Luận văn Giải pháp xây dựng hệ thống pin mặt trời kết hợp nguồn diesel hiện có cấp điện cho huyện đảo Lý sơn - Quảng Ngãi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MAI NGỌC PHƯƠNG GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI KẾT HỢP NGUỒN DIESEL HIỆN CÓ CẤP ĐIỆN CHO HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN - QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 60.52.50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐOÀN ANH TUẤN Phản biện 1: TS. TRẦN TẤN VINH Phản biện 2: TS. NGUYỄN LƯƠNG MÍNH Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 5 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, việc vận chuyển khó khăn, tốn kém đặc biệt là tới những vùng sâu, xa, hải đảo thì nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu đặc biệt là nguồn NLMT. Việc tiếp cận để tận dụng nguồn NLMT không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường. Huyện Lý Sơn là một huyện đảo được tách ra từ huyện Bình Sơn- tỉnh Quảng Ngãi năm 1993, cách đất liền 30km. Huyện nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Quảng Ngãi, có tọa độ địa lý từ 15032’ đến 150 058’ Vĩ độ Bắc và 10905’ đến 109014’ Kinh độ Đông, nằm án ngữ con đường ra biển Đông của khu vực kinh tế trọng điểm miền Trung qua cửa ngõ Dung Quất. Khu vực huyện đảo Lý Sơn có diện tích tự nhiên 9,97 km2, gồm 3 xã An Hải, An Vĩnh (thuộc đảo lớn) và An Bình (đảo bé), dân số toàn huyện hơn 20.000 người, với hơn 4.000 hộ. Do cách xa đất liền nên Lý Sơn vẫn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia. Nguồn cung cấp điện duy nhất cho đảo là từ nhà máy điện Diesel Lý Sơn. Đặc điểm của nguồn phát điện Diesel là nếu huy động phát thường xuyên thì các tổ máy rất dễ xảy ra sự cố dẫn đến có thể ngừng cung cấp điện toàn bộ Huyện. Với lợi thế nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời trung bình cao 4,71 kWh/m 2.ngày, việc xây dựng HTPMT kết hợp với nguồn Diesel hiện có tại đảo có thể xem là một giải pháp hợp lý nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện và mang lại những lợi ích thiết 2 thực về mọi mặt cho toàn huyện. 2. Mục đích nghiên cứu Việc nghiên cứu giải pháp xây dựng HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có cấp điện cho huyện đảo Lý Sơn- tỉnh Quảng Ngãi đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển mọi mặt về vật chất cũng như tinh thần của người dân trên đảo. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Huyện đảo Lý Sơn- tỉnh Quảng Ngãi. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu, lựa chọn HTPMT, hệ thống kho ắc quy, các hệ thống biến đổi, điều khiển và các giải pháp đấu nối. Phân tích các chế độ làm việc của hệ thống điện ở Lý Sơn trước và sau khi xây dựng HTPMT. Tính toán hiệu quả kinh tế khi xây dụng thêm HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có tại đảo Lý Sơn. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về NLMT và các mô hình biến đổi NLMT thành điện năng. Thu thập, thống kê số liệu về cường độ bức xạ mặt trời vào các tháng trong nhiều năm tại huyện đảo Lý Sơn. Chọn địa điểm xây dựng HT PMT. Các giải pháp kỹ thuật công nghệ chủ yếu của HT PMT- Diesel. