Tính Toán Kinh Tế Kỹ Thuật Của Dự Án Điện Mặt Trời Áp Mái Tại Việt Nam

Tài liệu nghiên cứu Tính toán kinh tế kỹ thuật của dự án điện mặt trời áp mái và các vấn đề tổn thất lưới phân phối có, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Nguyễn Anh Tú
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Tuyên
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý công nghiệp
• Đề tài: Tính Toán Kinh Tế Kỹ Thuật Của Dự Án Điện Mặt Trời Áp Mái Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do lựa chọn đồ án
• 1.2. Các nghiên cứu liên quan đến luận văn
• 1.3. Kết luận
• 2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI
• 2.1. Tổng quan về chất lượng điện năng, tổn thất điện năng trên lưới phân phối
• 2.2. Tiêu chuẩn về chất lượng điện năng
• 2.2.1. Tiêu chuẩn Việt Nam
• 2.2.2. Tiêu chuẩn quốc tế
• 3. BÀI TOÁN KINH TẾ ĐẦU TƯ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI
• 3.1. Các cách thức hoạt động của hệ thống điện mặt trời áp mái
• 3.1.1. Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập với lưới điện
• 3.1.2. Hệ thống điện mặt trời kết nối với lưới điện không có hệ thống dự trữ
• 3.1.3. Hệ thống điện mặt trời kết nối với lưới điện có hệ thống dự trữ
• 3.2. Bài toán kinh tế khi đầu tư vào hệ thống điện mặt trời
• 3.2.1. Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời
• 3.2.2. Tổng tiền nhận được từ hệ thống năng lượng mặt trời
• 3.2.3. Bài toán kinh tế gửi tiền tiết kiệm lãi suất kép tại ngân hàng
• 3.2.4. Kết quả tính toán
• 3.2.5. Kết luận hiệu quả kinh tế của hệ thống điện mặt trời
• 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI PHÂN TÁN TỚI TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
• 4.1. Thuật toán tính tổn thất điện năng
• 4.2. Tính toán tổn thất điện năng
• 4.2.1. Lưới điện Hương Khê đường dây 373, 374 E18
• 4.2.2. Tính tổn thất điện năng trên lộ 373E18
• 4.2.3. Tính toán tổn thất điện năng trên lộ 374E18
• 4.3. Giải pháp giảm tổn thất điện năng
• 4.3.1. Cắt giảm công suất của điện mặt trời vào thời điểm cao điểm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Dự Án Điện Mặt Trời Áp Mái Tại Việt Nam 55 ký tự

Năng lượng đóng vai trò then chốt trong sự phát triển của xã hội. Cuộc khủng hoảng năng lượng cuối thế kỷ XIX đã thúc đẩy tìm kiếm nguồn năng lượng mới. Năng lượng tái tạo, miễn phí và dồi dào, trở thành giải pháp. Các quốc gia tích cực thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng này. Chính phủ Việt Nam cũng có những hành động tích cực như đẩy mạnh hợp tác quốc tế trong việc ứng dụng và chuyển giao công nghệ năng lượng mới. Các doanh nghiệp, nhà quản lý và nhà khoa học cũng đã đồng loạt hợp tác để thiết lập khung 1 chính hỗ trợ các nguồn năng lượng mới, tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Các quốc gia phát triển như Đức và Nhật Bản cũng đã hỗ trợ chuyển giao công nghệ.

Điện mặt trời, đặc biệt là điện mặt trời áp mái, đã trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống điện Việt Nam trong những năm gần đây. Theo EVN, tổng công suất hệ thống điện mặt trời đạt 16. Hệ thống điện PV mang lại lợi ích về kinh tế, điện và môi trường. Các hệ thống PV phân tán giảm tổn thất điện năng bằng cách tạo ra điện trực tiếp cho phụ tải. Hơn nữa, các hệ thống PV giảm lượng khí thải CO2. Tuy nhiên, công suất lớn của hệ thống PV có thể gây ra các vấn đề về chất lượng điện như quá điện áp hoặc sóng hài.

1.1. Thực trạng phát triển điện mặt trời áp mái ở Việt Nam

Từ năm 2019, điện mặt trời phân tán tại Việt Nam đã phát triển với tốc độ chóng mặt. Hình 0-1 cho thấy mức tăng công suất điện mặt trời được lắp đặt từ năm 2010 đến năm 2020. Theo EVN, tổng công suất hệ thống điện mặt trời đạt 16. Trong khi đó, công suất năng lượng tái tạo được lắp đặt hoàn chỉnh đạt 20.670 MW, chiếm 27% công suất hệ thống được lắp đặt dung lượng [1], [2]. Hệ thống điện PV không chỉ có lợi thế về kinh tế mà còn về điện và môi trường. Ví dụ, các hệ thống PV phân tán có thể giảm tổn thất điện năng bằng cách tạo ra điện trực tiếp cho phụ tải thay vì phụ thuộc vào các nguồn từ xa. Hơn nữa, các hệ thống PV có thể giảm lượng khí thải CO2 từ các nhà máy điện hóa thạch đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng tăng trưởng hàng năm.

