụng tối đa nguồn năng lượng tái tạo có sẵn. Với việc vận hành tối ưu, chúng ta có thể cải thiện khả năng khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt và nước.
Qua việc xác định mức tiêu thụ và sử dụng năng lượng, chúng ta có thể điều chỉnh việc cung cấp năng lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu một cách hiệu quả. Ngoài ra, vận hành tối ưu cũng mở ra cơ hội để tạo ra mô hình kinh doanh mới và tăng tính khả thi của các dự án năng lượng tái tạo. Thông qua việc tối ưu hóa hoạt động và sử dụng tài nguyên, chúng ta có thể giảm chi phí vận hành và tăng hiệu suất của hệ thống. Điều này không chỉ giúp tăng cường sự cạnh tranh của năng lượng tái tạo trên thị trường mà còn tạo điều kiện thu hút đầu tư và phát triển bền vững.
Một lợi ích quan trọng khác của vận hành tối ưu là khả năng tích hợp linh hoạt các tải của hệ thống và linh hoạt của các nguồn năng lượng tái tạo. Bằng cách kết hợp và điều phối các nguồn năng lượng khác nhau như điện mặt trời, gió, thủy điện và lưu trữ năng lượng, chúng ta có thể tận dụng tối đa sự biến đổi của nhu cầu năng lượng và điều kiện tự nhiên, đồng thời tăng cường sự ổn định và đáng tin cậy của cung cấp điện. Đề tài này trình bày hệ thống nZEB tích hợp nguồn năng lượng tái tạo và điều chỉnh các luồng công suất theo giá điện năng từ lưới là một phương pháp hiệu quả để tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa sử dụng năng lượng trong các tòa nhà. Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu và đánh giá tầm quan trọng của việc điều chỉnh và lựa chọn hệ thống năng lượng tái tạo phù hợp trong nZEB, đặc biệt trong bối cảnh điện năng từ lưới có thể thay đổi theo thời gian, gắn liền với các biến động giá và tải.
Mục tiêu chính là cung cấp cho nhà nghiên cứu và nhà thiết kế những thông tin và định hướng 6 Chương 2: Tổng quan về Nearly Zero-Energy Buildings để đưa ra quyết định đúng đắn về hệ thống năng lượng tái tạo, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả kinh tế của các dự án nZEB. Phần đầu tiên, đề tài sẽ tìm hiểu và phân tính hệ thống năng lượng tái tạo có thể được áp dụng trong các hệ thống nZEB. Các hệ thống này có thể bao gồm điện mặt trời, gió, địa nhiệt, năng lượng sinh học và các công nghệ mới khác. Phần tiếp theo sẽ đánh giá tính khả thi và hiệu quả của từng hệ thống nZEB thông qua các chỉ số kinh tế như NPC, COE, chi phí vận hành và bảo dưỡng, thời gian hoàn vốn của hệ thống sẽ giúp nhà nghiên cứu và nhà thiết kế lựa chọn phương án tối ưu cho từng dự án nZEB.
Cuối cùng, đề tài sẽ tìm hiểu các phương án vận hành tốt hệ thống nZEB để đảm bảo tính bền vững và mang lại hiệu quả kinh tế của các hệ thống năng lượng tái tạo. Tổng quan, mục tiêu của đề tài là đưa ra các định hướng và quyết định thông minh về lựa chọn hệ thống năng lượng tái tạo phù hợp trong các tòa nhà nZEB, trong bối cảnh điện năng từ lưới có thể thay đổi theo thời gian và tác động đến hiệu quả kinh tế. Điều này sẽ hỗ trợ việc xây dựng và phát triển các tòa nhà nZEB bền vững, thân thiện với môi trường và kinh tế trong tương lai.4 Thiết kế và đánh giá hiệu suất nZEB 2.1 Thiết kế hệ thống nZEB Hiện nay tại Việt Nam, việc xây dựng các tòa nhà Nearly Zero-Energy Buildings (nZEB) vẫn chưa được đề cập trong chính sách xây dựng. Tuy nhiên, đã có nhiều nghiên cứu và thiết kế được thực hiện để đánh giá tính khả thi của việc xây dựng các tòa nhà nZEB trong điều kiện khí hậu tại Việt Nam.
Một trong các nghiên cứu đã tạo ra một mô hình mẫu tòa nhà văn phòng đơn chức năng, được phân hạng A và có hình khối độc lập với các công trình lân cận. Mô hình này cũng được chia thành 3 dạng hình khối công trình tiêu biểu, bao gồm hình hộp, hình chữ nhật và hình tam giác Hình 2. Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá khả năng xây dựng các tòa nhà nZEB dựa trên những dạng hình khối này và điều chỉnh thiết kế để đạt được hiệu suất năng lượng cao nhất có thể trong điều kiện khí hậu của Việt Nam. 7 Chương 2: Tổng quan về Nearly Zero-Energy Buildings Nghiên cứu được tham khảo từ PGS.KTS Nguyễn Anh Tuấn (Trưởng Khoa Kiến trúc, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng) Hình 2.