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Từ thực tiễn nhu cầu tiêu thụ năng lượng của con người ngày một tăng dần trong bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm môi trường và càng lúc càng cạn kiệt theo thời gian. Vì thế, 3 chúng ta cần phải đi tìm và khai thác các nguồn năng lượng mới - nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và một trong số đó chính là nguồn NLMT. Từ thực tiễn Lý Sơn là một huyện đảo nằm cách xa đất liền chưa được kết nối với điện lưới quốc gia, nhà máy điện Diesel nơi đây hoạt động thiếu ổn định, không đủ công suất để đáp ứng nhu cầu phụ tải và chi phí sản xuất điện bằng dầu diesel cao do việc vận chuyển dầu ra đảo khó khăn, tốn kém và giá dầu trên thế giới có xu hướng tăng cao dần theo thời gian. Nội dung luận văn muốn nghiên cứu xây dựng một HTPMT- Diesel nhằm khai thác thế mạnh về tiềm năng mặt trời tại Lý Sơn, đồng thời cũng vừa tận dụng được cơ sở vật chất là các máy phát Diesel hiện có để giải quyết phần nào vấn đề thiếu điện của người dân trên đảo. 6. Các nội dung nghiên cứu Mở đầu. Chương 1: Hiện trạng cung cấp, sử dụng điện năng và nhu cầu xây dựng hệ thống điện mặt trời tại huyện đảo Lý Sơn, tỉnh quảng ngãi. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về NLMT. Các khảo sát, thống kê tiềm năng bức xạ mặt trời tại huyện đảo Lý Sơn Chương 3: Tính toán kết hợp HTPMT- Diesel tại huyện đảo Lý Sơn và lựa chọn giải pháp kỹ thuật công nghệ chủ yếu. Chương 4: Tổng mức đầu tư và tính hiệu quả khi xây dựng HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có tại huyện đảo Lý Sơn. Kết luận và kiến nghị. Các tài liệu tham khảo. Các phụ lục 4 CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG CUNG CẤP, SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG VÀ NHU CẦU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI 1.1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN 1.1.1. Nguồn điện Hiện tại, hệ thống điện Lý Sơn dùng sơ đồ nối điện máy phát - máy biến áp - đường dây. Bảo vệ quá áp đã có các chống sét van 18 kV trên thanh cái 22 kV. Thao tác đóng cắt MBA nâng áp đã có FCO phía 22 kV và phía 0,4 kV dùng các máy cắt hợp bộ đi kèm theo các tổ máy Diesel phát điện. Đấu nối mạch lực từ các máy phát điện đến các MBA nâng áp như sau: + Máy phát SKODA 7 (688 kW) đấu nối vào MBA T4 (1000 kVA). + Máy phát SKODA 6 (688 kW) đấu nối vào MBA T3 (1000 kVA). + Máy phát SKODA 9 (688 kW) đấu nối vào MBA T2 (1000 kVA). + Máy phát EGM 2 (200 kW) và SKODA 8 (688 kW) đấu nối vào MBA T1 (1000 kVA). 1.1.2. Lưới điện Lưới điện phân phối tại huyện đảo Lý Sơn gồm 2 xuất tuyến 471/Lý Sơn và 472/Lý Sơn có cấp điện áp 22 kV, cấp điện cho phụ tải qua các trạm biến áp 22/0,4 kV. Đường dây 22 kV: - Đường dây trên không: Chiều dài tuyến 8.406 mét, dây dẫn 3M50. 5 - Cáp ngầm: Chiều dài tuyến 356 mét, dây dẫn XLPE/DSTA/PVC-3M120. Trạm biến áp phụ tải: Gồm 11 TBA 22/0,4 kV với tổng dung lượng 2520 kVA. Đường dây 0,4 kV: - Chiều dài tuyến 17.501 mét, cơ bản đảm bảo cung cấp điện cho các khu dân cư. 1.2. TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN VÀ KINH DOANH ĐIỆN NĂNG 1.2.1. Tình hình cung cấp điện Huyện đảo Lý Sơn chỉ được cấp điện từ 1 nguồn Diesel duy nhất là Nhà máy điện Lý Sơn. Phụ tải trong huyện khoảng 1500 kW. Từ ngày 3/07/2012 cho đến nay, Điện lực Lý Sơn đã cấp điện liên tục cho nhân dân 06 giờ một ngày và không cắt điện luân phiên như trước đây nữa. Để cấp điện được như vậy Điện lực Lý Sơn đã huy động, vận