Mục đích của đề tài
Xây dựng mô hình kinh tế xác định giá trị hiện tại thuần, chi phí năng lượng và thời gian hoàn vốn của dự án.
Phần mềm Homer được sử dụng để tính toán sản lượng điện từ hệ thống năng lượng mặt trời và năng lượng gió, cũng như sự kết hợp giữa hai nguồn năng lượng này Bài viết cung cấp giải pháp kết hợp hệ thống điện mặt trời và điện gió dựa trên phân tích kinh tế kỹ thuật, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí.
Phương pháp nghiên cứu
Xác định thu nhập của dự án, chi phí ban đầu, chi phí vận hành và sửa chữa, lãi suất hằng năm của dự án.
Phần mềm Homer được sử dụng để xác định sản lượng điện độc lập cho từng hệ thống năng lượng mặt trời và năng lượng gió Qua đó, có thể kết hợp hiệu quả giữa hệ thống năng lượng mặt trời và năng lượng gió, tạo ra một giải pháp năng lượng lai tối ưu.
Phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật của hệ thống kết hợp năng lượng Mặt Trời và năng lượng gió cho thấy sự tối ưu trong việc sử dụng nguồn tài nguyên tái tạo Hệ thống này không chỉ nâng cao hiệu suất năng lượng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành Đánh giá tổng quan cho nhà đầu tư cho thấy rằng việc đầu tư vào hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp với năng lượng gió là một lựa chọn khả thi, mang lại lợi ích kinh tế lâu dài và góp phần vào sự phát triển bền vững.
Cấu trúc của luận văn
Luận văn ngoài phần Mở Đầu gồm có các chương sau
Chương 2 Mô Hình Kinh Tế Kĩ Thuật Của Hệ Thống
Chương 3 Xác Định Sản Lượng Điện Của Hệ Thống
Chương 4 Phân Tích Hiệu Quả Kinh Tế Kĩ Thuật Của Hệ Thống LaiChương 5 Kết Luận
TỔNG QUAN
Tổng quan về năng lượng tái tạo trên toàn Thế Giới
1.1.1 Tình hình năng lượng tái tạo trên toàn Thế Giới
Năng lượng tái tạo, hay năng lượng tái sinh, là loại năng lượng có nguồn lực liên tục và có thể tái sử dụng vô hạn, bao gồm năng lượng mặt trời, gió, nước, thủy triều, sóng và nhiên liệu sinh học Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là khai thác năng lượng từ các quá trình diễn biến liên tục trong môi trường để phục vụ cho các quy trình kỹ thuật Hiện nay, năng lượng tái tạo chỉ chiếm khoảng 20% tổng nguồn năng lượng sử dụng, trong đó hơn 9,3% là năng lượng sinh khối truyền thống, chủ yếu dùng cho nấu nướng và sưởi ấm ở các vùng nông thôn tại các nước đang phát triển Các nguồn năng lượng tái tạo khác bao gồm 4,1% từ nhiệt lượng sinh khối, mặt trời, địa nhiệt và nước nóng, 3,7% từ thủy điện, 1,1% từ điện gió, điện mặt trời, địa nhiệt và dưới 1% từ nhiên liệu sinh học.
Theo đánh giá của IEA [6] thì công su ấ t b ổ sung v ề năng lượng tái t ạo vào năm
Dự báo năm 2020, công suất điện toàn cầu sẽ tăng hơn 4% so với năm 2019, với hơn 198GW công suất lắp đặt mới, chiếm gần 90% tổng công suất ban đầu Sự gia tăng này bao gồm 8% từ nguồn năng lượng gió và thủy điện.
Vào năm 2020, năng lượng mặt trời đã đạt mức tăng trưởng 43%, trong khi đó, hệ thống điện mặt trời vẫn duy trì sự ổn định Sự lắp đặt nhiều nhà máy năng lượng mặt trời quy mô lớn đã góp phần quan trọng vào sự phát triển này.
Tr ời đơn lẽ giả m g ần 8% khi các cá nhân và công ty rơi vào tình trạ ng kh ủng ho ả ng kinh tế vào năm 2020.
C ôn g su ất ( G W ) Năng lượng mặt trời
Năng lượng gió Năng lượng hidro Năng lượng khác
Hình 1.1 Biểu đồ phát triển năng lương thế giới năm 2013 đến năm 2022 [6]
Trong nửa đầu năm 2020, sự gián đoạn chuỗi phát triển và chậm trễ trong xây dựng đã làm chậm tiến độ các dự án năng lượng Tuy nhiên, từ giữa tháng 5, hoạt động xây dựng đã tiếp tục diễn ra tại nhiều quốc gia, và thách thức trong phát triển các dự án năng lượng đã được vượt qua Đến tháng 9, năng suất tăng trưởng đã vượt qua kỳ vọng trước đó, với sự hồi phục nhanh chóng diễn ra tại Châu Âu, Hoa Kỳ và Trung Quốc Dự kiến, đến cuối năm 2020, sản lượng năng lượng sẽ tăng hơn 18% so với dự thảo hồi tháng 5.
Dịch Covid-19 đã gây ra những biến động phức tạp, ảnh hưởng đến tình hình kinh tế toàn cầu Dự báo năng lượng tái tạo có thể đạt gần 234 GW nếu được phát triển đúng hướng Tuy nhiên, Trung Quốc có thể trải qua sự phát triển chậm lại, do hầu hết các dự án điện gió thường bắt đầu hoạt động vào tháng 12, trong khi nhiều dự án đang gấp rút hoàn thành do tác động của dịch bệnh.
19 Việc bổ sung công suất của điện gió và điện mặt trời từ 10 GW đến 25 GW trong tháng 12 Ở Hoa Kì cũng vậy, mức độ triển khai điện gió và điện mặt trời thường được triển khai vào quý cuối cùng của năm Tuy nhiên, những nước còn lại trên Thế Giới việc tăng trưởng các dự án năng lượng phụ thuộc chủ yếu vào việc vận hành các dự án điện gió, điện mặt trời và thủy điện ở quy mô nhỏ.
Năm 2021, năng lượng tái tạo đã đạt mức kỷ lục gần 218 GW, tăng 10% so với năm 2020 Sự phục hồi này được thúc đẩy bởi hai yếu tố chính: việc vận hành các dự án bị gián đoạn do ảnh hưởng của nền kinh tế năm 2020 và sự hỗ trợ từ các chính sách phát triển.
Tỉnh/Quốc gia Chi phí vốn ban đầu (USD)
Nghiên cứu cho thấy rằng các thị trường chính như Hoa Kỳ, Ấn Độ và một số nước châu Âu đã cho phép nhà đầu tư hoàn thành các dự án trong thời hạn chính sách, với công suất tăng trưởng từ năm 2020 đến 2021 Hơn nữa, sự tăng trưởng liên tục của các dự án trước đại dịch và các chính sách hỗ trợ kinh tế liên tục đã thúc đẩy sự quan tâm hàng đầu đối với các dự án năng lượng.
1.1.2 Các nghiên cứu về tiềm năng điện mặt trời và điện gió trên Thế Giới
Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra tiềm năng của hệ thống lai năng lượng mặt trời và điện gió trên toàn cầu Theo Bảng 1.1, một số quốc gia sở hữu tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo này Việc kết hợp hai nguồn năng lượng này không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn cải thiện kỹ thuật so với các hệ thống độc lập Các nghiên cứu [7-11] đã phân tích giá trị kinh tế thông qua các chỉ số như giá hiện tại thuần (NPC) và chi phí năng lượng (COE).
