CHƯƠNG 1. Tiềm năng và sự phát triển về hệ thống điện năng lượng mặt trời 1. Thế giới Năm 2020, Hiệp hội năng lượng mặt trời châu Âu (Solar Power Europe) cho biết hơn 138 GW điện mặt trời đã được lắp đặt trên toàn thế giới, tăng lên 18% so với năm 2019. Tổng công suất điện mặt trời trên toàn cầu đạt được 773.
Ngoài ra, giai đoạn 2021 - 2025 theo như Hiệp hội thì lĩnh vực năng lượng mặt trời sẽ tăng công suất lắp đặt thêm 163.2 GW trong năm 2021 và tăng trên 200 GW vào năm 2022. Đến năm 2025, con số này sẽ đạt 266 GW/năm. Tổng công suất tích lũy điện mặt trời trên toàn cầu sẽ đạt từ 1,9 - 2,1 ngàn GW vào cuối năm 2025. Biểu đồ công suất năng lượng mặt trời toàn cầu giai đoạn 2016 - 2020 và dự báo giai đoạn 2021 – 2025 [1] Trong giai đoạn 2021 – 2025, các thị trường lớn về phát triển điện mặt trời sẽ bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Đức, Nhật Bản, Úc, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Hà Lan và Việt Nam.
Đặc biệt, trong 5 năm tới tại Trung Quốc sẽ có khoảng 400 GW công suất điện mặt trời được đưa vào vận hành. Tình hình sản xuất điện năng lượng mặt trời trên thế giới (Nguồn: ourworldindata. Việt Nam • Tiềm năng Việt Nam nằm trong vùng nội chí tuyến Bắc nên có tiềm năng lớn về bức xạ mặt trời, trung bình số giờ nắng từ 1,600 – 2,700 giờ/năm, lượng bức xạ khoảng 4- 2 5kWh/m một ngày (2021). Vì vậy, tiềm năng về khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam lên đến khoảng 13 GW.
Lượng bức xạ năng lượng mặt trời theo ngày ở Việt Nam (Nguồn: Cơ quan Hiệp hội năng lượng Việt Nam) Theo như Hình 1.3, vùng có tiềm năng bức xạ lớn là các khu vực: Duyên Hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ. • Sự phát triển Hình 1. Tổng số hệ thống và công suất lắp đặt (MWp) điện mặt trời áp mái đến cuối tháng 12-2020 (Nguồn: Viet Nam Energy Partnership Group) 3 Tổng số công suất lắp đặt điện áp mái tăng nhanh và liên tục trong giai đoạn từ 2018-2020, vào cuối năm 2020 số hệ thống đạt được là 105,212 hệ thống với tổng công suất lắp đặt lên tới 9,730. Hiện tại, Việt Nam mới chỉ có 8 nhà máy sản xuất tấm mô đun quang điện (PV), trong đó chỉ có hai công ty do Việt Nam làm chủ, đó là: IREX Solar (Vũng Tàu) và Công ty cổ phần Năng lượng Mặt Trời Đỏ (thành phố Hồ Chí Minh).
Lý do chọn đề tài Ngày nay, việc sử dụng nguồn năng lượng xanh sạch đang ngày càng được quan tâm, nó góp phần giảm thiểu sự biến đổi khí hậu, sự ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó, còn làm giảm chi phí điện khi sử dụng nguồn năng lượng truyền thống. Tuy nhiên hiện nay, biểu giá (FIT-2) của Thủ tướng Chính phủ đã hết thời gian hiệu lực, cho đến nay vẫn chưa có cơ chế biểu giá mới, nên hiện nay không thể làm thủ tục đấu nối và xin cấp công tơ 2 chiều với điện lực. Mặt khác đối với các doanh nghiệp việc tiết kiệm tiền sử dụng điện là ưu tiên hàng đầu khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời.