hành toàn bộ công suất các tổ máy đang có tại huyện đảo, nếu 01 tổ máy bị sự cố thì việc cấp điện cho nhân dân sẽ bị gián đoạn, lịch cấp điện luân phiên phải được thực hiện. 1.2.2. Tình hình kinh doanh điện năng Số lượng khách hàng hiện nay trong toàn huyện khoảng 3.700 khách hàng. Hằng năm, Công ty điện lực Quảng Ngãi phải bù lỗ hàng chục tỷ đồng cho quá trình vận hành và phát điện bằng nguồn phát Diesel 1.3. KHẢ NĂNG KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA Do cách xa đất liền nên Lý Sơn vẫn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia. 1.4. NHỮNG YẾU TỐ THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN NLMT 6 Nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày càng tăng cao Nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống ngày càng giảm dần và gây tác động xấu đến môi trường. 1.5. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NLMT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.5.1. Tình hình sử dụng NLMT ở Việt Nam 1.5.2. Tình hình sử dụng NLMT trên thế giới 1.6. NHU CẦU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN Chưa kết nối được với điện lưới quốc gia Nhà máy điện Diesel nơi đây cũ kỹ, hoạt động không ổn định, hiệu quả và không đủ công suất để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện của các hộ tiêu thụ. Có lợi thế nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao 4,71 kWh/m2.ngày. 1.7. KẾT LUẬN Hiện tại, nguồn phát điện ở Lý Sơn là các máy phát Diesel đã cũ kỹ, dễ xảy ra sự cố khi hoạt động liên tục và gây ô nhiểm môi trường. Trong xu thế giá dầu Diesel ngày càng tăng cao dẫn đến chi phí sản xuất điện lớn hơn nhiều so với giá thành bán điện cho khách hàng, vì thế hằng năm Công ty điện lực Quảng Ngãi phải bù lỗ hàng chục tỉ đồng để vận hành các tổ máy phát này. Do cách xa đất liền nên Lý Sơn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia. Giải pháp xây dựng HTPMT - Diesel nơi đây có thể xem là một giải pháp có nhiều ưu điểm nổi bậc như bảo vệ môi trường, tận dụng được cơ sở thiết bị là các tổ máy phát Diesel hiện có của đảo, giảm sự phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn Diesel giá thành cao. 7 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. CÁC KHẢO SÁT, THỐNG KÊ TIỀM NĂNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NLMT 2.1.1. Giới thiệu về NLMT 2.1.2. Bức xạ mặt trời 2.1.3. Phương pháp tính toán năng lượng bức xạ mặt trời 2.2. PIN MẶT TRỜI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.2.1. Cấu tạo pin mặt trời 2.2.2. Nguyên lý hoạt động 2.3. MÔ HÌNH BIẾN ĐỔI NLMT THÀNH ĐIỆN NĂNG 2.3.1. Mô hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập Hình 2.17- Sơ đồ điển hình của hệ thống NLMT độc lập. 2.3.2. Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT và các nguồn NL khác Hình 2.19- Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT- Diesel 8 Hình 2.20- Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT- gió- Diesel 2.3.3. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới a. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ Hình 2.21- Sơ đồ điển hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ b. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ Hình 2.23- Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ 9 2.4. CÁC KHẢO SÁT, THỐNG KÊ VỀ TIỀM NĂNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN Bảng 2.2a- Giá trị bức xạ mặt trời trung bình 6 tháng đầu năm tại Lý Sơn Tháng I II III IV V VI Số giờ nắng 163,7 175,3 221,7 235 278,2 266,8 Tổng xạ (kWh/ m2.tháng) 114.59 122.71 155.19 164.50 194.74 186.76 Bảng 2.2b- Giá trị bức xạ mặt trời trung bình 6 tháng cuối năm tại Lý Sơn Tháng VII VIII IX X XI XII CN Số giờ nắng 270,9 258,8 191,5 159,8 132,5 102,5 2456,7 Tổng xạ (kWh/ m2.tháng) 189.63 181.16 134.05 111.86 92.75 71.21 1719,15 2.5. KẾT LUẬN Chương này giới thiệu cơ sở lý thuyết về NLMT, đưa ra các mô hình biến đổi NLMT thành điện năng. Trên cơ sở phân tích các ưu, nhược điểm của tùng loại mô hình, điều kiện và cơ sở vật chất hiện có tại huyện đảo Lý Sơn, tác giả đề xuất lựa chọn mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT và nguồn phát điện Diesel. Mô hình kiểu này có đầy đủ lợi thế của các nguồn năng lượng tiềm năng, hiện có tại địa phương và đặc biệt phù hợp ở những nơi mà điện lưới khó vươn tới như huyện đảo Lý Sơn. Huyện đảo Lý Sơn thuộc khu vực có NLMT cao, cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày khoảng 4,71 kwh/m2.ngày. Đây là điều kiện thuận lợi để khai thác và phát triển NLMT. 10 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT HỢP HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI - DIESEL TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHỦ YẾU 3.1. LỰA CHỌN MÔ HÌNH HTPMT- DIESEL, VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HTPMT 3.1.1. Lựa chọn mô hình hệ thống Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa PMT-Diesel đã nêu ở chương 2 được đề suất lựa chọn làm sơ đồ hệ thống Hình 3.1- Sơ đồ HTPMT kết hợp với nguồn Diesel 3.1.2. Vị trí xây dựng HTPMT Qua quá trình khảo sát thực tế ta thấy rằng địa điểm thích hợp để lắp đặt HTPMT đáp ứng các yêu cầu trên là tại thôn tây xã An Vĩnh Hình 3.3- Sơ đồ mặt bằng lưới điện tại huyện đảo Lý Sơn 11 3.2. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHỦ YẾU 3.2.1. Hệ thống PMT Hiện nay, sản lượng phát của nhà máy điện Diesel Lý Sơn khoảng EĐ = 4.000.000 (kWh/năm). Dự kiến xây dựng HTPMT có sản lượng cần phát Ecấp = 1095,89 (kWh/ngày) đáp ứng khoảng 1/10 tổng sản lượng điện năng tiêu thụ hiện tại ở Lý Sơn Tấm pin DYN300-24M có công suất 300 Wp và bộ biến đổi điện DC-AC SMC 11000TL-10 có công suất 11,4 kW được đề xuất lựa chọn. 3.2.2. Bộ biến đổi điện DC-AC (Inverter) Trong đề tài này, tác giả đề suất lựa chọn bộ biến đổi điện DC- AC Sunny Mini Central 11000TL ( SMC 11000TL-10) có tích hợp sẵn thiết bị hòa lưới và bộ RS 485 để truyền thông tin đến bộ Sunny WebBox, có thể lắp cùng các bộ biến đổi điện. HT PMT có công suất 324 kWp gồm 1080 tấm pin được chia thành 90 dãy đấu song song, trong đó mỗi dãy gồm 12 tấm pin đấu nối tiếp với nhau. 90 dãy pin này sẽ được chia thành 30 nhóm, trong đó mỗi nhóm gồm 3 dãy pin đấu song song với nhau để đấu vào 30 bộ biến đổi điện DC-AC SMC 11000TL-10. Cuối cùng, các bộ biến đổi này sẽ được đấu nối vào bộ Sunny WebBox lắp đặt cùng với các bộ biến đổi điện. Hình 3.5- Sơ đồ ghép nối các tấm PMT với bộ biến đổi điện DC-AC 12 Bảng 3.1- Điện năng HTPMT sinh ra trong 6 tháng đầu năm Tháng 1 2 3 4 5 6 Tổng xạ (kWh/m 2 .t háng) 114,59 122,71 155,19 164,5 194,74 186,76 SL điện (kWh) 27845,37 29818,53 37711,17 39973,50 