Bảng 1.1 Một số nghiên cứu về tiềm năng điện mặt trời và điện gió tại các quốc gia
Từ Bảng 1.1 cho thấy tại Nigeria với sản lượng điện là 284194 kWh/Năm, NPC là 1010 USD, COE là 0,110 USD/kWh Tại Egypt với chi phí vốn đầu tư là
Giá trị NPC hiện tại là 109.523.810 USD, trong khi giá trị NPC của nghiên cứu này là 6.175.472 USD với chi phí năng lượng COE là 0,510 USD/kWh Chi phí ban đầu cho dự án là 2.631.909 USD và sản lượng điện đạt 5.365.290 kWh/năm Những kết quả phân tích về NPC và COE sẽ là cơ sở cho các phân tích tiền khả thi cho các dự án kết hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió tại các tỉnh ven biển miền Trung và miền Nam Việt Nam.
Tổng quan về năng lượng tái tạo tại Việt Nam
Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng tái tạo, điều này không chỉ quan trọng về mặt kinh tế mà còn góp phần vào an ninh năng lượng và phát triển bền vững Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020, với tầm nhìn đến năm 2030, nhấn mạnh việc ưu tiên phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo nhằm đảm bảo an ninh năng lượng, bảo tồn tài nguyên và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Mục tiêu cụ thể là gia tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo.
Đến năm 2020, tỷ trọng điện năng từ nguồn năng lượng tái tạo (không bao gồm thủy điện lớn và vừa, thủy điện tích năng) đạt khoảng 7%, và dự kiến sẽ vượt 10% vào năm 2030 Quy hoạch phát triển nguồn điện sẽ thúc đẩy nhanh chóng việc khai thác năng lượng tái tạo, bao gồm thủy điện, điện gió, điện mặt trời và điện sinh khối, nhằm tăng dần tỷ lệ điện năng sản xuất từ các nguồn này trong cơ cấu nguồn điện.
Ưu tiên phát triển nguồn thủy điện, đặc biệt là các dự án tích hợp lợi ích như chống lũ, cấp nước và sản xuất điện, là rất quan trọng Cần nghiên cứu đưa nhà máy thủy điện tích năng vào vận hành để nâng cao hiệu quả hệ thống điện quốc gia Mục tiêu là tăng tổng công suất nguồn thủy điện từ gần 17.000 MW (năm 2016) lên khoảng 21.600 MW vào năm 2020, 24.600 MW vào năm 2025 (bao gồm thủy điện tích năng 1.200 MW) và khoảng 27.800 MW vào năm 2030.
Thứ hai, đưa tổng công suất nguồn điện gió từ mức 140 MW hiện nay lên khoảng 800 MW vào năm 2020, khoảng 2.000 MW vào năm 2025 và khoảng 6.000
Phát triển điện năng từ nguồn năng lượng sinh khối là một giải pháp hiệu quả, bao gồm việc đồng phát điện tại các nhà máy đường và chế biến lương thực, thực phẩm Ngoài ra, việc thực hiện đồng đốt nhiên liệu sinh khối với than tại các nhà máy điện than và phát điện từ chất thải rắn cũng đóng góp vào việc tối ưu hóa nguồn năng lượng tái tạo.
Tỷ trọng điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng sinh khối đạt khoảng 1% vào năm
2020, khoảng 1,2% vào năm 2025 và khoảng 2,1% vào năm 2030.
Thứ tư, cần thúc đẩy nhanh chóng sự phát triển của nguồn điện năng lượng mặt trời, bao gồm cả các hệ thống tập trung lắp đặt trên mặt đất và các hệ thống phân tán lắp đặt trên mái nhà Mục tiêu là nâng tổng công suất điện mặt trời từ mức hiện tại lên khoảng 850 MW.
MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW vào năm 2030.
Tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Việt Nam, với vị trí địa lý thuận lợi, bờ biển dài và khí hậu nhiệt đới gió mùa, sở hữu nguồn năng lượng tái tạo phong phú như thủy điện, điện gió, điện mặt trời, sinh khối, địa nhiệt và nhiên liệu sinh học Đến cuối năm 2018, nước ta đã phát triển thành công 285 nhà máy thủy điện nhỏ với tổng công suất khoảng 3.322 MW, 8 nhà máy điện gió đạt tổng công suất 243 MW và 10 nhà máy điện sinh khối với tổng công suất nối lưới khoảng 212 MW Ngoài ra, hơn 100 dự án điện mặt trời đã ký hợp đồng mua bán điện với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN).
1.3.1 Tiềm năng phát triển điện gió
Việt Nam, với vị trí nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa và bờ biển dài hơn 3.200 km, sở hữu tiềm năng năng lượng gió rất lớn nhờ vào gió mùa Tây Nam thổi mạnh vào mùa hè Tốc độ gió trung bình ở biển Đông Việt Nam khá mạnh, cho thấy đất nước này có triển vọng cao trong việc khai thác năng lượng gió.
Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam có 39% lãnh thổ với tốc độ gió vượt quá 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tiềm năng 513 GW Đặc biệt, hơn 8% lãnh thổ, tương đương 112 GW, được đánh giá có tiềm năng năng lượng gió tốt Tại Việt Nam, ước tính có thể phát triển khoảng 30 GW điện gió trên đất liền, cùng với tiềm năng điện gió ngoài khơi, tổng công suất điện gió có thể đạt khoảng 100 GW.
STT Nhà máy/trang trại điện gió
Chủ đầu tư Năm vận hành Vị trí
1 Bình Thuận 1 (Tuy Phong) 30 REVN - Vietnam
Renewable Energy JSC 2012 Bình Thuận
2 Phú Lạc 24 EVN - Phong điện Thuận
3 Mũi Dinh 38 EAB - Germany 2019 Ninh Thuận
4 Phú Quý 6 PV Power đã chuyển giao
Trade-Tourism Ltd 2016 Bạc Liêu
6 Đầm Nại 1 8 Blue Circle +TSV
7 Đầm Nại 2 30 Blue Circle +TSV
8 Hướng Linh 2 30 Tân Hoàn Cầu 2019 Quảng Trị
9 Trung Nam 1 40 Công ty CP Điện Gió
Tốc độ gió trung bình
Bảng 1.2 Tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam ở độ cao 65m [12]
Hiện có 9 nhà máy/trang trại điện gió đang vận hành với tổng công suất 304,6
Trong số các trang trại điện gió tại Việt Nam, trang trại điện gió Bạc Liêu dẫn đầu với công suất gần 100 MW, trong khi nhà máy điện gió Phú Quý có công suất 6 MW và hoạt động độc lập, không kết nối với lưới điện quốc gia Ngoài ra, còn có 7 nhà máy điện gió khác với quy mô công suất nhỏ dưới 50 MW.
Bảng 1.3 Các nhà máy/trang trại điện gió đang vận hành [12]
STT Nhà máy/trang trại điện gió
Chủ đầu tư Vị trí
1 Trung Nam 2 64 Công ty CP Điện Gió Trung
2 Hướng Linh 1 30 Tân Hoàn Cầu Quảng Trị
3 Bạc Liêu 3 142 CP Super Wind Energy Công
4 Lai Hòa 1 30 CP Super Wind Energy Công
5 Lạc Hòa 30 Hoàng Sơn Energy Sóc Trăng
6 Hòa Đông 30 Hoàng Sơn Energy Sóc Trăng
Nguyên 1 28,8 HBRE Wind Power Solution Đắc lắc
8 Phương Mai 3 21 Central wind power JSC Bình Đinh
9 Cầu Đất 50 Đại Dương RE JSC Lâm Đồng
10 Trà Vinh 1 48 Climate Investor One and
Samtan (South Korea) Trà Vinh
11 Duyên Hải 48 CP Năng lượng châu Á và Tập đoàn Uniso (South Korea) Trà Vinh
12 Hướng Phùng 1 30 EVNGENCO2 Quảng Trị
13 Hướng Phùng 3 30 Hướng Phùng wind power Ltd.
14 Hướng Phùng 2 20 Việt Ren JSC Quảng Trị
15 Đông Hải 1 50 Bắc Phương Energy JSC Bạc Liêu
16 Hòa Bình 1 30 Công ty TNHH Đầu tư Xây dựng và Thương mại Phương
17 Khai Long 100 Công ty CP Super Wind Energy
18 Bình Đại 1 30 TTC-Mekong Wind JSC Bến Tre
Hiện tại, có 18 dự án nhà máy và trang trại điện gió đang được khởi công và xây dựng, với tổng công suất đạt 812 MW Trong số này, có 2 dự án lớn với công suất từ 100 MW trở lên, đó là Bạc Liêu 3 và Khai Long (Cà Mau), trong khi 16 dự án còn lại có quy mô công suất nhỏ, dao động từ 20 MW đến 65 MW.