Hiện nay vào khung giờ cao điểm, giá điện kinh doanh khoảng 4.500 đồng/kWh nên việc sử dụng điện mặt trời sẽ giúp cho các doanh nghiệp tiết kiệm được rất nhiều tiền điện.[2] Với xưởng sản xuất và các nhà máy, giá điện sản xuất vào khung giờ cao điểm là khoảng 3.000 đồng/kWh nên khoảng thời gian thu hồi vốn điện mặt trời tăng lên 2-3 năm so với các khách hàng sử dụng điện cho mục đích kinh doanh.[2] Chính vì thế việc lắp đặt công suất của hệ thống điện mặt trời sao cho phù hợp với nhu cầu tiêu thụ điện của nhà máy, xưởng sản xuất cũng là một vấn đề cần xem xét trước khi quyết định đầu tư hệ thống điện mặt trời. Vấn đề được đặt ra là khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời ta nên cân nhắc công suất cần lắp đặt là bao nhiêu để tối ưu nhất, để có thể mang lợi ích kinh tế lớn nhất. Nhà máy Quảng Việt (Long An) là nhà máy thuộc khu vực có lượng bức xạ lớn, điều kiện mái xưởng tốt, vị trí địa lý thuận tiện, bên cạnh đó nhà máy có nhu cầu tải lớn nên có thể lắp đặt hệ thống pin mặt trời để tiết kiệm chi phí tiền điện. 4 Từ những góc nhìn thực tế trên, nhóm em đã quyết định lựa chọn đề tài: “Tính toán lựa chọn công suất hệ thống điện mặt trời phù hợp dựa vào tải tiêu thụ của nhà máy Quảng Việt”.
Mục tiêu đề tài Mục tiêu chính của đề tài là tìm ra công suất lắp đặt tối ưu nhất từ việc tính toán, so sánh các chỉ số kinh tế trong từng trường hợp để đem lại được lợi ích kinh tế cao nhất. Bên cạnh đó chúng ta có thể phân tích chi tiết về mặt kĩ thuật khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái cho dự án, đồng thời đánh giá lại về mặt kinh tế để chứng tỏ công suất lắp đặt phù hợp với nhà máy, từ đó cho thấy sự khả thi khi đầu tư vào hệ thống. Biết được mức độ sinh lời của dự án, từ đó thuyết phục chủ đầu tư triển khai dự án. Nội dung nghiên cứu Các phần mềm được sử dụng đến trong đề tài là Homer Pro, Sketchup, Pvsyst, AutoCad.
Phần mềm Homer sẽ giúp ta phân tích dữ liệu tải để có được suất tối ưu nhất, còn phần mềm Pvsyst sẽ phân tích đổ bóng và tính toán tổn thất cho hệ thống. Sự kết hợp của 2 phần mềm này sẽ cho ta kết quả chính xác hơn. Ta sẽ dùng các phần mềm trên để phân tích chi tiết về mặt kinh tế và kỹ thuật thông qua việc tạo dựng mô hình và mô phỏng cho hệ thống điện mặt trời. Đầu tiên chúng ta đưa dữ liệu vào phần mềm Homer Pro để tìm ra khoảng công suất tối ưu, sau đó tính toán chi tiết về các chỉ số kinh tế, so sánh để lựa chọn ra được mức công suất tối ưu nhất.
Từ đó sử dụng Sketchup để dựng mô hình 3D dự án để có cái nhìn tổng quan hơn và kiểm tra hiện tượng bóng che tại công trình. Phần mềm PVsyst sẽ giải quyết các vấn đề của hệ thống như là lắp đặt tối ưu, đảm bảo sự phù hợp của các thiết bị trong hệ thống, thông qua việc phân tích nhiều yếu tố tác động tới hệ thống điện mặt trời như ánh sáng, nhiệt độ môi trường, bóng che công trình và đưa ra các kết quả rõ ràng để tối ưu kỹ thuật cho dự án. Tổng hợp những kết quả của các phần mềm ta sẽ phân tích được khả năng mà dự án có thể đem lại được lợi nhuận trong tương lai, đồng thời làm rõ được mức độ khả thi của các dự án khác khi giá điện và giá các thiết bị của hệ thống có sự thay đổi trong khoảng thời gian tới. Giới hạn đề tài Đề tài chưa đi sâu vào phân tích chi tiết kỹ thuật cũng như việc đấu nối cho inverter, tủ điện, chỉ dừng lại ở mức độ đánh giá tính khả thi.