1.2. Tiêu chuẩn chất lượng điện năng và điện áp trong lưới điện

Tiêu chuẩn lưới điện (Grid Code) quốc gia quy định chặt chẽ về chất lượng điện áp. Dải điện áp hoạt động cho phép dao động trên lưới điện hạ thế là 10% điện áp định mức, theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 50160. Lưới điện 50 kV trở xuống ở Canada phải duy trì điện áp ở trạng thái ổn định trong khoảng từ 0,917 đến 1,042 p. Theo Thông tư 30/2019/TT-BCT [5], dải điện áp hoạt động cho phép của Việt Nam là +10% và -5% từ 35 kV trở xuống. Khi điện áp thay đổi đáng kể, bộ đổi điện áp máy biến áp và bộ điều chỉnh điện áp có thể được yêu cầu vận hành hoặc điều chỉnh để giữ điện áp trong phạm vi cho phép.

II. Thách Thức Khi Tích Hợp Điện Mặt Trời Áp Mái Phân Tán 57 ký tự

Việc tích hợp điện mặt trời vào lưới điện đặt ra nhiều thách thức. Các vấn đề về chất lượng điện như quá điện áp, công suất ngược, và sóng hài có thể phát sinh. Sự biến động của công suất phát của PV phụ thuộc nhiều vào thời tiết, gây áp lực lớn lên công tác quản lý, thiết kế và vận hành lưới điện. Các công ty điện lực cần đảm bảo lưới điện phân phối linh hoạt và tin cậy. Để giải quyết các vấn đề về đồ thị điện áp luận văn đưa ra 2 giải pháp: (i) thu thập dữ liệu thực tế và đánh giá thực trạng của hệ thống PV bằng mô phỏng. (ii) Hai giải pháp, đó là thay đổi điện áp vận hành của máy biến áp và cắt giảm công suất phát của hệ thống PV, đã cải thiện được đồ thị điện áp và được xác nhận bằng mô phỏng.

2.1. Ảnh hưởng của điện mặt trời đến tổn thất điện năng

Các nghiên cứu đã chứng minh rằng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới phân phối có thể giảm tổn thất điện năng và tăng hiệu suất của lưới điện. Theo một nghiên cứu của [7] sử dụng các công nghệ năng lượng tái tạo như mặt trời và gió có thể giảm tổn thất điện năng từ 10-20%, đồng thời tăng khả năng ổn định của lưới điện. Ngoài ra, nghiên cứu của [8] đã thử nghiệm tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới phân phối và cho thấy rằng việc sử dụng các thiết bị lưu trữ năng lượng như hệ thống pin có thể giảm đáng kể tổn thất điện năng.

2.2. Khó khăn trong việc dự báo sản lượng điện mặt trời

Các nguồn năng lượng tái tạo thường không ổn định và không thể dựa trên chúng để cung cấp điện năng liên tục. Ở mức thâm nhập cao có thể dẫn đến hiện tượng quá điện áp trong lưới điện. Vấn đề phát sinh chủ yếu khi công suất PV đạt cực đại trong lưới hạ áp, cho dù đó là tải nhẹ. Do đó, phải thiết lập biểu đồ công suất phát điện và phụ tải điện hàng năm, mối quan hệ giữa các hệ thống điện mặt trời phân tán và an ninh hệ thống điện phải được kiểm tra cẩn thận và việc triển khai các hệ thống điện mặt trời phân tán phải được tối ưu hóa để đạt được sự tích hợp hiệu quả về chi phí [9].

III. Cách Tính Toán Hiệu Quả Kinh Tế Dự Án Điện Mặt Trời 59 ký tự

Tính toán hiệu quả kinh tế của dự án điện mặt trời áp mái bao gồm việc xem xét các yếu tố như chi phí lắp đặt, tổng tiền thu được từ hệ thống, và so sánh với các phương án đầu tư khác như gửi tiết kiệm ngân hàng. Chi phí lắp đặt bao gồm chi phí tấm pin, inverter, và các thiết bị phụ trợ. Tổng tiền thu được từ hệ thống phụ thuộc vào sản lượng điện tạo ra và giá bán điện. So sánh với gửi tiết kiệm ngân hàng giúp đánh giá tính khả thi của dự án. Luận văn đã thu thập dữ liệu về lưới điện Hương Khê và các nhà máy điện mặt trời ở đó. Tuy nhiên, dữ liệu thu thập vẫn chưa đầy đủ do vấn đề kỹ thuật. Đầu tiên, đưa ra bài toán kinh tế đầu tư hệ thống điện mặt trời áp mái cho các trang trại tại Hương Khê, kết quả cho thấy khi chủ đầu tư đầu tư vào hệ thống điện mặt trời sẽ lãi hơn gửi số tiền đầu tư vào ngân hàng để nhận lãi là khoảng 3 - 4 lần sau 25 năm.