Bảng 1.4 Các nhà máy/trang trại điện gió đang xây dựng [12]
Ngoài ra, theo quy hoạch phát triển điện gió giai đoạn đến 2020, có xét đến năm
2030, tiềm năng công suất dự kiến hơn 22.000 MW, chi tiết của một số tỉnh như sau Bình Thuận 1.570 MW, Ninh Thuận 1.429 MW, Cà Mau 5.894 MW, Trà Vinh 1.608
Việt Nam có tiềm năng điện gió lớn với công suất 1.155 MW ở Sóc Trăng, 2.507 MW ở Bạc Liêu, 1.520 MW ở Bến Tre và 6.707 MW ở Quảng Trị Tuy nhiên, khoảng cách giữa tiềm năng và hiện thực vẫn còn xa do nhiều rào cản về pháp lý, kỹ thuật, tài chính, nhân lực và sự thiếu hụt chủ đầu tư dự án.
1.3.2 Tiềm năng điện mặt trời
Việt Nam có tiềm năng năng lượng mặt trời lớn nhờ vào thời gian nắng nhiều và cường độ bức xạ cao, đặc biệt là ở miền Trung và miền Nam Các tỉnh Tây Bắc như Lai Châu và Sơn La ghi nhận từ 1897 đến 2102 giờ nắng mỗi năm, trong khi các tỉnh phía Bắc và một số tỉnh từ Thanh Hóa đến Quảng Bình có khoảng 1400 đến 1700 giờ nắng Từ Huế trở vào miền Nam, tiềm năng này càng được nâng cao.
Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên có tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời, đặc biệt là tại các tỉnh phía Nam Việt Nam Tính đến giữa tháng 4/2019, toàn hệ thống điện chỉ có 4 nhà máy điện mặt trời với tổng công suất chưa tới 150 MW Tuy nhiên, chỉ trong hơn 2 tháng, đến 30/6/2019, đã có trên 4.464 MW điện mặt trời hòa lưới, trong đó 72 nhà máy do Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia quản lý với tổng công suất 4.189 MW Nguồn điện mặt trời hiện đã chiếm 8,28% công suất đặt của hệ thống điện Việt Nam, dự kiến sẽ tiếp tục gia tăng trong thời gian tới.
Năm 2019, A0 sẽ tiếp tục đưa vào vận hành 13 nhà máy điện mặt trời mới với tổng công suất 630 MW, nâng tổng số nhà máy điện mặt trời trong toàn hệ thống lên đáng kể.
Việc đưa vào vận hành 95 nhà máy điện mặt trời là một bổ sung quan trọng cho hệ thống điện trong bối cảnh nguồn điện đang gặp khó khăn Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng số lượng nhà máy này đã gây ra nhiều thách thức cho công tác vận hành hệ thống điện do tính chất bất định và phụ thuộc vào thời tiết của nguồn điện mặt trời Thêm vào đó, sự phát triển ồ ạt các dự án điện mặt trời tại các tỉnh như Ninh Thuận, Bình Thuận và Đắk Lắk đã dẫn đến hiện tượng quá tải lưới 110 kV và 220 kV tại những khu vực này Các dự án mặt trời được trình bày chi tiết trong Bảng 1.5.
Hình 1.2 Bản đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam [13]
STT Tên dự án/nhà máy Tỉnh Công suất (MW)
Chủ đầu tư Tiến độ
1 Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu
Ninh Thuận 50 Công ty CP Đầu tư xây dựng Vịnh Nha Trang
Mới khởi động vào tháng 6/2018
2 Nhà máy điện mặt trời Cam Lâm
Hòa 50 Công ty TNHH Cam
Dự kiến hoạt động vào năm 2019
3 Dự án điện mặt trời Trung Nam
Ninh Thuận 204 Công ty CP điện mặt trời Trung Nam
Dự kiến hoạt động vào tháng 6/2019
4 Nhà máy điện mặt trời Xuân Thọ 1
Phú Yên 49,6 Công ty CP Quang Điện Phú Khánh Đang xây dựng
5 Nhà máy điện mặt trời Xuân Thọ 2
Phú Yên 49,6 Công ty CP Quang Điện Phú Khánh Đang xây dựng
6 Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng 1
Tây Ninh 150 Công ty Cổ phần năng lượng Dầu Tiếng Tây Ninh Đang xây dựng
7 Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng 2
Tây Ninh 200 Công ty Cổ phần năng lượng Dầu Tiếng Tây Ninh Đang xây dựng
8 Nhà máy điện mặt trời Bình An
Bình Thuận 50 Công ty TNHH Năng lượng Everich Bình Thuận
Dự kiến hoạt động vào tháng 6/2019
9 Nhà máy điện mặt trời Thuận Minh 2
Bình Thuận 50 Công ty Cổ phần SD
Dự kiến hoạt động vào quý III năm 2019
10 Nhà máy điện mặt trời SP Infra 1
Ninh Thuận 50 Công ty TNHH Tài chính hạ tầng Shapoorji Pallonji Đang xây dựng
11 Nhà máy điện mặt trời Phan Lâm 2
Bình Thuận 49 Công ty TNHH Năng lượng Phan Lâm
Dự kiến tháng 6/2019 sẽ vận hành
12 Nhà máy điện mặt trời Cà Mau Cà Mau 50 Công ty Long Hưng Dự kiến quý II năm
Bảng 1.5 Các dự án mặt trời tại Việt Nam [14]
1.3.3 Tiềm năng năng lượng sinh khối
Việt Nam, với nền nông nghiệp phong phú, sở hữu tiềm năng lớn về năng lượng sinh khối, bao gồm gỗ năng lượng, phế thải từ cây trồng, chất thải chăn nuôi và rác thải đô thị Năng lượng sinh khối có thể được sử dụng qua việc đốt trực tiếp hoặc chế biến thành viên nhiên liệu Tiềm năng từ phế thải nông nghiệp và chất thải hữu cơ ước tính đạt khoảng 400 MW, trong khi khả năng khai thác bền vững khoảng 150 triệu tấn mỗi năm Các nguồn sinh khối như trấu, bã mía và rác thải sinh hoạt có thể được khai thác cho sản xuất điện hoặc công nghệ đồng phát năng lượng Một số nhà máy đường đã ứng dụng bã mía để phát điện, nhưng giá bán chỉ đạt khoảng 800 đồng/kWh (4 cent/kWh).
Cuối năm 2013, Bộ Công Thương đã đề xuất với Chính phủ cơ chế hỗ trợ sản xuất điện từ năng lượng sinh khối, với mức giá mua điện từ nguồn nguyên liệu này dao động từ 1.200 - 2.100 đồng/kWh Mức giá này nhằm khuyến khích phát triển nguồn điện sinh khối tại Việt Nam Đồng thời, việc xây dựng các nhà máy điện đốt rác thải cũng được chú trọng nhằm giảm ô nhiễm môi trường, đặc biệt tại các thành phố lớn Hiện nay, một số dự án điện đốt rác đã đi vào hoạt động hoặc đang được triển khai tại thủ đô.
Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Hà Nam…
1.3.4 Tiềm năng thủy điện nhỏ
Hệ thống sông ngòi của Việt Nam rất phong phú, trải dài trên nhiều vùng lãnh thổ, với tiềm năng thủy điện nhỏ tập trung chủ yếu ở các khu vực núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo chủ yếu, đóng góp khoảng 40% tổng công suất điện quốc gia Việt Nam sở hữu hơn 2.200 sông suối dài trên 10km, trong đó 90% là các sông suối nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển thủy điện nhỏ.
Tiềm năng kỹ thuật các thủy điện nhỏ quy mô dưới 30 MW khoảng 25 tỷ kWh/năm
(gần 7.000 MW) và đến cuối năm 2018 đã có trên 3.300 MW thủy điện nhỏ được đưa vào vận hành như đã nói ở trên.
Sự kết hợp giữa năng lượng mặt trời và năng lượng gió
Tại Việt Nam, khí hậu chia thành bốn mùa ở miền Bắc và hai mùa ở miền Nam, với thời gian nắng ít thường đi kèm với mưa và gió Do đó, việc kết hợp năng lượng điện mặt trời và điện gió là giải pháp thông minh giúp tăng tính ổn định của nguồn phát và tiết kiệm chi phí cho người dùng Hệ thống kết hợp này, bao gồm pin mặt trời và tua bin gió, mang lại hiệu quả và độ tin cậy cao hơn trong quá trình sử dụng Đây là giải pháp phù hợp với điều kiện khí hậu tại Việt Nam, nơi nhiều địa phương có tiềm năng gió và nắng rất tốt.
Hệ thống điện năng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua các tế bào quang điện trong panel Để tối ưu hóa hiệu suất, pin năng lượng mặt trời cần được lắp đặt trên kết cấu giá đỡ ở vị trí thoáng đãng, không bị che khuất bởi cây cối Khi ánh sáng chiếu vào, pin mặt trời sản xuất điện và nạp vào bình Acquy thông qua bộ điều khiển, cung cấp nguồn điện ổn định cho nhu cầu sử dụng.
Tuabin gió được lắp đặt trên trụ đỡ cao tại sân thượng của hai trung tâm, đảm bảo vị trí thoáng đãng để tối ưu hóa việc thu năng lượng gió Qua bộ điều tiết quạt gió, tuabin kết nối với bình acquy thông qua bộ điều khiển, cho phép tự sản xuất điện khi gió quay tuabin và nạp vào bình để dự trữ Hệ thống điện gió kết hợp với điện mặt trời giá rẻ không chỉ tăng tính ổn định cho hệ thống mà còn phù hợp với nhiều điều kiện thời tiết và dễ dàng lắp đặt.
Dự án điện gió Trung Nam tại Ninh Thuận, do Công ty Cổ phần Xây dựng và Lắp máy Trung Nam thi công, kết hợp năng lượng mặt trời và gió với công suất 64 MW và sản lượng khai thác đạt 182 triệu kWh/năm Dự án bao gồm 16 trụ gió, mỗi trụ có công suất 4,0 MW, và được hỗ trợ bởi nhà cung cấp thiết bị Enercon từ Đức Hệ thống biến áp nâng áp 0,4 - 1/22 kV kết nối với Trạm biến áp 22/110 kV, hòa vào lưới điện quốc gia qua Trạm 220 kV Tháp Chàm.
Hình 1.3 Hình ảnh nhà máy điện gió Trung Nam tỉnh Ninh Thuận [15]
Chi phí vận hàn h và bảo trì
XÂY DỰNG MÔ HÌNH KINH TẾ KĨ THUẬT CỦA HỆ THỐNG
Mô tả hệ thống
Mô hình kinh tế xác định các yếu tố quan trọng như giá trị lợi nhuận, chi phí năng lượng và thời gian hoàn vốn, bao gồm thu nhập của dự án, chi phí ban đầu, chi phí vận hành và sửa chữa, cùng với lãi suất hàng năm Những yếu tố này cần được phân tích kỹ lưỡng để tính toán lợi nhuận và đánh giá tổng quan cho nhà đầu tư về hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp với năng lượng gió.
Doanh thu của dự án
Chí phí vận hành và bảo trì
Giá trị hiện tại thuần (NPC)
Thu nhập của dự án
Hình 2.1 Mô hình kinh tế của hệ thống
Để tiến hành phân tích kinh tế tài chính của một dự án đầu tư, việc xây dựng mô hình kinh tế là rất quan trọng, vì không có số liệu phân tích kỹ thuật, phân tích kinh tế sẽ không thể thực hiện Các dự án không khả thi về mặt kỹ thuật cần được loại bỏ để tránh tổn thất trong quá trình đầu tư và vận hành Thu nhập của dự án là yếu tố then chốt để đánh giá thành công, với mỗi khoản đầu tư tạo ra dòng tiền thu nhập tại các thời điểm khác nhau trong tương lai Việc xác định thu nhập tương lai là phức tạp và phụ thuộc vào tính chất của khoản đầu tư Sử dụng năng lượng hiệu quả là chiến lược tiết kiệm chi phí, góp phần xây dựng nền kinh tế mà không cần tăng thêm chi phí tiêu thụ năng lượng Thời gian hoàn vốn, được hiểu là khoảng thời gian cần thiết để dự án tạo ra dòng tiền thu hồi bằng chi phí đầu tư ban đầu, là công cụ phân tích quan trọng giúp nhà đầu tư đánh giá tiềm năng dự án trước khi quyết định thực hiện.
Mô hình xác đinh sản lượng điện của hệ thống dựa trên phần mềm Homer
2.2.1 Giới thiệu phần mềm Homer
Phần mềm HOMER, phát triển bởi NREL và cải tiến bởi Homer Energy, là công cụ tối ưu hóa lưới điện vi mô, giúp tối ưu hóa hệ thống cung cấp năng lượng hỗn hợp từ nhiều công nghệ như tuabin gió, pin mặt trời, máy phát diesel, và thủy điện HOMER, viết tắt của Hybrid Optimization Model for Multiple Energy Resources, không chỉ tối ưu về mặt kinh tế mà còn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và tối đa hóa tỷ lệ năng lượng tái tạo Với sự giảm giá công nghệ năng lượng tái tạo, việc nâng cao tỷ lệ tái tạo trong hệ thống hybrid trở nên quan trọng hơn bao giờ hết Phần mềm hỗ trợ người dùng trong việc lựa chọn hệ thống năng lượng hiệu quả nhất thông qua việc so sánh nhiều lựa chọn khác nhau Trong thời gian tới, Homer Energy sẽ ra mắt phiên bản mới trên website, đáp ứng nhu cầu khách hàng với cấu trúc mô-đun linh hoạt.
Mô hình hệ thống Địa điểm
Hình 2.2 Giao diện hệ thống phần mềm Homer
Phần mềm tối ưu hóa điều kiện tải và hệ thống cung cấp năng lượng, bao gồm năng lượng mặt trời, gió, khí sinh học, máy phát điện và thủy điện Nó cho phép tính toán chi phí năng lượng và so sánh các kết quả từ các đầu vào khác nhau Qua đó, người dùng có thể lựa chọn thiết kế khả thi về chi phí và không gian có sẵn, đảm bảo hiệu quả tối đa cho hệ thống cung cấp.
2.2.2 Tính toán sản lượng điện mặt trời Điện năng lượng mặt trời là hệ thống biến đổi bức xạ mặt trời thành điện năng thông qua pin quang điện Hệ thống gồm các tấm pin hấp thu ánh sáng tạo ra điện DC sau đó chuyển qua bộ phận Biến Tần để chuyển dòng điện DC thành AC cho các thiết bị sử dụng Điện Năng lượng mặt trời có 3 loại cơ bản Điện năng lượng mặt trời hòa
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ hiện đang là lựa chọn hiệu quả nhất, giúp tiết kiệm chi phí điện và mang lại lợi nhuận đầu tư cao Đây cũng là loại hệ thống được nhiều người lựa chọn đầu tư nhất hiện nay.
Trong ba năm qua, hệ thống điện mặt trời hòa lưới không lưu trữ đã chứng tỏ hiệu quả kinh tế cao với chi phí đầu tư thấp, nhờ vào tuổi thọ thiết bị lên đến 20 năm Hệ thống này kết hợp giữa điện năng lượng mặt trời và điện lưới quốc gia, cung cấp điện trực tiếp cho các thiết bị trong suốt ban ngày mà không cần hệ thống acquy lưu trữ Vào buổi tối, người dùng sẽ sử dụng điện từ lưới quốc gia Đặc biệt, hệ thống này rất phù hợp cho các hộ gia đình, nhà xưởng và công ty tiêu thụ điện nhiều vào ban ngày, vì lượng điện sản xuất sẽ được sử dụng hết Khi sản lượng điện sản xuất vượt quá nhu cầu, điện dư sẽ được đẩy ngược lên lưới điện quốc gia và ghi nhận qua công tơ hai chiều Với những ưu điểm này, hệ thống điện mặt trời hòa lưới không lưu trữ không chỉ tiết kiệm chi phí đầu tư mà còn mang lại hiệu quả sử dụng tối ưu.
Phần mềm Homer [16] tính toán sản lượng điện như sau
P PV GY PV Gf GPV
Y PV là sản lượng điện tiêu chuẩn [kW] f PV hiệu suất giảm tải của pin [%]
GT là thông số bức xạ mặt trời ở thời điểm hiện tại [kW/m2]
GT G,STC là bức xạ mặt trời điều kiện tiêu chuẩn [1 kW/m2]
GP là hệ số nhiệt độ công suất [%/°C]
T c là nhiệt độ tấm pin hiện tại [°C]
T c,STC là nhiệt độ tấm pin điều kiện tiêu chuẩn [25 °C]
2.2.3 Tính toán sản lượng điện gió
Phần mềm Homer tính toán sản lượng điện của tua bin gió theo từng bước thời gian thông qua quy trình ba bước Đầu tiên, phần mềm xác định tốc độ gió ở độ cao trung tâm của tua bin Tiếp theo, công suất mà tua bin gió có khả năng tạo ra trong điều kiện tiêu chuẩn được tính toán Cuối cùng, giá trị sản lượng điện được điều chỉnh dựa trên mật độ không khí thực tế.
Tốc độ gió ở độ cao trung tâm được tính theo công thức
U Ghub GU Ganem G ln( Gz G hub G G G/ Gz G G 0 G G G) G G ln(z anem G/ Gz 0 G) (2.2)
U Ghub là tốc độ gió ở độ cao trung tâm [m/s]
Tốc độ gió U Ganem được đo ở tiêu chuẩn [m/s] tại chiều cao trung tâm của tua bin gió z hub [m] Chiều cao tiêu chuẩn z anem [m] và chiều dài cánh quạt gió z 0 [m] cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất Hàm logarit ln( ) được sử dụng để tính toán các yếu tố này.
Khi xác định tốc độ gió ở độ cao trung tâm, cần đối chiếu với biểu đồ công suất của tuabin gió để tính toán sản lượng điện dự kiến, với điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi.
S ản lư ợn g đi ện ( kW )
Chiều cao tốc độ gió trung tâm
Hình 2.3 minh họa công suất của tua bin gió dưới điều kiện tiêu chuẩn, với đường nét đứt màu đỏ thể hiện tốc độ gió ở độ cao trung tâm và đường nét đứt màu xanh chỉ ra sản lượng điện của tua bin Công suất của tua bin gió được biểu diễn qua đường cong, và nếu tốc độ gió tại trục tua bin không nằm trong phạm vi xác định, tua bin sẽ không tạo ra công suất Điều này có nghĩa là tua bin gió không sản sinh năng lượng nếu tốc độ gió dưới mức tối thiểu hoặc vượt quá mức cho phép Đường công suất chủ yếu xác định hiệu suất của tua bin gió trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn; để đánh giá tình hình thực tế, cần tính toán giá trị công suất theo tỷ lệ với mật độ không khí bằng phương trình tương ứng.
P WTG là sản lượng điện của tua bin gió [kW]
P WTG,STP là sản lượng điện của tua bin gió ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn
là mật độ không khí thực tế [kg/m 3 ]
0 là mật độ không khí ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn [1,225/m3 ]
2.3 Mô hình phân tích kinh tế
Các nhà đầu tư luôn mong muốn dự án thành công, và phân tích tài chính là công cụ quan trọng giúp họ theo dõi tiến triển của dự án Qua việc dự đoán các phương án khác nhau, nhà đầu tư có thể lựa chọn giải pháp tối ưu cho dự án của mình Phân tích tài chính cho phép so sánh nguồn thu nhập với tổng chi phí hợp lý, từ đó đánh giá hiệu quả dự án Ngoài ra, việc lập kế hoạch đầu tư từ giai đoạn xây dựng đến khi đưa công trình vào vận hành giúp nhà đầu tư chuẩn bị cho những thay đổi về thu nhập và chi phí trong tương lai, nhằm điều chỉnh kịp thời và rút ra bài học kinh nghiệm.
Phân tích tài chính là một kế hoạch quan trọng để quản lý nợ, giúp xác định các tiêu chuẩn và cam kết hoạt động Người tài trợ dựa vào kết quả phân tích này để quyết định đầu tư vốn hay không Việc vay và trả nợ đúng hạn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các khoản vay sau, minh chứng cho sự thành công của dự án Trong quá trình phân tích tài chính, cần xác định tổng mức đầu tư, cơ cấu nguồn vốn, dòng thu chi, các chỉ tiêu hiệu quả và lựa chọn phương án phù hợp, đồng thời phân tích độ an toàn tài chính.
2.3.1 Xác định chi phí tài chính của dự án
Các khoản chi trong dự án đầu tư năng lượng điện bao gồm toàn bộ chi phí cần thiết cho việc thực hiện và quản lý dự án Cụ thể, cần xác định các khoản chi tiêu như vốn đầu tư ban đầu, chi phí quản lý và vận hành hàng năm, cũng như chi phí thay thế trong suốt vòng đời của dự án.
Vốn đầu tư ban đầu của dự án bao gồm toàn bộ chi phí cần thiết, như chi phí xây dựng công trình, chi phí thiết bị, chi phí quản lý dự án, chi phí dự phòng, và chi phí đền bù giải phóng mặt bằng tái định cư Phương pháp tính toán được thực hiện theo hướng dẫn của cơ quan có thẩm quyền, dựa trên Thông tư 16/2019/TT-BXD, quy định về việc xác định chi phí quản lý dự án và tư vấn đầu tư xây dựng.
Chi phí quản lý vận hành hàng năm của dự án bao gồm lương và các khoản phụ cấp cho cán bộ, công nhân, chi phí sửa chữa tài sản cố định, chi phí quản lý dự án và các khoản chi khác Chi phí này thường được tính theo tỷ lệ phần trăm so với tổng vốn đầu tư xây dựng, dao động từ 3% đến 5% Để ước tính chi phí vận hành bảo trì hàng năm, có thể sử dụng chi phí hoạt động thực tế trung bình của dự án trong 5 năm gần nhất Đối với các dự án đang trong quá trình xây dựng và khai thác, chi phí quản lý vận hành hàng năm sẽ được tính theo quy định và nhân với tỷ lệ phần trăm doanh thu hàng năm của dự án.
2.3.2 Xây dựng mô hình giá trị hiện tại thuần
NPC là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng kinh tế của các dự án Nó được xác định bằng cách lấy giá trị hiện tại của dòng tiền thu vào trừ đi giá trị hiện tại của dòng tiền chi ra trong một khoảng thời gian nhất định Cách tính toán NPC được trình bày như sau.