47321,82 45382,68 Bảng 3.2- Điện năng HTPMT sinh ra trong 6 tháng cuối năm và cả năm HTPMT Tháng 7 8 9 10 11 12 CN Tổng xạ (kWh/m2.t háng) 1 89,63 1 81,16 1 34,05 1 11,86 9 2,75 7 1,21 1.719,15 SL điện (kWh) 46080,0 9 44021,8 8 32574,1 5 27181,9 8 22538,2 5 17304,0 3 417753,45 Theo bảng kết quả trên ta thấy tháng 11, 12 do cường độ bức xạ mặt trời thấp nên sản lượng điện năng HTPMT sinh ra là thấp nhất, các tháng 5,6,7,8 có sản lượng cao nhất; các tháng còn lại có sản lượng trung bình. 3.2.3. Hệ thống kho ắc quy. Hệ thống ắc quy là thành phần rất quan trọng trong HTPMT- Diesel. Chất lượng ắc quy sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình làm việc của hệ thống. Dung lượng của hệ thống ắc quy tính ra Ah, phụ thuộc vào hiệu điện thế V của hệ thống ắc quy, số ngày cần dự trữ năng lượng (số ngày không có nắng) D, hiệu suất nạp phóng điện của ắc quy ηb, 13 độ sâu phóng điện thích hợp DOS (khoảng 0,6 ÷ 0,7) và được tính theo công thức sau: out b E .D C V.η .DOS  [Ah] (3.2) Ở đây tác giả đề suất lựa chọn loại ắc quy CL3000 do hãng Vison sản xuất để xây dựng HTPMT. Nếu V là hiệu điện thế làm việc của hệ thống ắc quy, còn là hiệu điện thế của mỗi bình ắc quy thì số bình ắc quy mắc nối tiếp trong hệ thống là: Để có điện áp 48 V cần ghép 24 ắc quy CL 3000 nối tiếp lại với nhau thành một dãy có dung lượng 3000Ah/48V. Số dãy bình ắc quy mắc song song: Chọn nss = 15. Như vậy, cần ghép song song 15 dãy ắc quy 3000Ah/48V. Trong đó dung lượng của mỗi bình là Cb tính ra [Ah]. Khi đó, tổng số bình ắc quy CL 3000 cần lắp đặt được xác định: n = nnt.nss = 24.15 = 360 Như vậy, hệ thống kho ắc quy lúc này có dung lượng 45.000Ah/48V gồm 360 ắc quy Vison CL3000 được lắp ghép với nhau thành 15 dãy song song, mỗi dãy gồm 24 ắc quy mắc nối tiếp. 3.2.4. Bộ biến đổi điện ắc quy. Trong đề tài nầy, tác giả đề suất lựa chọn bộ biến đổi điện ắc quy là bộ Sunny Island SI 8.0H. HTPMT cần xây dựng có công suất 14 24kW, vì thế sử dụng 60 bộ SI 8.0H có công suất 6kW. Hình 3.7- Sơ đồ bố trí hệ thống ắc quy Trong đó: 1: Ắc quy CL 3000 2: Bộ biến đổi điện ắc quy gồm 4 bộ Sunny Island SI 8.0H mắc song song. 3: Bộ Sunny WebBox 3.2.5. Hệ thống Diesel Đây chính là hệ thống nhà máy điện Diesel của công ty điện lực Lý Sơn hiện có đã nêu ở chương I. 3.3. PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI ĐIỆN Điện năng trung bình HTPMT cung cấp là 417.753 kWh/năm nên công suất phát trung bình của HTPMT khoảng 190 kW là nhỏ hơn nhiều so với hệ thống Diesel có công suất khả dụng Pmax = 2260kW. HTPMT chỉ phát công suất tác dụng, trong khi đó phụ tải có tiêu thụ công suất phản kháng. Vì thế, cần đặt tụ bù để sinh công suất phản kháng phát cho tải tiêu thụ tại vị trí của HTPMT. Bằng phần mềm PowerWord, tác giả mô phỏng chế độ làm việc của hệ thống điện huyện đảo Lý Sơn trước và sau khi có HTPMT ở 2 chế độ làm việc là phụ tải cực đại và cực tiểu. Chọn Scb = 1000kVA, Ucb = 22kV. 15 Bảng 3.4- Thông số dữ liệu nhánh nhập vào phần mềm PowerWord From Number From Name To Number To Name R X 1 THANH CAI C41 2 2 0.1649 0.1388 1 THANH CAI C41 20 20 0.7702 0.6486 2 2 3 AN HAI 5 1.0992 0.9256 2 2 4 4 0.2669 0.2248 4 4 5 5 0.2355 0.1983 4 4 8 8 0.212 0.1785 5 5 6 AN HAI 4 0.2905 0.2446 5 5 7 AN HAI 1 0.1963 0.1653 8 8 9 AN VINH 5 0.1201 0.1012 8 8 10 10 0.785 0.661 10 10 