Kết quả thử nghiệm hệ thống bơm năng lượng mặt trời cho trang trại quy mô vừa và nhỏ

Bài báo Kết quả thử nghiệm hệ thống bơm năng lượng mặt trời cho trang trại quy mô vừa và nhỏ trình cách mô phỏng phối hợp bơm năng lượng mặt trời với khả năng tích trữ nước cho phát triển xây dựng nông thôn mới. Nghiên cứu áp dụng tính toán cho hệ thống bơm công suất lên đến 15kW tưới vườn măng tây tại tỉnh Ninh Thuận. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết!

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG BƠM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO TRANG TRẠI QUY MÔ VỪA VÀ NHỎ Phạm Phúc Yên, Nguyễn Thế Vũ Viện Thủy điện lượng tái tạo Phan Trần Hồng Long Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Việt Nam quốc gia có tiềm lớn phát triển lượng tái tạo Tuy nhiên Việt Nam nước phát triển nên sử dụng lượng bền vững lượng mặt trời nông nghiệp nên xem hướng phát triển Khu vực Tây Nguyên duyên hải Nam Trung Bộ có nguồn lượng mặt trời dồi dào, có nhu cầu tưới phát triển loại có giá trị kinh tế cao Bài báo trình cách mơ phối hợp bơm lượng mặt trời với khả tích trữ nước cho phát triển xây dựng nông thôn Nghiên cứu áp dụng tính tốn cho hệ thống bơm cơng suất lên đến 15kW tưới vườn măng tây tỉnh Ninh Thuận Từ khóa: Bơm lượng mặt trời, nơng thôn mới, lượng tái tạo, bơm tưới Summary: Vietnam has great potential for the renewable energy industry, which helps the country take a cleaner and more secure energy pathway However, Vietnam is a developing nation, so sustainable development mainly covers the use of renewable energy such as solar in agriculture The Central Highlands and South Central have an abundant source of solar energy, which is in demand for irrigation and the development of crops of high economic value This paper shows how to simulate the combination of the solar pump with the capacity of water storage for new countryside construction The study applied calculations for the pump system with a capacity of 15kW to irrigate asparagus gardens in Ninh Thuan province Keywords: Solar pump, new-style countryside, renewable energy, irrigation pump ĐẶT VẤN ĐỀ * Năng lượng mặt trời (NLMT) nguồn lượng vô tận không phát thải khí nhà kính Năng lượng mặt trời người sử dụng nông nghiệp quân từ xa xưa nhiệt chiếu sáng Sau trình phát triển ứng dụng pin mặt trời công nghệ vệ tinh du hành vũ trụ, nay, công nghệ biến đổi quang điện ứng dụng nhiều kinh tế lượng cần hướng đến ứng dụng lại vào nông nghiệp công nghệ cao Năng lượng mặt trời không ổn định ảnh hưởng thời tiết, nhiên tổng sản lượng điện thu lại thường không thay đổi nhiều Ngày nhận bài: 20/12/2021 Ngày thông qua phản biện: 05/01/2022 Do cần mơ hoạt động theo ngày liên tục năm để đánh giá hiệu hệ thống sử dụng NLMT Đề tài lựa chọn khu vực Nam Trung Bộ nơi có nguồn NLMT tốt Việt Nam có tiềm phát triển nhiều loại giá trị kinh tế cao để nghiên cứu thiết kế mô trình vận hành hệ thống bơm NLMT Hệ thống bơm NLMT thường gồm ba thành phần gồm hệ thống pin, chuyển đổi điện từ chiều thành xoay chiều; bơm điện ắc quy cần thiết Trong q trình mơ phỏng, mâu thuẫn nhu cầu cấp nước khả tưới hệ thống Ngày duyệt đăng: 28/3/2022 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ giải nhờ hệ thống bể chứa tích trữ Các đánh giá tập trung vào thời điểm nắng yếu nhu cầu tưới tăng cao tây, giai đoạn đầu, qui mô tưới dao động 100÷200m3/ngày, phù hợp phạm vi cơng suất ban đầu mơ hình NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thời đoạn tính theo có nắng sử dụng để tính tốn cho tồn thời gian trịn năm khu vực nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng phương pháp mơ tính tốn NLMT thu để áp dụng cho hệ thống bơm NLMT có kết hợp bể tích trữ với dung tích đủ dùng cho 3÷5 ngày liên tiếp có nắng yếu Mơ hình lựa chọn bể có dung tích tổng lên đến 150m3 Đối tượng tưới loại măng tây, sản phẩm đầu có giá trị dinh dưỡng cao thị trường chấp nhận, đem lại hiệu kinh tế cao 3÷4 lần loại trồng truyền thống Hình 1: Vị trí nghiên cứu xã An Hải, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận Qui mô áp dụng nhóm hộ canh tác măng Bảng 1: Bức xạ trung bình tháng địa điểm nghiên cứu Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Cả năm Cường độ xạ mặt trời đến mặt phẳng nằm ngang kWh/m² 150,5 152,1 174,8 193,2 183,6 184,5 171,3 175,8 146,9 147,3 101,1 128,8 1909,8 Độ lệch chuẩn kWh/m² 68,2 63,9 80,2 77,0 85,7 78,9 79,1 86,7 78,1 75,9 62,5 68,5 904,6 Tổng cường độ xạ mặt trời trực tiếp khuếch tán đến bề mặt pin kWh/m² 169,5 165,1 180,6 189,1 171,6 167,7 157,9 168,6 147,6 154,3 109,1 144,5 1925,5 Tháng có xạ trung bình lớn tháng Tuy nhiên lượng thu phụ thuộc vào nhiệt độ, độ lệch chuẩn, góc phương vị góc nghiêng hệ thống pin nên cần có đánh giá dựa mơ hình chạy theo ngày năm Nhiệt độ Vận tốc gió °C 24,5 25,0 26,6 27,9 29,1 28,7 28,7 28,6 27,5 27,1 26,0 25,2 27,1 m/s 3,2 3,0 2,7 2,2 1,7 1,7 1,7 1,9 1,6 2,0 2,7 3,4 2,3 Tháng có xạ trung bình yếu tháng 11 Tháng có nhiệt độ trung bình thấp tháng Các công thức áp dụng: Công thức bơm cánh dẫn: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 KHOA HỌC 𝑄= 𝑁𝑑𝑐 ×𝜂𝑏 ×𝜂𝑑𝑐 9,81×𝐻×𝑘 CƠNG NGHỆ KẾT QUẢ TÍNH TỐN (2-1) Trong Q lưu lượng bơm; Nđc công suất động cơ; ηb ηđc hiệu suất bơm hiệu suất động cơ; H cột nước bơm k hệ số công suất động điện Địa điểm triển khai mơ hình nằm thơn Tuấn Tú, xã An Hải, huyện Ninh Phước tỉnh Ninh Thuận có đường mặt trời Hình Các cơng thức NLMT biến đổi lượng: 𝑁𝑆 = 𝜇 × 𝐼 × 𝐴 𝑡 𝐸 = ∫𝑡 𝑁𝑠 𝑑𝑡 (2-2) (2-3) Trong Ns cơng suất đầu hệ thống pin NLMT; μ hiệu suất chuyển đổi điện hệ thống pin; I cường độ xạ; A tổng diện tích pin Hình 2: Đường mặt trời khu vực nghiên cứu Bảng 2: Lượng nước bơm theo tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Cả năm Cường độ xạ Điện lượng dãy pin Điện lượng bơm Cột nước bơm Lượng nước bơm Số ngày đầy bể kWh/m2 kWh kWh m m3 ngày 166,8 162,7 177,6 185,8 167,9 163,6 154,0 165,1 144,6 151,4 106,8 141,9 1888,2 1989 1919 2088 2166 1975 1931 1818 1945 1708 1788 1280 1699 22306 1791 1632 1748 1751 1769 1727 1608 1736 1488 1478 1033 1497 19258 47,21 47,78 47,30 48,44 46,78 46,80 45,40 46,39 45,99 46,21 44,72 46,04 46,59 4292 3895 4143 4237 4254 4152 3751 4122 3489 3487 2366 3528 45716 15 16 20 2 3 1 83 Tổng lượng nước bơm cao khoảng 4292m3 vào tháng (phù hợp với yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất pin) thấp khoảng 2366m3 vào tháng 11 (phù hợp với yếu tố cường độ xạ thấp năm) Số đầy bể bơm 20 24 32 1 13 1 109 Tháng 11 (ngày 3/11) tháng 12 (ngày 2/12) hai tháng có ngày tích trữ đầy vào bể chứa khả cung cấp trực tiếp nước từ NLMT tháng thường nhỏ nhu cầu tưới Các tháng lại có vài ngày nước tích thừa vào bể, nhiều tháng với TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ khoảng 20 ngày tích đầy bể chứa với số gần 32 Tổng lượng nước hàng năm bơm sử dụng gần 46000m3 Theo lưu lượng bơm hàng ngày đặc biệt ý vào tháng mùa đông tháng 11 có số lượng ngày nắng ít, lượng nước tưới cần sử dụng thêm từ nguồn bể tích trữ thay cho khả bơm hút Trong dãy ngày thiếu nước, xem xét bổ sung hệ thống ắc quy để kết hợp việc tích đầy (thừa nước) sang tích trữ hóa vào ắc quy Với tổng số đầy bể 109 giờ/ năm, hệ thống cần nghiên cứu lắp thêm phụ tải sử dụng cho điện sinh hoạt để chuyển sang tích trữ sang ắc quy để tránh lãng phí lượng Việc cần nghiên bố trí thêm thiết bị tự chuyển mạch mực nước đầy bể, sử dụng sensor kiểu phao nhiều sensor cố định để báo tín hiệu Lượng nước tích trữ vào bể chứa theo ngày tháng (là tháng thường xuyên đầy bể), tháng 11 12 (là tháng có ngày tích đầy) thể Bảng Lượng nước bơm cụ thể theo ngày tháng thể Bảng Diễn biến lượng nước chứa vào bể số ngày năm thể Bảng Bảng 3: Lượng nước tích trữ vào bể theo ngày số tháng đại diện năm Tháng Tháng Tháng 11 Tháng 12 Bảng 4: Lượng nước bơm tưới theo ngày 12 tháng Tháng Tháng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 Tháng KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Bảng 5: Diễn biến lượng nước chứa vào bể số ngày năm Ngày 4/1 – Đầy bể Ngày 7/3 – Không đầy Ngày 9/4 – Đầy bể Ngày 5/5 – Không đầy Ngày 1/7 – Không đầy Ngày 24/7 – Không đầy Ngày 26/8 – Gần đầy Ngày 3/11 – Đầy bể Ngày 2/12 – Đầy bể TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ bơm hiệu suất bơm Hiện việc ứng dụng khoa học công nghệ đại vào sống hướng chung toàn giới Chính việc áp dụng điện mặt trời vào nông nghiệp cần nghiên cứu kết hợp với nhu cầu khả thực tế địa phương Nghiên cứu việc sử dụng bơm NLMT giúp tiết kiệm chi phí hàng năm; việc phối kết hợp với bể chứa giúp tích trữ lượng hay lượng nước nguồn cấp NLMT cao nhu cầu tưới tái sử dụng nguồn cấp từ NLMT nhỏ nhu cầu tưới khu vực nghiên cứu Sự đánh giá tưới NLMT cần có đánh giá theo thời gian để thực tế sử dụng ứng với biến đổi nguồn tài nguyên nắng theo ngày ngày tháng Một số yếu tố đầu vào ban đầu lựa chọn cho phù hợp diện tích lưu lượng tưới, cao độ Bài báo mô khả phối hợp bơm NLMT khoảng thời gian năm liên tục Nghiên cứu tiếp tục triển khai việc lắp đặt thử nghiệm trường thời gian tới TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ sơ thiết kế dự án “Xây dựng hạ tầng phục vụ vùng sản xuất rau an toàn tập trung xã An Hải, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận” Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng cơng trình Nơng nghiệp Phát triển nơng thôn tỉnh Ninh Thuận, 2020 [2] Nghiên cứu khai thác nước ngầm tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ Văn phịng JICA, 2009 [3] Phạm Quốc Hưng, Lê Đình Thành Tài nguyên nước mùa cạn Nam Trung Bộ (Phú Yên – Bình Thuận) nguy hạn hán, sa mạc hóa, Tạp chí khoa học Kỹ thuật Thủy lợi môi trường số 25, 2009 [4] Er P.D.Narale, Dr N.S.Rathore, Dr S.Kothari, Study of Solar PV Water Pumping System for Irrigation of Horticulture Crops, International Journal of Engineering Science Invention, Volume Issue 12, December 2013 [5] Vinayak Shinde, Sarika Wandre, Solar photovoltaic water pumping system for irrigation: A review, African Journal of Agricultural Research, May 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 ... 2/12 – Đầy bể TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 71 - 2022 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ bơm hiệu suất bơm Hiện việc ứng dụng khoa học công nghệ đại vào sống hướng chung toàn giới... 2: Lượng nước bơm theo tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Cả năm Cường độ xạ Điện lượng dãy pin Điện lượng bơm Cột nước bơm Lượng nước bơm. .. ít, lượng nước tưới cần sử dụng thêm từ nguồn bể tích trữ thay cho khả bơm hút Trong dãy ngày thiếu nước, xem xét bổ sung hệ thống ắc quy để kết hợp việc tích đầy (thừa nước) sang tích trữ hóa vào