3.1. Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái

Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái bao gồm chi phí các thành phần chính như tấm pin năng lượng mặt trời, inverter, hệ thống khung đỡ, dây dẫn, và các thiết bị bảo vệ. Ngoài ra, còn có chi phí nhân công lắp đặt, chi phí thiết kế hệ thống, và chi phí xin phép đấu nối vào lưới điện. Việc lựa chọn các thiết bị chất lượng cao và nhà thầu uy tín sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đầu tư ban đầu.

3.2. Tính toán sản lượng điện và doanh thu từ hệ thống

Sản lượng điện của hệ thống phụ thuộc vào công suất lắp đặt, bức xạ mặt trời tại địa điểm, và hiệu suất của các thiết bị. Cần tính toán chi tiết sản lượng điện hàng năm để dự trù doanh thu. Doanh thu từ hệ thống điện mặt trời áp mái đến từ việc bán điện cho EVN theo giá FIT (Feed-in Tariff) hoặc sử dụng điện tự dùng và giảm chi phí tiền điện.

IV. Phân Tích Tổn Thất Điện Năng Trên Lưới Điện Phân Phối 57 ký tự

Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện mặt trời phân tán đến tổn thất điện năng của lưới phân phối là rất quan trọng. Việc tính toán tổn thất điện năng giúp đánh giá hiệu quả của hệ thống và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất. Thuật toán tính tổn thất điện năng dựa trên các thông số của lưới điện và sản lượng điện từ các nguồn điện mặt trời. Kết quả tính toán cho thấy ảnh hưởng của việc tích hợp điện mặt trời đến tổn thất điện năng trên các lộ đường dây khác nhau. Luận văn xét lần lượt sự cắt giảm 50% và 70% tổng công suất phát của PVs và đã giảm được tổn thất điện năng một cách đáng kể. Tuy nhiên với đề xuất thứ này sẽ gây những khó khăn lớn về kinh tế cho chủ đầu tư.

4.1. Thuật toán tính toán tổn thất điện năng chi tiết

Tính toán tổn thất điện năng trên lưới phân phối cần sử dụng các thuật toán phù hợp, dựa trên mô hình lưới điện và dữ liệu vận hành thực tế. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp tính toán dựa trên dòng công suất (power flow), phương pháp sử dụng hệ số tổn thất, và phương pháp mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng.

4.2. So sánh tổn thất điện năng trước và sau khi lắp điện mặt trời

Phân tích so sánh tổn thất điện năng trên lưới điện trước và sau khi tích hợp điện mặt trời áp mái giúp đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt hệ thống. Việc này cho thấy liệu hệ thống có thực sự giúp giảm tổn thất điện năng, hay lại gây ra các vấn đề khác như quá điện áp hoặc tăng tổn thất do dòng công suất ngược.

V. Giải Pháp Giảm Tổn Thất và Cải Thiện Điện Áp Lưới Điện 59 ký tự

Để giải quyết các vấn đề phát sinh từ việc tích hợp điện mặt trời phân tán, cần có các giải pháp giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp lưới điện. Các giải pháp bao gồm điều chỉnh điện áp vận hành của máy biến áp, cắt giảm công suất phát của điện mặt trời vào giờ cao điểm, và sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần dựa trên phân tích kỹ thuật và kinh tế cụ thể cho từng trường hợp. Nên giải pháp này sẽ đưa ra kịch bản khi xét các sự kiện, các nhà máy điện mặt trời này bảo trì hoặc sự cố tại một số thời điểm nhất định.

5.1. Điều chỉnh điện áp vận hành của máy biến áp

Điều chỉnh điện áp vận hành của máy biến áp là một giải pháp đơn giản và hiệu quả để cải thiện điện áp lưới điện. Việc hạ điện áp vận hành có thể giúp giảm quá điện áp và cải thiện độ ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, cần đảm bảo điện áp vẫn nằm trong phạm vi cho phép theo quy định.

5.2. Cắt giảm công suất phát của điện mặt trời vào giờ cao điểm

Cắt giảm công suất phát của điện mặt trời vào giờ cao điểm là một giải pháp khác để giảm quá điện áp và tổn thất điện năng. Giải pháp này có thể được thực hiện thông qua điều khiển biến tần của hệ thống điện mặt trời. Tuy nhiên, cần cân nhắc đến ảnh hưởng đến doanh thu của chủ đầu tư.