Về mặt kinh tế đề tài cũng mới chỉ đánh giá về dòng tiền, khả năng thu hồi vốn của dự, chưa đi sâu vào việc tìm hiểu và phân tích thị trường. Các bước tính toán bức xạ mặt trời 2 Bước 1: Tính năng lượng bức xạ trung bình H0 (kWh/m /ngày) 24 360n I 1 + S H0 = SC + 0, 033cos .sin (1) 365 180 Trong đó: Giá trị n: Số ngày nắng trung bình; : Góc lệch của mặt trời được tra ở bảng dưới đây. Bảng ngày trung bình và góc lệch trung bình của mặt trời Thứ tự ngày Ngày trung Ngày trung Thiên độ trung Tháng trong năm (n) bình của tháng bình của năm bình ( ) 0 1 i 17 17 -20,9 0 2 31+i 16 47 -13 0 3 59+i 16 75 -2,4 0 4 90+i 15 105 9,4 0 5 120+i 15 135 18,8 0 6 151+i 11 162 23,1 0 7 181+i 17 198 21,2 0 8 212+i 16 228 13,5 0 9 243+i 15 258 2,2 0 10 273+i 15 288 -9,6 0 11 304+i 14 318 -18,9 0 12 334+i 10 344 -23 2 Bước 2: Tính tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình H (kWh/m /ngày) H n =a+b H 0 N Trong đó: 2 H: Tổng năng lượng bức xạ nhiệt trung bình của một ngày (kWh/m /ngày); 7 n: Số giờ nắng trung bình được đo trong 1 tháng (giờ); 2 N = 15 cos −1 (− tan. tan ): Số giờ nắng trung bình tối đa (giờ); n a = −0,11 + 0, 235 cos + 0, 323 N : Tham số hồi quy tuyến tính theo vĩ độ; b = 1, 449 − 0, 553cos − 0, 694 n : Tham số hồi quy tuyến tính theo số giờ nắng.
N Bước 3: Tính tỷ số bức xạ Rb S (cos .cos ) 180 Rb = (3) S cos .sin 180 Bước 4: Tính hệ số chuyển đổi tổng xạ R R = HT = 1 − H d R + Hd b 1 + cos + 1 − cos (4) H H H 2 2 Trong đó: Rb: Hệ số chuyển đổi trực xạ; : Thành phần Albedo; = 0,2 khi môi trường không có tuyết; = 0,7 khi môi trường phủ đầy tuyết; Hd H = 1, 403 −1, 627KT với KT = H H 0 Bước 5: Tính tổng năng lượng bức xạ mặt trời HT. Các bước tính toán thiết kế cho hệ thống pin mặt trời Hệ thống pin mặt trời thường được thiết kế theo các bước dưới đây: Bước 1: Khảo sát dữ liệu ban đầu. • Phụ tải Tổng hợp thông tin về số lượng, chế độ làm việc, tính toán công suất của thiết bị, khung giờ hoạt động,… Từ đó, ta sẽ tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải. • Vị trí lắp đặt, thi công hệ thống 8 Khảo sát vị trí và lựa chọn hướng nghiêng phù hợp để có phương án lắp đặt tối ưu, giúp các tấm PV thu được nhiều bức xạ mặt trời và đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao nhất.
Bước 2: Tính toán mức tiêu thụ điện năng Lượng tiêu thụ điện trong một ngày ( Ang ): n A = ng i Pt i i=1 Trong đó: ti và Pi lần lượt là thời gian và công suất tiêu thụ của phụ tải thứ i. Lượng tiêu thụ điện của 1 tháng ( Ath ) và 1 năm ( An ): A = A .N th ng th An = Ang .12 Trong đó: Nth , Nn : Lần lượt là số ngày tiêu thụ điện năng hàng tháng, hàng năm.