11 AN VINH 2 0.1664 0.1402 10 10 12 12 0.6006 0.5058 12 12 13 AN VINH 6 0.3784 0.3187 12 12 14 14 0.4915 0.4139 14 14 15 AN VINH 1 0.1727 0.1455 14 14 16 16 0.3431 0.2889 16 16 17 AN VINH 3 0.0275 0.0231 16 16 18 AN VINH 4 0.2198 0.1851 19 HTPMT 16 16 0.2789 0.3099 20 20 21 AN HAI 2 0.0086 0.0073 20 20 22 AN HAI 3 0.7679 0.6466 3.3.1. Chế độ phụ tải cực đại: Dựa vào số liệu các MBA, giả sử tải cực đại ứng với 100% công suất định mức MBA, lấy cos = 0,85. Với cos = 0,85 tg = 0,62. Nhập thông số dữ liệu của hệ thông điện ở chế độ phụ tải cực đại vào phần mềm PowerWord để tiến hành mô phỏng. Ứng với các giá trị tải trên, chọn nút 1- Diesel là nút cân bằng 16 Hình 3.9- Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện huyện đảo Lý Sơn ở chế độ phụ tải cực đại khi có HTPMT vì công suất phát của nhà máy Diesel lơn hơn nhiều so với HTPMT. Sau khi xây dựng sơ đồ hệ thống và nhập đầy đủ các dữ liệu nút, nhánh ta tiến hành chạy phần mềm PowerWorld để mô phỏng và so sánh hệ thống điện tại Lý Sơn trước và sau có HTPMT Hình 3.8- Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện huyện đảo Lý Sơn ở chế độ phụ tải cực đại khi chưa có HTPMT 17 Nhận xét: Tổn thất công suất trong trường hợp không có HTPMT là 36,501 kW lớn hơn so với trường hợp có HTPMT là 25,350 kW Điện áp tại các nút đều nằm trong phạm vi cho phép từ (0,95 1,05) pu 3.3.2. Chế độ phụ tải cực tiểu: Tương tự như trường hợp chế độ phụ tải cực đại nhưng tải cực tiểu chỉ lấy khoảng 50% công suất định mức các máy biến áp, cắt các tụ bù ra khỏi tải vì trong trường hợp nầy nếu bù có thể làm tăng điện áp tại các nút tải. Hình 3.10- Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện huyện đảo Lý Sơn ở chế độ phụ tải cực tiểu khi chưa có HTPMT 18 Nhận xét: Tổn thất công suất ở chế độ phụ tải cực tiểu trong trường hợp không có HTPMT là 9,976 kW lớn hơn so với trường hợp có HTPMT là 4,997 kW Điện áp tại các nút đều nằm trong phạm vi cho phép từ (0,95 1,05)pu Điện áp của các nút đều nằm trong phạm vi cho phép (0,95 1,05)pu. 3.4. KẾT LUẬN Ở chương này tác giả đã tính toán và đưa ra các giải pháp công nghệ chủ yếu để xây dựng HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có tại huyện đảo Lý Sơn. Khi kết nối HTPMT với lưới điện để vận hành, điện áp của các nút đều nằm trong phạm vi cho phép (0,95 1,05)pu và tổn thất công suất giảm xuống so với trường hợp chỉ phát điện bằng máy phát Diesel như hiện tại. Hình 3.11- Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện huyện đảo Lý Sơn ở chế độ phụ tải cực tiểu khi có HTPMT 19 CHƯƠNG 4 TỔNG MỨC ĐẦU TƯ VÀ TÍNH HIỆU QUẢ KHI XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI KẾT HỢP NGUỒN DIESEL HIỆN CÓ TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN 4.1. TÍNH TOÁN SƠ LƯỢC TỔNG MỨC ĐẦU TƯ KHI XÂY DỰNG THÊM HTPMT TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN 4.1.1. Các cơ sở để tính toán 4.1.2. Nội dung tính toán Tổng mức đầu tư công trình bao gồm các khoản chi phí từ khâu khảo sát, thiết kế cho đến nghiệm thu đưa vào sử dụng. a. Chi phí xây dựng (CPXD) Chi phí xây dựng gồm chi phí xây dựng nhà điều hành và chi phí gia công, lắp dựng giá đỡ ắc quy và dàn pin mặt trời: CPXD = 1.000.000.000 + 2.378.500.000 = 3.378.500.000 (đồng) b. Chi phí mua thiết bị (CPTB) CPTB = 23.133.000.000 (đồng) c. Chi phí đền bù (CPĐB), quản lý dự án (CPQLDA), tư vấn đầu tư xây dựng (CPTVĐTXD) và chi phí khác (CPK) Bảng 4.4. Chi phí đền bù, quản lý dự án, tư vấn đầu tư xây dựng và chi phí khác khi xây dựng HTPMT TT Các khoản mục Cách tính Chi phí (đồng) I Chi phí đền bù Định mức giá đất ở Quảng Ngãi 330.000.000 II Chi phí quản lý dự án Chi phí (XD+TB)*3,587% 950.967.505 III Chi phí tư vấn đầu tư xây dựng 702.026.054 IV Chi phi khác 741.482.022 Tổng mức đầu tư công trình (TMĐT) chính là tổng cộng các 20 chi phí xây dựng, chi phí mua thiết bị, đền bù, quản lý dự án, tư vấn đầu tư xây dựng và chi phí khác được tính ở trên: TMĐT = CPXD + CPTB + CPĐB + CPQLDA + CPTVĐTXD + CPK TMĐT = 3.378.500.000 + 23.133.000.000+ 330.000.000 + 950.967.505 + 702.026.054 + 741.482.022 = 29.235.975.580 (đồng) d. Chi phí vận hành và bảo dưỡng hệ thống (CPVHBD). Chi phí vận hành và bảo dưỡng hệ thống gồm các khoản chi phí trả lương cho nhân viên, chi phí bảo dưỡng HTPMT. TT Các khoản mục Định mức Chi phí (đồng/năm) 1 Trả lương 4.000.000 đồng/ người.tháng 192.000.000 2 Bảo dưỡng HTPMT 110 đồng/kWh 45.952.880 3 Bảo dưỡng hệ thống ắc quy 0,05% chi phí đầu tư 2.700.000 TỔNG CỘNG 240.652.880 e. Các chi phí khấu hao hằng năm (CPKH) Giả thuyết thời gian khấu hao của hệ thống là 20 năm, giá trị còn lại sau 20 năm sử dụng là 20% tổng giá trị đầu tư công trình. Giá trị khấu hao hằng năm của HTPMT là: CPKH = (TMĐT – 20%xTMĐT)/20 CPKH = (29.235.975.580 – 0,2x29.235.975.580)/20 = 1,169,439,023 (đồng/năm) 4.2. PHÂN TÍCH TÍNH HIỆU QUẢ KHI XÂY DỰNG HTPMT TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN Hiện tại, các tổ máy phát Diesel ở Lý Sơn hoạt động 6 giờ mỗi ngày, có suất tiêu hao nhiên liệu dầu Diesel khoảng 0,22 l/kWh và tổng chi phí để sản xuất điện năng tại đây khoảng 8.103 21 đồng/kWh. Do chi phí sản xuất điện lớn nên Công ty Điện lực Lý Sơn thực hiện bán điện cho khách hàng theo Quyết định số 105/QĐ- UBND ngày 29/6/2012 của UBND tỉnh Quảng Ngãi về việc phê duyệt giá bán điện tại huyện đảo Lý Sơn, Quảng Ngãi với giá khá cao so với mặt bằng chung trên cả nước. Theo tính toán ở chương 3, lượng điện năng trung bình HTPMT cần cung cấp một năm là 417.753 kWh. Chi phí sản xuất điện năng từ HTPMT một năm chính là chi phí khấu hao và chi phí vận hành bảo dưỡng: CPSXĐ = CPKH + CPVHBD CPSXĐ = 1,169,439,023 + 240.652.880 = 1.410.091.903 (đồng/năm). Giá thành sản xuất điện năng bằng HTPMT được tính là: GSXĐ = CPXSĐ/ GSXĐ = (1.410.091.903)/417.753 = 3.375 (đồng/kWh). Giá thành sản xuất điện năng của HTPMT là 3.375 (đồng/kWh) thấp hơn so với giá thành sản xuất điện của nhà máy Diesel hiện tại là 8.103 (đồng/kWh). Khoản chi phí tiết kiệm được từ việc giảm giá thành sản suất điện từ HTPMT so với máy phát Diesel: TK1 = (8.103 - 3.375)x417.753 = 1.974.964.303 (đồng/năm) Theo tính toán ở chương 3, tổn thất công suất khi vận hành lưới điện có HTPMT-Diesel ở chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu lần lượt giảm từ 36,501 kW xuống 25,350 kW và từ 9,976 kW xuống còn 4,997 kW so với trường hợp chỉ chạy bằng máy phát Diesel. Giả sử, hệ thống điện vận hành với 50% thời gian phụ tải cực đại và 50% thời gian phụ tải cực tiểu. Lượng điện năng tổn thất trung bìn h hằng ngày giảm được khi chạy HTPMT-Diesel là: [50%x(36,501- 25,350)x6 + 50%x(9,976-4,977)x6] = 48,45 kWh 22 Số tiền tiết