VI. Triển Vọng và Tương Lai của Điện Mặt Trời Áp Mái 53 ký tự

Với những lợi ích về kinh tế và môi trường, điện mặt trời áp mái có tiềm năng phát triển lớn tại Việt Nam. Chính phủ cần tiếp tục có các chính sách hỗ trợ để khuyến khích đầu tư vào lĩnh vực này. Các nghiên cứu và phát triển công nghệ mới cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và giảm chi phí của hệ thống. Tuy nhiên, sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ, sóng hài,v.) có thể phát sinh đối với lưới truyền tải hoặc phân phối sau khi tích hợp do biến động của công suất phát của PV phụ thuộc nhiều vào thời tiết [3], [4]. Tất cả những điều này cộng lại gây áp lực lớn lên công tác quản lý, thiết kế và vận hành lưới điện phân phối linh hoạt và tin cậy của các công ty Điện lực.

6.1. Chính sách hỗ trợ phát triển điện mặt trời áp mái

Chính phủ cần tiếp tục duy trì và phát triển các chính sách hỗ trợ như giá FIT ưu đãi, cơ chế net metering (bù trừ điện năng), và các ưu đãi về thuế để khuyến khích đầu tư vào điện mặt trời áp mái. Ngoài ra, cần có các quy định rõ ràng và minh bạch về thủ tục cấp phép và đấu nối vào lưới điện.

6.2. Ứng dụng công nghệ mới để nâng cao hiệu quả

Việc ứng dụng các công nghệ mới như tấm pin hiệu suất cao, inverter thông minh, và hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm chi phí của hệ thống điện mặt trời áp mái. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu và phát triển về công nghệ dự báo sản lượng điện mặt trời để giúp quản lý lưới điện hiệu quả hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, đã trở thành giải pháp chiến lược cho phát triển bền vững. Tại Việt Nam, công suất đặt điện mặt trời đã tăng trưởng nhanh chóng, đạt khoảng 16 GW vào năm 2020, chiếm 27% tổng công suất hệ thống điện lắp đặt. Sự phát triển này tạo ra nhiều cơ hội nhưng cũng đặt ra thách thức lớn về vận hành kỹ thuật và tổn thất điện năng trên lưới phân phối có tích hợp điện mặt trời phân tán.

Luận văn tập trung nghiên cứu tính toán kinh tế kỹ thuật của dự án điện mặt trời áp mái tại khu vực Hương Khê, Hà Tĩnh, đồng thời phân tích các vấn đề tổn thất điện năng trên lưới phân phối khi có nguồn điện mặt trời phân tán. Mục tiêu chính là đánh giá hiệu quả kinh tế đầu tư hệ thống điện mặt trời áp mái, khảo sát thực trạng tổn thất điện năng trước và sau khi tích hợp nguồn điện mặt trời, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng điện áp và giảm tổn thất điện năng.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích dữ liệu thực tế từ các nhà máy điện mặt trời và lưới điện trung áp 35 kV tại hai lộ 373E18 và 374E18 thuộc lưới điện phân phối Hương Khê. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà đầu tư, nhà quản lý và vận hành hệ thống điện trong việc tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các dự án điện mặt trời phân tán, góp phần nâng cao độ tin cậy và ổn định của lưới điện phân phối.

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 chất lượng điện năng và tổn thất điện năng: Bao gồm các khái niệm về tổn thất điện năng kỹ thuật và thương mại, các tiêu chuẩn chất lượng điện áp theo Thông tư 30/2019/TT-BCT của Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế EN 50160, IEC 1000-2-1. Các chỉ số SAIDI, SAIFI, MAIFI được sử dụng để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện.

• Mô hình hệ thống điện mặt trời áp mái: Phân loại hệ thống theo ba dạng chính: hoạt động độc lập (off-grid), kết nối lưới không có hệ thống lưu trữ, và kết nối lưới có hệ thống lưu trữ. Mô hình kinh tế đầu tư dựa trên chi phí lắp đặt, chi phí bảo trì, giá bán điện và so sánh với phương án gửi tiết kiệm ngân hàng.

• Thuật toán tính toán tổn thất điện năng: Sử dụng phương pháp lặp Newton-Raphson để giải bài toán phân bố công suất và tính toán tổn thất trên lưới điện phân phối. Các phương pháp tính tổn thất dựa trên đồ thị phụ tải điển hình, đường cong tổn thất và thời gian tổn thất công suất lớn nhất được áp dụng.

Các khái niệm chính bao gồm: tổn thất điện năng kỹ thuật, tổn thất điện năng thương mại, hệ số đồng thời, hệ số tham gia vào đỉnh, công suất tác dụng và công suất phản kháng, nhấp nháy điện áp, biến dạng sóng hài.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ thực tế lưới điện phân phối và các nhà máy điện mặt trời tại Hương Khê, Hà Tĩnh, bao gồm dữ liệu phụ tải, công suất phát PV, thông số kỹ thuật thiết bị và chi phí đầu tư. Dữ liệu được bổ sung bằng các số liệu thị trường và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Mô phỏng lưới điện phân phối bằng phần mềm ETAP để đánh giá tổn thất điện năng và ảnh hưởng của nguồn điện mặt trời phân tán trong các kịch bản khác nhau (có và không có PV, các mức độ cắt giảm công suất).

• Tính toán kinh tế đầu tư dựa trên công thức tổng chi phí lắp đặt, chi phí bảo trì, giá bán điện theo bậc thang và so sánh với phương án gửi tiết kiệm ngân hàng với lãi suất kép.

• Phân tích các chỉ số chất lượng điện năng và tổn thất điện năng theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 12 nhà máy điện mặt trời áp mái với công suất từ 500 kWp đến hơn 1 MWp, cùng với dữ liệu lưới điện trung áp 35 kV tại hai lộ 373E18 và 374E18. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các nhà máy và lưới điện trong khu vực nghiên cứu.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2022-2023, bao gồm thu thập dữ liệu thực tế, mô phỏng, phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả kinh tế đầu tư hệ thống điện mặt trời áp mái:
   Kết quả tính toán cho thấy, đầu tư vào hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới không có hệ thống lưu trữ tại Hương Khê có lợi nhuận cao hơn gửi tiền tiết kiệm ngân hàng khoảng 3-4 lần trong vòng 25 năm. Ví dụ, nhà máy Công ty CP Đầu tư Thuận An 68 với tổng vốn đầu tư khoảng 11,67 tỷ VNĐ có thời gian thu hồi vốn từ 31 đến 37 tháng, và tổng lợi nhuận sau 25 năm đạt trên 210 tỷ VNĐ, so với khoảng 70 tỷ VNĐ nếu gửi ngân hàng.

2. Ảnh hưởng của điện mặt trời phân tán đến tổn thất điện năng trên lưới phân phối:
   Mô phỏng trên lộ 373E18 cho thấy khi công suất PVs vượt quá nhu cầu phụ tải, tổn thất điện năng tăng mạnh, đặc biệt là tổn thất công suất phản kháng của máy biến áp tăng đáng kể. Tổn thất công suất tăng lên đến hơn 20% so với trường hợp không có PV. Ngược lại, trên lộ 374E18 với mức công suất PV thấp hơn phụ tải, tổn thất điện năng được cải thiện, giảm khoảng 10%.

3. Giải pháp cắt giảm công suất phát của PVs:
   Việc cắt giảm 50% và 70% công suất phát của PVs vào giờ cao điểm đã giảm tổn thất điện năng đáng kể, giảm khoảng 15-25% so với không cắt giảm. Tuy nhiên, giải pháp này gây khó khăn về kinh tế cho chủ đầu tư do giảm doanh thu bán điện.

4. Đề xuất điều chỉnh điện áp vận hành:
   Hạ điện áp vận hành tại trạm biến áp 100/35 kV từ 37,5 kV xuống 36,5 kV trong khoảng thời gian 6 giờ đến 18 giờ giúp nâng cao chất lượng điện áp, ổn định biên độ điện áp và giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tăng tổn thất điện năng khi công suất PV vượt quá phụ tải là do dòng công suất ngược lớn, làm tăng dòng điện chạy qua các phần tử lưới, đặc biệt là máy biến áp, gây phát nóng và tổn thất điện năng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo phân tán đến lưới điện phân phối.

Việc cắt giảm công suất phát PV là giải pháp kỹ thuật hiệu quả để giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện áp, tuy nhiên cần cân nhắc tác động kinh tế. Giải pháp điều chỉnh điện áp vận hành là phương án đơn giản, dễ thực hiện và không ảnh hưởng đến doanh thu của chủ đầu tư.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh tổn thất công suất và điện áp tại các nút lưới trong các kịch bản khác nhau, giúp minh họa rõ ràng tác động của PVs và hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thực hiện điều chỉnh điện áp vận hành tại các trạm biến áp trung áp:
   Giảm điện áp vận hành từ 37,5 kV xuống 36,5 kV trong giờ cao điểm (6h-18h) để cải thiện chất lượng điện áp và giảm tổn thất điện năng. Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực Hà Tĩnh. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng tới.

2. Áp dụng chính sách cắt giảm công suất phát PV linh hoạt:
   Thiết lập cơ chế cắt giảm công suất phát PV vào giờ cao điểm hoặc khi lưới điện quá tải, ưu tiên các sự kiện bảo trì hoặc sự cố. Chủ thể thực hiện: Nhà vận hành hệ thống điện phối hợp với chủ đầu tư PV. Thời gian thực hiện: 12 tháng.

3. Khuyến khích đầu tư hệ thống lưu trữ năng lượng:
   Hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp lưu trữ để giảm biến động công suất PV, nâng cao độ tin cậy và giảm tổn thất. Chủ thể thực hiện: Bộ Công Thương, các viện nghiên cứu. Thời gian: dài hạn, 3-5 năm.

4. Tăng cường giám sát và thu thập dữ liệu lưới điện:
   Nâng cấp hệ thống SCADA và đo đếm để theo dõi chất lượng điện năng và tổn thất điện năng chính xác hơn, phục vụ công tác vận hành và quy hoạch. Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực, các đơn vị quản lý lưới điện. Thời gian: 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà đầu tư và doanh nghiệp năng lượng tái tạo:
   Hiểu rõ hiệu quả kinh tế và các rủi ro kỹ thuật khi đầu tư vào hệ thống điện mặt trời áp mái, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

2. Các nhà quản lý và vận hành lưới điện:
   Nắm bắt các vấn đề tổn thất điện năng và chất lượng điện áp khi tích hợp nguồn điện mặt trời phân tán, áp dụng các giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu quả vận hành.

3. Sinh viên và nhà nghiên cứu ngành điện, năng lượng tái tạo:
   Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình, phương pháp tính toán tổn thất điện năng và bài toán kinh tế kỹ thuật trong lĩnh vực điện mặt trời phân tán.

4. Cơ quan hoạch định chính sách năng lượng:
   Tham khảo các kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo, đảm bảo cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Điện mặt trời áp mái có thực sự hiệu quả về mặt kinh tế so với gửi tiết kiệm ngân hàng?
   Có. Nghiên cứu cho thấy đầu tư vào hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới không có lưu trữ có lợi nhuận gấp 3-4 lần so với gửi tiết kiệm ngân hàng trong vòng 25 năm, nhờ tiết kiệm chi phí điện và thu nhập từ bán điện dư thừa.

2. Tổn thất điện năng tăng hay giảm khi tích hợp điện mặt trời phân tán?
   Tùy thuộc vào mức độ công suất PV so với phụ tải. Khi công suất PV vượt quá phụ tải, tổn thất điện năng tăng do dòng công suất ngược lớn. Ngược lại, khi công suất PV thấp hơn phụ tải, tổn thất có thể giảm.

3. Giải pháp nào hiệu quả để giảm tổn thất điện năng do điện mặt trời phân tán?
   Điều chỉnh điện áp vận hành trạm biến áp và cắt giảm công suất phát PV vào giờ cao điểm là hai giải pháp hiệu quả đã được mô phỏng và xác nhận.

4. Hệ thống điện mặt trời áp mái có cần hệ thống lưu trữ không?
   Hệ thống có lưu trữ giúp cung cấp điện liên tục khi không có ánh sáng mặt trời nhưng chi phí đầu tư cao hơn. Hệ thống không lưu trữ có chi phí thấp hơn và vẫn hiệu quả kinh tế khi kết nối lưới điện.

5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng điện áp khi có nhiều nguồn điện mặt trời phân tán?
   Cần áp dụng các biện pháp kỹ thuật như điều chỉnh điện áp, cắt giảm công suất phát PV, sử dụng thiết bị điều khiển và lưu trữ năng lượng, đồng thời nâng cấp hệ thống giám sát và quản lý lưới điện.

Kết luận

• Đầu tư vào hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới không có lưu trữ tại Hương Khê mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội so với gửi tiết kiệm ngân hàng, với lợi nhuận gấp 3-4 lần trong vòng 25 năm.
• Tích hợp điện mặt trời phân tán ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng và chất lượng điện áp trên lưới phân phối, đặc biệt khi công suất PV vượt quá phụ tải.
• Giải pháp điều chỉnh điện áp vận hành và cắt giảm công suất phát PV vào giờ cao điểm giúp giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp hiệu quả.
• Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực tế và mô hình mô phỏng chi tiết, làm cơ sở cho các nhà đầu tư, nhà quản lý và hoạch định chính sách trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp đề xuất, nâng cấp hệ thống giám sát và mở rộng nghiên cứu sang các khu vực khác để tối ưu hóa tích hợp điện mặt trời phân tán trên toàn quốc.

Quý độc giả và các bên liên quan được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển bền vững hệ thống điện mặt trời phân tán, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế ngành năng lượng Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý do lựa chọn đồ án Năng lượng là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của nhân loại. Cuối thế kỷ XIX đã xảy ra khủng hoảng năng lượng, khiến cho việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu tăng cao trở nên cấp thiết. Có thể tăng khai thác các nguồn năng lượng hiện tại nhưng cách khác để giải quyết vấn đề này là tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo mới.

Các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau đã được đưa ra và mỗi nguồn năng lượng đó có các thuộc tính tích cực và tiêu cực riêng. Nhìn chung, các nguồn năng lượng tái tạo là miễn phí và nên được tận dụng để tránh lãng phí. Điều này đã trở thành động lực để các quốc gia thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo. Công suất đặt của điện mặt trời từ năm 2010 đến năm 2020 (Nguồn: IRENA) Vấn đề về năng lượng rất phức tạp và đa mục tiêu, vừa đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, vừa đảm bảo tuân thủ các cam kết quốc tế về phát triển bền vững.

Chính phủ đã có những hành động tích cực như đẩy mạnh hoạt động hợp tác quốc tế trong việc ứng dụng và chuyển giao công nghệ năng lượng mới. Các doanh nghiệp, nhà quản lý và nhà khoa học cũng đã đồng loạt hợp tác để thiết lập khung 1 chính hỗ trợ các nguồn năng lượng mới, tái tạo như điện mặt trời và điện gió. Các quốc gia phát triển như Đức và Nhật Bản cũng đã hỗ trợ chuyển giao công nghệ. Cùng với sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng truyền thống như nhiên liệu hóa thạch, nhu cầu năng lượng cũng ngày càng tăng đáng kể, điện mặt trời (photovoltaic - PV) đã trở nên thiết yếu trong hệ thống điện của Việt Nam vài năm qua.

Đặc biệt từ năm 2019, điện mặt trời phân tán tại Việt Nam đã phát triển với tốc độ chóng mặt. Hình 0-1 cho thấy mức tăng công suất điện mặt trời được lắp đặt từ năm 2010 đến năm 2020. Theo EVN, tổng công suất hệ thống điện mặt trời đạt 16. Trong khi đó, công suất năng lượng tái tạo được lắp đặt hoàn chỉnh đạt 20.670 MW, chiếm 27% công suất hệ thống được lắp đặt dung lượng [1], [2].

Hệ thống điện PV không chỉ có lợi thế về kinh tế mà còn về điện và môi trường. Ví dụ, các hệ thống PV phân tán có thể giảm tổn thất điện năng bằng cách tạo ra điện trực tiếp cho phụ tải thay vì phụ thuộc vào các nguồn từ xa. Hơn nữa, các hệ thống PV có thể giảm lượng khí thải CO2 từ các nhà máy điện hóa thạch đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng tăng trưởng hàng năm. Tuy nhiên, khi công suất đặt của hệ thống PV chiếm tỷ lệ đáng kể trong cơ cấu nguồn, các vấn đề về chất lượng điện (quá điện áp, công suất ngược, sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ, sóng hài, v.) có thể phát sinh đối với lưới truyền tải hoặc phân phối sau khi tích hợp do biến động của công suất phát của PV phụ thuộc nhiều vào thời tiết [3], [4].

Tất cả những điều này cộng lại gây áp lực lớn lên công tác quản lý, thiết kế và vận hành lưới điện phân phối linh hoạt và tin cậy của các công ty Điện lực. Tiêu chuẩn lưới điện (Grid Code) quốc gia quy định chặt chẽ về chất lượng điện áp. Dải điện áp hoạt động cho phép dao động trên lưới điện hạ thế là 10% điện áp định mức, theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 50160. Lưới điện 50 kV trở xuống ở Canada phải duy trì điện áp ở trạng thái ổn định trong khoảng từ 0,917 đến 1,042 p.

Theo Thông tư 30/2019/TT-BCT [5], dải điện áp hoạt động cho phép của Việt Nam là +10% và -5% từ 35 kV trở xuống. Khi điện áp thay đổi đáng kể, bộ đổi điện áp máy biến áp và bộ điều chỉnh điện áp có thể được yêu cầu vận hành hoặc điều chỉnh để giữ điện áp trong phạm vi cho phép.2 Mục đích Đánh giá được tiềm năng ứng dụng và thực trạng điện mặt trời tại Việt Nam.3 Đối tượng Mô hình hệ thống điện mặt trời áp mái tại lưới điện phân phối Hương Khê, Hà Tĩnh là lưới điện phân phối trung áp có cấp điện áp 35/0.4 Phạm vi Tìm hiểu tổng quan, tính toán và giá hiệu quả kinh tế của từng nhà mái điện mặt trời áp mái tại hai lộ 373 và 374 Hương Khê. Khảo sát thực trạng, nghiên cứu về tình hình tổn thất điện nặng trên lưới phân phối trước và sau khi tích hợp điện mặt trời áp mái.5 Các nghiên cứu liên quan đến luận văn Tổn thất điện năng trong lưới phân phối có tích hợp năng lượng tái tạo là một chủ đề nghiên cứu đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và kỹ sư điện. Các nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như điện mặt trời và gió, đang được phát triển rộng rãi như một nguồn cung cấp điện tiềm năng cho các hệ thống lưới phân phối.

Hệ thống PV phân tán có thể cải thiện đồ thị điện áp và tổn thất điện năng ở mức thâm nhập thấp [4], [6]. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới phân phối có thể giảm tổn thất điện năng và tăng hiệu suất của lưới điện. Theo một nghiên cứu của [7] sử dụng các công nghệ năng lượng tái tạo như mặt trời và gió có thể giảm tổn thất điện năng từ 10-20%, đồng thời tăng khả năng ổn định của lưới điện. Ngoài ra, nghiên cứu của [8] đã thử nghiệm tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới phân phối và cho thấy rằng việc sử dụng các thiết bị lưu trữ năng lượng như hệ thống pin có thể giảm đáng kể tổn thất điện năng.

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo cũng đặt ra một số thách thức. Các nguồn năng lượng tái tạo thường không ổn định và không thể dựa trên chúng để cung cấp điện năng liên tục. Ở mức thâm nhập cao có thể dẫn đến hiện tượng quá điện áp trong lưới điện. Vấn đề phát sinh chủ yếu khi công suất PV đạt cực đại trong lưới hạ áp, cho dù đó là tải nhẹ.

Do đó, phải thiết lập biểu đồ công suất phát điện và phụ tải điện hàng năm, mối quan hệ giữa các hệ thống điện mặt trời phân tán và an ninh hệ thống điện phải được kiểm tra cẩn thận và việc triển khai các hệ thống điện mặt trời phân tán phải được tối ưu hóa để đạt được sự tích hợp hiệu quả về chi phí [9]. Hơn nữa, lưới phân phối có tỷ lệ R/X cao, điều này gây ra hiện tượng cắt giảm công suất tác dụng có thể dẫn đến việc kiểm soát điện áp được cải thiện. Do đó, cắt giảm công suất tác dụng được coi là một giải pháp thay thế sinh lợi kết hợp với điều chỉnh công suất phản kháng để giảm khả năng quá điện áp cũng như tổn thất điện năng tại lưới phân phối [10], [11].6 Kết luận Các nghiên cứu trường hợp thực tế tại tỉnh Hà Tĩnh được phân tích bằng cách phân tích và đánh giá các lộ 373E18.8 của lưới điện phân phối 35 kV Hương Khê. Một trong những yếu tố kỹ thuật quan trọng nhất để kết nối hệ thống PV quy mô lớn (khoảng 13 MW) với lưới điện phân phối là thông số điện áp trong lưới điện trung thế được nghiên cứu trong luận văn này.

Hơn nữa, tổn thất điện năng là một yếu tố kỹ thuật quan trọng đã được đánh giá. Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng cả hai kịch bản, có và không có hệ thống PV. Sau khi phân tích các tình huống xấu nhất, luận văn đề xuất hai giải pháp để khắc phục các vấn đề về đồ thị điện áp. Phương án thứ nhất, hạ điện áp vận hành tại TBA 100/35 kV từ 37,5 kV xuống 36,5 kV từ 6 giờ đến 18 giờ trong ngày.

Kỹ thuật này có thể nâng cao đồ thị điện áp, biên độ ổn định và giảm nhẹ tổn thất điện năng của hệ thống. Thứ hai, đề xuất cắt giảm công suất phát của hệ thống PV trong giờ cao điểm của nó (giữa trưa). Chỉ cần điều chỉnh đơn giản với logic điều khiển biến tần của PV, nên phương pháp cắt giảm công suất phát có thể dễ dàng áp dụng. Ngoài ra, nó chỉ được kích hoạt khi cần thiết, giảm đáng kể lượng mất mát điện năng.

Theo đó, hai đóng góp chính của nghiên cứu này là: (i) thu thập dữ liệu thực tế và đánh giá thực trạng của hệ thống PV bằng mô phỏng. (ii) Hai giải pháp, đó là thay đổi điện áp vận hành của máy biến áp và cắt giảm công suất phát của hệ thống PV, đã cải thiện được đồ thị điện áp và được xác nhận bằng mô phỏng. Các phần sau của luận văn được bố cục như sau: Phần 2 nghiên cứu hiện trạng chất lượng điện áp của lưới phân phối trực thuộc Công ty điện lực Hà Tĩnh, bên cạnh đó đưa các các tiêu chuẩn chất lượng điện năng Việt Nam và trên thế giới. Phần 3 nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống PV với các trường hợp điển hình khác nhau.

Phần 4 đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp và tổn thất điện năng. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI Tổn thất điện năng là một khái niệm chỉ sự mất mát điện năng trong quá trình truyền tải và phân phối điện từ nguồn điện đến người sử dụng. Tổn thất điện năng có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống điện, làm giảm năng suất và tăng chi phí. Nó cũng gây ra một số vấn đề khác, bao gồm tăng tải trên hệ thống điện, giảm điện áp và tăng nhiệt độ.

Tổng quan về chất lượng điện năng, tổn thất điện năng trên LĐPP 2. Thuật ngữ Cấp điện áp [12] là một trong những giá trị của điện áp danh định được sử dụng trong hệ thống điện, bao gồm: • Hạ áp là cấp điện áp danh định đến 01 kV; • Trung áp là cấp điện áp danh định trên 01 kV đến 35 kV; • Cao áp là cấp điện áp danh định trên 35 kV đến 220 kV; • Siêu cao áp là cấp điện áp danh định trên 220 kV. Dao động điện áp [12] là sự biến đổi biên độ điện áp so với điện áp danh định trong thời gian dài hơn 01 phút.