Công thức NPC = dòng tiền thu vào – dòng tiền chi
XÁC ĐỊNH SẢN LƯỢNG ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG
Xây dựng mô hình năng lượng điện dựa trên phần mềm Homer
Mô hình năng lượng điện sử dụng phần mềm Homer kết hợp năng lượng mặt trời và gió, bao gồm tấm pin năng lượng mặt trời, cột tuabin gió, máy biến áp và trạm điện Hệ thống này sản xuất dòng điện một chiều DC từ các tấm pin năng lượng, sau đó kết hợp với tuabin gió thông qua máy biến áp và kết nối với tải.
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống năng lượng trên phần mềm Homer
Bài nghiên cứu này tập trung phân tích hệ thống điện mặt trời và điện gió tại các tỉnh miền Nam Việt Nam, nơi có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm với hai mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 và mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 Các tỉnh thành phía Nam có cường độ bức xạ mặt trời cao, với số giờ nắng trung bình dao động từ 1800 đến 2000 giờ mỗi năm Ngoài ra, gió mùa Tây Nam cũng thổi vào mùa hè, mang lại tốc độ gió trung bình mạnh mẽ ở vùng biển Đông Việt Nam.
STT Địa điểm Vĩ độ Kinh độ
Vị trí địa lý của Việt Nam mang lại tiềm năng năng lượng gió rất lớn Các tỉnh thành với tọa độ khác nhau được phân bố như trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1 Tọa độ các tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam
Các thông số đầu vào của hệ thống
Thành lập năm 2001 tại Canada, Canadian Solar đã trở thành nhà cung cấp hàng đầu về pin năng lượng mặt trời với 24 chi nhánh toàn cầu Công ty không chỉ nổi tiếng với việc sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời chất lượng cao mà còn thực hiện nhiều dự án quy mô lớn, cung cấp tổng công suất lên đến 29 GW trên toàn thế giới.
Hiệu suất của tấm pin mặt trời Canadian dao động từ 15,9% đến 17,2%, tùy thuộc vào loại pin cụ thể Nhờ vào mức hiệu suất này, các tấm pin mặt trời Canadian luôn nằm trong danh mục đạt tiêu chuẩn.
Hình 3.2 Hiệu suất của tấm pin Canadian [20]
Hiệu năng của pin năng lượng mặt trời, hay còn gọi là hệ số nhiệt độ, đánh giá khả năng hoạt động của pin trong các điều kiện không lý tưởng Tương tự như các thiết bị điện tử khác, tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả hơn khi được duy trì ở nhiệt độ mát, lý tưởng khoảng 25 °C (77 °F).
Hệ số nhiệt độ sẽ cho bạn biết hiệu năng của tấm pin sẽ thay đổi như thế nào trong những ngày hè nắng nóng.
Các tấm pin mặt trời thường phải chịu đựng nhiều ngày nắng nóng mỗi năm, do đó, lựa chọn pin mặt trời với hệ số nhiệt độ thấp là điều lý tưởng Tất cả các tấm pin mặt trời của Canadian đều đáp ứng tiêu chuẩn này với hệ số nhiệt độ đạt -0,41.
Bảng 3.2 cung cấp thông số kỹ thuật của tấm pin năng lượng Canadian, có tuổi thọ lên tới 25 năm Trong những năm đầu, tấm pin đảm bảo công suất không dưới 98% so với công suất ghi Từ năm thứ 2 đến năm thứ 25, mức giảm công suất hàng năm không vượt quá 0.55%, với công suất đầu ra tối thiểu đạt 84.8% vào năm thứ 25.
Công suất 325 W Điện áp định mức 37V
-40 C đến +85 C Điện áp tối đa 1000V
Bảng 3.2 Thông số tấm pin Canadian CS6X
Tấm pin Canadian CS6X-325P được sử dụng để mô phỏng trên phần mềm Homer, với khả năng ghép nối các tấm pin để đạt công suất 1MW Hình 3.3 trình bày thông số cài đặt của tấm pin và chi phí của hệ thống pin mặt trời, với thời gian sử dụng lên tới 25 năm.
Hình 3.3 Cài đặt mô phỏng tấm pin mặt trời Canadian
Hiện nay, tuabin gió được chia thành hai loại chính: loại trục đứng và loại trục ngang Trong đó, tuabin gió trục ngang là loại phổ biến nhất, thường có 2 hoặc 3 cánh quạt Đặc biệt, tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động hiệu quả khi bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió Loại tuabin này đang được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng năng lượng tái tạo hiện nay.
Dãy công suất của tuabin gió dao động từ 50 kW đến hàng vài MW Để đạt được công suất lớn hơn, nhiều tuabin gió được kết hợp trong một trại gió, từ đó cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện.
Hình 3.4 Cấu tạo bên trong của tua bin gió điển hình [23]
Các tuabin gió hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản, khi năng lượng gió làm quay 2 hoặc 3 cánh quạt quanh rotor Rotor này kết nối với trục chính, từ đó truyền động để quay máy phát và tạo ra điện Để tối ưu hóa việc thu nhận năng lượng gió, các tuabin gió được lắp đặt trên các trụ cao, giúp chúng hoạt động hiệu quả ở tốc độ gió 30 mét trên mặt đất Tại tốc độ này, tuabin gió hoạt động thuận lợi hơn và ít bị ảnh hưởng bởi các luồng gió bất thường Chúng có khả năng cung cấp điện cho các hộ gia đình hoặc các công trình xây dựng, đồng thời có thể kết nối với mạng lưới điện để phân phối điện năng rộng rãi hơn Thông số kỹ thuật của tuabin gió G1500 và các cài đặt phần mềm được trình bày chi tiết trong Bảng 3.3 và Hình 3.5.
Tốc độ gió thấp 3,5 đến 4 m/s
Tốc độ gió cao 20 đến 25 m/s
Tốc độ trung bình 17 đến 22 m/s Đường kính cánh quạt 70,5 m
Chiều cao 60 đến 80 m Điện áp đinh mức 690V
Bảng 3.3 Thông số tua bin gió G1500
Hình 3.5 Cài đặt mô phỏng tua bin gió G1500
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác mà không thay đổi tần số Thiết bị này sử dụng cảm ứng điện từ để truyền tải năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lý nhất định.
Máy biến áp được cấu tạo từ ba phần chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy Lõi thép bao gồm trụ và gông, trong đó trụ là nơi đặt dây quấn và gông kết nối các trụ để tạo thành mạch từ kín Lõi thép thường được làm từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện, sử dụng vật liệu dẫn từ tốt Dây quấn, thường bằng đồng hoặc nhôm và bọc cách điện, có nhiệm vụ nhận và truyền năng lượng Cuộn dây sơ cấp (N1) nhận năng lượng từ mạch điện xoay chiều, trong khi cuộn dây thứ cấp (N2) truyền năng lượng đến nơi tiêu thụ Số vòng dây ở hai cuộn khác nhau tùy thuộc vào chức năng của máy: nếu N2 > N1 thì là máy tăng áp, ngược lại nếu N2 < N1 thì là máy hạ áp Vỏ máy, được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có tác dụng bảo vệ các bộ phận bên trong của máy.
Nguyên lý hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó suất điện động hình thành trên vật dẫn khi đặt trong từ trường biến thiên Michael Faraday đã chứng minh vào năm 1831 rằng từ trường có khả năng sinh ra dòng điện Khi điện áp xoay chiều được áp dụng lên cuộn dây sơ cấp, từ thông trong hai cuộn dây sẽ biến đổi, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện trong mạch kín Từ thông là lượng đường sức từ đi qua một diện tích và được tính bằng tích phân của phép nhân vô hướng giữa mật độ từ trường và diện tích.
Loại 9395P Điện áp đầu vào AC 380 VAC Điện áp đầu vào DC 220 VDC
Giá bán là 8197 USD cho độ từ thông với véctơ thành phần diện tích, sẽ đi qua cả cuộn sơ cấp và thứ cấp Trong cuộn thứ cấp, suất điện động (hay còn gọi là biến áp) sẽ xuất hiện, dẫn đến sự biến đổi của điện áp ban đầu Các thông số và mô phỏng được trình bày trong Bảng 3.4 và Hình 3.6 trên phần mềm [25].
Bảng 3.4 Thông số máy biến áp Eaton
Hình 3.6 Cài đặt mô phỏng máy biến áp Eaton
Quang Ngai Vung Tau Binh Dinh Tra Vinh Phu Yen Soc Trang
B ức X ạ M ặt T rờ i ( kW h/ m 2 /d ay )
Dữ liệu của hệ thống trên phần mềm Homer
3.3.1 Dữ liệu bức xạ mặt trời
Dữ liệu bức xạ mặt trời tại các tỉnh được khảo sát thông qua phần mềm Homer, được xác định từ máy chủ của NASA Hình 3.7 minh họa dữ liệu bức xạ cụ thể tại tỉnh Đà Nẵng.
Hình 3.7 Dữ liệu bức xạ mặt trời tại Đà Nẵng trên phần mềm Homer
Dữ liệu bức xạ mặt trời tại các tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam được tổng hợp và trình bày trong biểu đồ Hình 3.7 Trong các tháng 2, 3, 4, thời gian nắng kéo dài từ 7h sáng đến 17h, với cường độ bức xạ trung bình dao động từ 4,42 đến 5,29 kWh/m2/ngày Đặc biệt, các tỉnh Bình Thuận, Vũng Tàu, Trà Vinh, Cà Mau có cường độ bức xạ vượt mức 5,1 kWh/m2/ngày, trong khi Đà Nẵng, Quảng Ngãi, và Phú Yên ghi nhận mức bức xạ mặt trời thấp hơn.
Hình 3.8 Biểu đồ bức xạ mặt trời tại các tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam
3.3.2 Dữ liệu tốc độ gió
Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới cho thấy Việt Nam sở hữu tiềm năng gió lớn nhất trong khu vực, với hơn 39% diện tích quốc gia có tốc độ gió trung bình hàng năm vượt quá 6m/s ở độ cao 65m, tương đương công suất tổng đạt 512 GW Đặc biệt, trên 8% diện tích Việt Nam được đánh giá có tiềm năng gió rất tốt, với tốc độ gió từ 7 đến 8 m/s ở độ cao 65m, có khả năng sản xuất hơn 110 GW điện.
Dữ liệu về tốc độ gió được lấy từ máy chủ của NASA thông qua phần mềm Homer Hình 3.9 minh họa tốc độ gió tại tỉnh Đà Nẵng sử dụng phần mềm này.
Hình 3.9 Dữ liệu tốc độ gió tại Đà Nẵng trên phần mềm Homer
Tốc độ gió tại các tỉnh miền Trung và miền Nam được thể hiện trong Hình 3.10, cho thấy rằng trong các tháng Một, Hai, Ba, cùng với tháng Mười, Mười Một và Mười Hai, các tỉnh như Bình Thuận và Vũng Tàu có tốc độ gió vượt quá 6m/s Ngược lại, các tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng và Cà Mau ghi nhận tốc độ gió thấp hơn.
Hệ thống Wind Sản lượng (kWh/năm)
Hệ thống PV- Wind Sản lượng (kWh/năm)
Da Nang Binh Thuan Quang Ngai Vung Tau Binh Dinh Tra Vinh Phu Yen Soc Trang Khanh Hoa Ca Mau Vung Tau
Kết quả mô phỏng
Dựa vào bức xạ mặt trời và tốc độ gió ở Hình 3.8 và Hình 3.10 khi khảo sát tại
10 tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam Từ phần mềm mô phỏng Homer cho sản lượng điện được trình bày như Bảng 3.5.
Bảng 3.5 Sản lượng điện hệ thống PV, Wind và PV-Wind
Khi đầu tư vào hệ thống năng lượng điện mặt trời, các tỉnh khảo sát cho thấy sản lượng điện khá thấp, cụ thể tại Quảng Ngãi và Đà Nẵng lần lượt đạt 1.330.088 kWh/năm và 1.467.622 kWh/năm Ngược lại, các tỉnh như Bình Thuận, Vũng Tàu và Cà Mau có sản lượng cao hơn, với các con số tương ứng là 1.552.048 kWh/năm, 1.541.427 kWh/năm và 1.592.551 kWh/năm Đối với hệ thống năng lượng gió, sản lượng điện lại cao hơn, với tỉnh Cà Mau đạt 2.542.795 kWh/năm, trong khi Sóc Trăng và Trà Vinh cũng có sản lượng đáng kể.
2619888 kWh/năm Các tỉnh cho sản lượng cao như Bình Thuận 3813242 kWh/năm, Vũng Tàu là 3789372 kWh/năm.
Kết hợp hệ thống năng lượng điện mặt trời và điện gió mang lại hiệu quả tối ưu Tại các tỉnh có sản lượng điện thấp, như Trà Vinh với 4.129.352 kWh/năm và Sóc Trăng, việc áp dụng mô hình này sẽ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất năng lượng.
Sản lượng điện hàng năm của các tỉnh như Kiên Giang và Cà Mau lần lượt đạt 4.128.867 kWh và 4.135.346 kWh, nhưng việc kết hợp hệ thống năng lượng mặt trời và gió tại đây chưa mang lại hiệu quả kinh tế cao Trong khi đó, Bình Thuận và Vũng Tàu với sản lượng điện lần lượt là 5.365.290 kWh và 5.330.799 kWh, cho thấy tiềm năng lớn cho các dự án đầu tư năng lượng, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ KĨ THUẬT CỦA HỆ THỐNG LAI
Chi phí đầu tư ban đầu của dự án
Khi thực hiện dự án đầu tư xây dựng, các bên liên quan như chủ đầu tư và đơn vị thi công phải tuân thủ nguyên tắc quản lý dự án Việc quản lý đòi hỏi chi phí hợp lý và hợp lệ, được quy định rõ ràng trong pháp luật về xây dựng Chi phí quản lý dự án là khoản chi cần thiết để tổ chức và thực hiện các công việc từ giai đoạn chuẩn bị đến khi công trình hoàn thành và đưa vào sử dụng.
Theo thông tư số 16/2019/TT-BXD, chi phí tư vấn đầu tư xây dựng được xác định dựa trên định mức chi phí, bao gồm chi phí nhân công tư vấn, ứng dụng khoa học công nghệ, thanh toán dịch vụ công cộng, vật tư văn phòng phẩm, chi phí thuê mướn và sửa chữa tài sản phục vụ tư vấn Ngoài ra, còn có chi phí quản lý của tổ chức tư vấn, các chi phí khác và lợi nhuận chịu thuế tính trước, không bao gồm chi phí áp dụng hệ thống thông tin công trình, thuế giá trị gia tăng và chi phí dự phòng Đối với việc xây dựng nhà máy năng lượng điện Mặt Trời kết hợp điện gió, cần xác định các chi phí đầu tư ban đầu như chi phí thiết bị, mua đất, xây dựng, phát triển và bảo hiểm Tổng chi phí đầu tư ban đầu sẽ được trình bày cụ thể.
TT Công nghệ điện mặt trời
1 Dự án điện mặt trời nổi lưới 1783 0,0769
2 Dự án điện mặt trời mặt đất 1644 0,0709
3 Hệ thống điện mặt trời mái nhà 1943 0,0838
Danh mục Hệ thống PV
Hệ thống Wind (USD/MW)
Hệ thống PV- Wind (USD/MW)
Xây dựng (Bao gồm thiết kế và xây dựng)
Bảng 4.1 Tổng chi phí ban đầu hệ thống PV, Wind và PV-Wind
Hệ thống năng lượng mặt trời có công suất 1 MW có chi phí ban đầu là 1.188.909 USD, trong khi hệ thống năng lượng gió có chi phí ban đầu là 1.957.272 USD Đặc biệt, khi đầu tư vào hệ thống kết hợp giữa năng lượng mặt trời và năng lượng gió, tổng chi phí ban đầu sẽ cao nhất, lên tới 2.631.909 USD.
Phân tích giá trị kinh tế của hệ thống
Hệ thống điện mặt trời và điện gió hiện nay được coi là giải pháp năng lượng sạch và thân thiện với môi trường Khi được thiết kế và vận hành hiệu quả, các hệ thống này không chỉ hoàn vốn mà còn mang lại lợi nhuận Để đưa ra quyết định đầu tư cho dự án hệ thống lai năng lượng điện, việc phân tích kinh tế của dự án là rất quan trọng, đặc biệt là với giá bán điện mặt trời mặt đất.
Giá điện mặt trời được xác định là 0,709 USD/kWh, trong khi giá điện gió là 0,083 USD/kWh, tạo nên cơ sở quan trọng để đánh giá tính kinh tế của các dự án năng lượng điện.
Bảng 4.2 Biểu giá mua điện mặt trời Việt Nam năm 2020 [4]
Chi phí ban đầu (USD)
Tiền dự án thu được/năm (USD)
4.2.1 Phân tích giá trị hiện tại thuần của dự án
Dựa trên tổng chi phí đầu tư ban đầu được nêu trong Bảng 4.1, cùng với chi phí vận hành và bảo trì hàng năm chiếm 4% so với chi phí ban đầu, và lãi suất ngân hàng là 7% mỗi năm, chúng ta có thể đánh giá hiệu quả tài chính của dự án.
Từ công thức 2.4 ta tính được giá trị hiện tại thuần của dự án trong vòng 25 năm.
Bảng 4.3 Giá trị hiện tại thuần của hệ thống PV
Đầu tư hệ thống năng lượng mặt trời tại các tỉnh khảo sát với chi phí ban đầu 1.188.909 USD đã mang lại kết quả khả quan Tỉnh Quảng Ngãi ghi nhận giá trị NPC thấp nhất là 486.495 USD, trong khi Cà Mau đạt lợi nhuận cao nhất với 1.036.355 USD Kết quả chi tiết được thể hiện trong Bảng 4.3.
Chi phí ban đầu (USD)
Tiền dự án thu được/năm (USD)
Bảng 4.4 Giá trị hiện tại thuần của hệ thống Wind
Đầu tư vào hệ thống năng lượng gió với chi phí ban đầu 1.957.272 USD cho thấy các tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng và Cà Mau có sản lượng điện thấp, dẫn đến giá trị hiện tại thuần của dự án không đạt hiệu quả cao Ngược lại, các tỉnh như Bình Thuận với giá trị hiện tại thuần đạt 4.316.641 USD và Vũng Tàu cho thấy tiềm năng đầu tư tốt hơn.
4265917 USD Dữ liệu được trình bày ở bảng 4.4.
Chi phí ban đầu (USD)
Tiền dự án được/năm (USD)
Bảng 4.5 Giá trị hiện tại thuần của hệ thống PV-Wind
Đầu tư vào hệ thống năng lượng tái tạo kết hợp giữa năng lượng mặt trời và gió với chi phí ban đầu 2.631.909 USD đã cho thấy hiệu quả kinh tế cao tại các tỉnh khảo sát Cụ thể, các tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng và Cà Mau có giá trị hiện tại thuần thấp, trong khi đó, tỉnh Bình Thuận và Vũng Tàu ghi nhận giá trị hiện tại thuần cao lần lượt là 6.175.472 USD.
6103041 USD Dữ Liệu được trình bày ở Bảng 4.5.
4.2.3 Phân tích chi phí năng lượng của dự án
Sự tiến bộ của công nghệ vật liệu và những đột phá trong thiết kế đã làm giảm chi phí sản xuất năng lượng điện từ các nguồn tái tạo Chi phí này được xác định dựa trên tổng chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành và bảo trì, cũng như sản lượng điện hàng năm Công thức 2.5 cho phép chúng ta tính toán chi phí năng lượng của dự án, như được trình bày trong Bảng 4.6 và Hình 4.1.
Hệ Thống Wind (USD/kWh)
Hệ ThốngPV-Wind (USD/kWh)
Bảng 4.6 Chi phí năng lượng của hệ thống PV, Wind và PV-Wind
Khi đầu tư vào hệ thống năng lượng điện mặt trời tại các tỉnh khảo sát, chi phí năng lượng dao động từ 0,930 USD/kWh ở Quảng Ngãi đến 0,776 USD/kWh ở Cà Mau Ngược lại, chi phí năng lượng từ hệ thống năng lượng gió thấp hơn, với mức cao nhất ở Cà Mau là 0,801 USD/kWh và thấp nhất ở Bình Thuận là 0,543 USD/kWh Đặc biệt, việc kết hợp giữa năng lượng mặt trời và gió mang lại hiệu quả tốt nhất, với chi phí cao nhất ở Cà Mau là 0,662 USD/kWh và thấp nhất ở Bình Thuận là 0,510 USD/kWh.
Chi phí ban đầu (USD)
Tiền dự án thu được/năm (USD)
Thời gian hoàn vốn (năm)
C O E ( U SD ) Q ua ng N ga i K ha nh H oa B in h T hu an
B in h D in h V un g T au T ra V in h So c T ra ng
Hình 4.1 Biểu đồ chi phí năng lượng của hệ thống PV, Wind và PV-Wind
4.2.2 Thời gian hoàn vốn của dự án
Lãi suất ngân hàng thay đổi theo thị trường và chính sách điều tiết của nhà nước Trong nghiên cứu này, mức chiết khấu được chọn là 7%/năm Sử dụng công thức 2.6, chúng tôi đã tính toán thời gian hoàn vốn cho các tỉnh thành được khảo sát.
Bảng 4.7 Thời gian hoàn vốn hệ thống PV
Chi phí ban đầu (USD)
Tiền dự án thu được/năm (USD)
Thời gian hoàn vốn (năm)
Khi đầu tư vào hệ thống năng lượng mặt trời tại các tỉnh khảo sát, chi phí ban đầu là 1.188.909 USD và thời gian hoàn vốn không chênh lệch nhiều Tỉnh Quảng Ngãi có thời gian hoàn vốn lâu nhất là 10,2 năm, trong khi tỉnh Cà Mau có thời gian hoàn vốn thấp nhất là 8,5 năm, như được trình bày trong Bảng 4.7.
Bảng 4.8 Thời gian hoàn vốn hệ thống Wind
Dự án năng lượng gió có chi phí ban đầu là 1.957.272 USD, nhưng thời gian hoàn vốn lại ngắn hơn so với hệ thống năng lượng mặt trời Tại Cà Mau, thời gian hoàn vốn cao nhất là 8,7 năm, trong khi ở Bình Thuận và Vũng Tàu, thời gian hoàn vốn chỉ là 5,8 năm, cho thấy đây là những địa điểm lý tưởng để khảo sát cho nhà đầu tư Kết quả chi tiết được trình bày trong Bảng 4.8.
Khi kết hợp hệ thống lai năng lượng mặt trời và năng lượng gió với chi phí ban đầu là 2.631.909 USD, thời gian hoàn vốn đạt hiệu quả tốt nhất Kết quả khảo sát cho thấy thời gian hoàn vốn ở các tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau là 7,3 năm, trong khi tỉnh Bình Thuận có thời gian hoàn vốn ngắn nhất là 5,6 năm Điều này cho thấy sự kết hợp giữa năng lượng mặt trời và năng lượng gió tại cùng một địa điểm mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Chi phí ban đầu (USD)
Tiền dự án thu được/năm (USD)
Thời gian hoàn vốn (năm)
Bảng 4.9 Thời gian hoàn vốn hệ thống PV-Wind