kiệm được từ việc giảm tổn thất điện năng khi có HTPMT: TK2 = 48,45x365x8.103 = 143.295.478 (đồng/năm) Tổng số tiền tiết kiệm một năm khi vận hành HTPMT-Diesel là: TK =TK1 + TK2 = 1.974.964.303+ 143.295.478 = 2.118.259.780 (đồng) Tổng số tiền tiết kiệm được sau 20 năm vận hành HTPMT- Diesel là: TK20 = 2.118.259.780 x20 = 42.365.195.608 (đồng) 4.3. KẾT LUẬN Chi phí hằng năm được tính để sản xuất ra 417.753 kWh điện năng từ HTPMT là 1.410.091.903 đồng với tổng giá trị đầu tư ban đầu là 29.235.975.580 đồng. Ngoài việc giảm tổn thất điện năng trong quá trình vận hành, giá thành sản xuất điện từ HTPMT là 3.375 đồng/kWh thấp hơn nhiều so với giá sản suất điện hiện tại bằng nguồn phát Diesel là 8.103 đồng/kWh. Do đó, hằng năm tổng chi phí vận hành hệ thống điện khi có HTPMT sẽ giảm được 2.118.259.780 đồng và sau 20 năm sẽ tiết kiệm đươc 42.365.195.608 đồng. Như vậy, việc xây dựng HTPMT kết hợp với nguồn phát điện Diesel hiện có tại huyện đảo Lý Sơn có tính khả thi. 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Hệ thống điện Việt Nam phát triển rất nhanh trong những năm gần đây nhưng chưa thể phủ kín tới các vùng đảo xa như Lý Sơn. Trong bối cảnh các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá ngày dần cạn kiệt, giá thành cao và gây ô nhiểm môi trường thì việc nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng tái tạo như NLMT là rất thiết thực và cần thiết. Đề tài đã tính toán và đưa ra các giải pháp kỹ thuật công nghệ chủ yếu để xây dựng HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có tại huyện đảo Lý Sơn. Khi HTPMT được xây dựng, ngoài việc giảm được lượng tiêu thụ nhiên liệu Diesel giá thành cao, vận chuyển ra đảo khó khăn, tốn kém mà còn tận dụng được nguồn năng lượng bức xạ mặt trời cao tại chỗ tại nơi đây. Quá trình mô phỏng hệ thống điện bằng phần mềm Power Word cho thấy khi xây dựng HTPMT – Diesel, điện áp tại các nút của hệ thống điện đều nằm trong phạm vi cho phép (0,95 pu - 1,05 pu), tổn thất công suất của hệ thống điện nhỏ hơn so với trường hợp chỉ chạy máy phát Diesel như hiện tại. Kết quả tính toán tổng mức đầu tư và phân tích hiệu quả kinh tế khi xây dựng HTPMT – Diesel cho ra giá thành sản xuất điện bằng HTPMT là 3.375 đồng/kWh thấp hơn nhiều so với giá 8.103 đồng/kWh khi chạy bằng dầu Diesel và sau 20 năm vận hành, chi phí sản xuất điện sẽ tiết kiệm được 39.502.151.963 (đồng). Từ các kết quả trên cho thấy đề tài có tinh khả thi cao. 2. Kiến nghị Sau khi thực hiện xong đề tài, tác giả xin đưa ra một số kiến nghị sau: 24 - Cần tiếp tục đi sâu nghiên cứu và phát triển đề tài ở quy mô lớn hơn nữa để kết quả đem lại có ý nghĩa về mặt thực tiễn, có khả năng ứng dụng cao. Nhà nước cần quan tâm hơn nữa trong lĩnh vực nghiên cứu và thực hiện các dự án về ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là NLMT ở các vùng xa có cường độ bức xạ mặt trời cao và chưa kết nối được với điện lưới quốc gia như đảo Lý Sơn. Cần có chính sách khuyến khích đầu tư và hỗ trợ về vốn ban đầu cho những chủ đầu tư trong lĩnh vực phát triển các dự án phát điện sử dụng NLTT nói chung và NLMT nói riêng. 3. Hướng phát triển của đề tài Thu thập, thống kê số liệu về năng lượng gió để xây dựng hệ thống phát điện kết hợp Gió- Mặt trời- Diesel tại huyện đảo Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi.