Phân tích lợi ích chi phí hệ thống kết hợp PV BESS cho một hộ tiêu thụ

TẠP CHÍ CÔNG THƯƠNG PHÂN TÍCH LỢI Ích CHI PHÍ HỆ THỐNG KÊT HỢP PV BESS CHO MỘT HỘ TIÊU THỤ • Đỗ THỊ LOAN TÓM TẮT Bài viết trình bày tổng quan một mô hình để đánh giá về kích cỡ, mô tả cách thức hoạt đ[.]

TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG PHÂN TÍCH LỢI Ích - CHI PHÍ HỆ THỐNG KÊT HỢP PV-BESS CHO MỘT HỘ TIÊU THỤ • Đỗ THỊ LOAN TĨM TẮT: Bài viết trình bày tổng quan mơ hình để đánh giá kích cỡ, mơ tả cách thức hoạt động cách đánh giá lợi ích, chi phí hệ thống kết hợp quang điện (PV) lưu trữ điện dạng pin (BESS) Kích cỡ PV BESS có từ đề xuất có Ngồi ra, hoạt động hệ thơng kết hợp PV-BESS vào ngày điển hình năm mô thấy cách thức mà PV BESS đạt lợi ích chênh lệch giá lượng giải vân đề cắt giảm lượng tái tạo Cuối cùng, theo quan điểm nhà đầu tư, việc tính tốn chi phí - lợi ích vòng đời cho dự án PV-BESS dựa vào giá trị ròng dòng tiền dự án để đưa kế hoạch đầu tư hợp lý cho PV BESS Từ khóa: lưu trữ lượng, trữ điện, tích lợi ích - chi phí Đặt vân đề Trong bốì cảnh giới thúc đẩy phát triển lượng bền vững cắt giảm carbon, nguồn lượng sinh khơi, lượng gió lượng mặt trời, coi nguồn tài nguyên thân thiện với mơi trường, có tiềm lớn Các ứng dụng thương mại thu nhiệt mặt trời, quang điện (PV) ứng dụng rộng rãi khu vực công nghiệp khu vực dân cư nhiều thập kỷ qua Đây lựa chọn phát điện giúp giảm lượng khí thải carbon gây từ đốt nhiên liệu hóa thạch Đốì với nguồn điện khai thác từ lượng mặt trời nói riêng, có đặc thù nguồn tài nguyên xạ mặt trời dồi dào, có hạn chế khai thác Do đó, nhiều giải pháp 102 SỐ 18-Tháng 7/2022 nghiên cứu cho điện mặt trời nhằm cải thiện hiệu quả, đặc biệt kết nối với lưới điện Các lưu trữ điện dạng pin giải pháp công nghệ áp dụng Tổng quan phương pháp nghiên cứu Các nghiên cứu kỹ thuật - cơng nghệ, nghiên cứu tối ưu hóa vận hành, nghiên cứu đánh giá lợi ích - chi phí áp dụng kết hợp nguồn phát điện từ lượng tái tạo nói chung, PV nói riêng, với hệ thơng lưu trữ điện dạng pin triển khai rộng rãi nhiều nước giới Tại Việt Nam, thời gian qua phát triển nhanh chóng đầu tư lắp đặt hệ thơng PV, có sơ' lượng lón dạng áp mái hộ sử dụng điện tự đầu tư, khai thác Tuy nhiên, PV KINH TÊ nguồn phát điện không ổn định nên có khó khăn định việc tối ưu phát điện Tuy nhiên, điện mặt trời có thê khai thác vào ban ngày phụ thuộc nhiều vào điều BESS giải pháp công nghệ Việt kiện khí hậu ngày (bức xạ mặt trời, mây, Nam giúp giải nhiều vấn đề cho lưới nhiệt độ, ), dẫn đến việc phát điện mặt trời khơng điện nói chung, làm gia tăng lợi ổn định gián đoạn Các yếu tố khơng ổn định ích cho hệ thông PV đầu tư hộ tiêu việc phát điện từ lượng mặt trời gây cân cơng suất lưới điện thụ Do đó, đốì với chủ đầu tư hệ thống PV, cần có tham khảo cách thức đánh giá lợi làm tăng khó khăn việc điều độ lưới điện Để hạn chế yếu điểm này, xu hướng ích - chi phí có khả cho thấy rõ ràng lợi ích mang lại từ hệ thơng kết hợp PV-BESS có hay ngày quan tâm hệ thống PV nôi lưới khơng, từ làm cho định đầu tư kết hợp với BESS Đê’ triển khai hệ thông kết hợp PV-BESS, cần Bài viết sử dụng phương pháp nghiên cứu định tính kết hợp với định lượng để phân tích chủ đề nghiên cứu đầy đủ tính khả thi kỹ thuật đưa có tham khảo tài liệu, lợi ích kinh tế kết hợp, tính đến chênh nghiên cứu, báo cáo công bố giới lệch lượng, tối đa sản xuất điện cho PV, đồng thời ổn định sản lượng điện PV đưa lên lưới Việt Nam Kết thảo luận điện Trên sở xem xét đó, làm 3.1 Một sơ liệu tổng quan vấn đề cải thiện lợi ích kinh tế tổng thể dự án kết hợp Năm 2020, tổng sản lượng điện sản xuất PV-BESS mua hệ thông điện Việt Nam Bảng 1: sản lượng điện Việt Nam 247 tỷ kWh, đó, nhiệt điện than giai đoạn 2010-2020 đóng góp tỷ trọng lớn 50%, (đơn vị: GWh) nguồn thủy điện chiếm 29,5%, nhiệt điện khí chiếm 14%, điện mặt trời Năm Năm Năm Năm STT Hạng mục chiếm 4,4%, nhập chiếm 1,2%, 2010 2015 2019 2020 phần lại 1% từ dầu Tổng điện sản xuất 100.432 163.039 240.100 247.085 lượng tái tạo khác Tổng công suất nguồn điện Việt Nam năm 2020 Điện từ NLTT (bao 49 143 5.890 12.084 gồmcảĐMT áp mái) 69.342 MW, cơng suất lắp đặt miền Bắc, Trung, Nguồn: [1 ] Nam 25.121 MW, 12.232 Bảng 2: Tỷ lệ công suất loại nguồn điện so với tổng MW 31.898 MW, chiếm cơng suất đạt theo miền tồn quốc năm 2020 (%) 36,2%, 17,8% 46% tổng cơng st nguồn tồn quốc Loại nguồn Miền Bắc Miền Nam Miền Trung Toàn quốc Sản lượng điện tỷ lệ công 46,3 9,8 Thùỵ điện 50,5 30,3 suất nguồn điện từ Nhiệt điện 51,2 54,5 43,9 1,4 lượng tái tạo (bao gồm điện mặt Năng lượng tái tạo 35,7 2,5 43,5 25,0 trời) tăng lên nhanh chóng Điện gió 1,3 0,9 0,8 chiếm tỷ lệ đáng kể Điện mặt Điện mặt trời tập trung 0,4 19.2 20,6 12,6 trời áp mái chiếm 11% tổng công Điện mặt trời áp mái 2,0 15,0 20,1 11,2 suất điện toàn quốc vào năm 2020, Điện sinh khôi 0,1 0,2 1,9 0,4 tập trung chủ yếu khu vực Nhập khấu Ũ 4,6 0,8 miền Trung miền Nam, tương ứng Tổng 1OO 1OO 1OO 1OO chiếm tỷ lệ công suất theo miền 15% 20,1% (Bảng Bảng 2) Nguồn: []] SƠ'18-Tháng 7/2022 103 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG Thiết kế khả thi hệ thống tích hợp PVBESS cần tính đến nhiều yếu tố, bao gồm cấu trúc hệ thơng, kích cỡ phần tử (PV, dây pin, cáp điện, biến tần, ), đầu tư, thay thế, chi phí vận hành bảo trì hệ thơng Nhìn chung, loại hệ thơng kết hợp PV-BESS khả thi mặt kỹ thuật đạt hiệu giảm tổn thất lượng, theo quan điểm nhà đầu tư, tuổi thọ lợi ích kinh tế dịng đời động lực để thúc đẩy dự án PV-BESS Để hiểu rõ lợi ích hệ thống kết hợp PVBESS mang lại, cần thực phân tích lợi ích chi phí để tìm giá trị tối ưu giá trị chi phí (NPC), giá trị ròng dòng tiền dự án (NPV), thời gian hồn vốn chiết khấu Trong đó, lợi ích mang lại chủ yếu đến từ việc vận hành phát điện PV-BESS trợ cáp từ sách lượng có Như vậy, điều quan trọng phải thiết lập chế độ vận hành tối ưu hệ thống kết hợp PV-BESS trạng thái khác theo trình tự thời gian 3.2 Mơ hình hệ thống kết hợp tơi ưu PV-BESS 3.2.1 Cấu trúc cửa hệ thống kết hợp PV-BESS Hình ỉ: cấu trúc hệ thống kết hợp PV-BESS PV-BESS kết nối với lưới, có nghĩa sản lượng từ PV dư thừa việc xả điện từ BESS bán cho lưới điện để thu lợi ích theo biểu giá FiT 3.2.2 Mơ hình tối ưu Mơ hình lập kế hoạch tối ưu xây dựng theo hàm mục tiêu (*) nhằm tối thiểu tổng chi phí ròng hàng năm (NPC) dự án, chi phí đầu tư tổng chi phí vận hành hàng năm có liên quan [2,3,4,5] J- ciav Trong đó: j tỷ lệ chiết khấu, N thời gian dịng đời dự án, Cinvy chi phí đầu tư, bao gồm chi phí vốn PV BESS ban đầu năm dự án, chi phí thay thiết bị vào năm dòng đời dự án giá trị lại thiết bị kết thúc dự án Cope chi phí vận hành, bao gồm chi phí vận hành bảo dưỡng (O&M) thiết bị, chi phí mua điện từ lưới điện chính, trừ doanh thu từ nguồn phát điện PV-BESS khoản trợ cấp (nếu có) Vì hàm mục tiêu tối thiểu tổng chi phí đầu tư vận hành, bao gồm ràng buộc cân điện cung cầu, sản lượng điện PV bị giới hạn nguồn tài nguyên lượng mặt trời khu vực, công suất quy hoạch đôi với thiết bị bị hạn chê thực tế địa lý, ràng buộc trạng thái xạc, xả BESS, ràng buộc bán điện cho lưới điện vấn đề an tồn 3.3 Ví dụ tình 3.3.1 Mơ tả Hình cho thấy cấu trúc hệ thông kết hợp PV-BESS Phụ tải cung cấp từ việc sản xuất điện PV, xả điện BESS, từ việc mua điện lưới điện Thiết bị biến tần sử dụng để kiểm soát việc chuyển đổi nguồn AC-DC DC-AC cần lưu ý, toàn hệ thống 104 SỐ 18 - Tháng 7/2022 Tình ví dụ mơ tả cách phân tích chi phí - lợi ích nhằm quy hoạch PV BESS cho khu vực cơng nghiệp với mục đích sử dụng tối đa nguồn lượng mặt trời thu thêm lợi nhuận việc bán lượng điện dư thừa cho lưới điện Ví dụ sử dụng cấu trúc hệ thơng PV-BESS Hình Bản chất giải cân cung cầu điện thông qua phôi hợp loại nguồn điện khác Hình KINH TÊ Bảng 3: Các thõng số PV BESS đề xuất Thiết Cơng s't đơn V| Chi phí vốn Chi phí thay Chi phí O&M Dịng địi Lắp đặt tối đa b| (kW/bộ) ($/bộ) ($/bộ) ($/bộ/năm) (năm) (bộ) PV 72 237.600 120.000 720 25 3.000 BESS 548 325.000 150.000 250 10 50 Nguồn: [2] Hình 2: a) Dữ liệu xạ mặt trời; b) Phụ tải điện; c) Giá điện Nguồn: [2] (a) cho thây liệu xạ mặt trời hàng tháng khu vực nghiên cứu Dữ liệu phụ tải điện biểu thị phụ tải điện ngày điển hình tháng, Hình (b) Thời gian sử dụng biểu giá FiT thể Hình (c) Các tham số cho PV, BESS đề xuất bao gồm chi phí vơn, chi phí thay chi phí O&M, tuổi thọ kỹ thuật, số lượng lắp đặt tơi đa trình bày Bảng Giả thiết, vòng đời dự án 25 năm 3.3.2 Các kết thảo luận Kết lập kế hoạch tối ưu PV BESS Bảng Phương án cung cấp điện túy từ lưới điện đưa để phân tích tính kinh tế đầu tư PV-BESS Dòng tiền hàng năm dòng tiền cộng dồn mơ tả Hình giúp phản ánh rõ tác động mặt chi phí - lợi ích Kết tính tốn ví dụ cho thấy, từ việc so sánh tổng NPC hàng năm (Hình 3a 3b), phương án lập kế hoạch tối ưu cho PV-BESS tiết kiệm chi phí tồn thời gian dịng đời dự án, tơn chi phí đầu tư ban đầu Ngoài ra, NPV sở dòng tiền hàng năm dòng tiền chiết khấu cộng dồn (Hình 3c) cho thấy, đầu tưPV-BESS ưu tiên NPV cao thời gian hồn vốn ngắn Cụ thể, NPV tích lũy hàng năm cũa phương án đàu tư PV-BE55 tháp so với phương án cung cấp điện từ lưới Bên cạnh đó, dịng tiền lũy năm thứ 3, khoản đầu tư PV-BESS hoàn vốn, hay Bảng 4: Kết tính tốn so sánh PV-BESS Lưới điện Đẩu tư Đẩu tư PV(bộ) BESS (bộ) 308 50 (106$) NPC đểu hàng năm (106$) 89,431 Đầu tư ban đãu năm Chi phí đầu tư Chi phí O&M Doanh thu bán điện đểu hàng năm hàng năm (106$) (106$) (106 $) 67,211 7,713 63,984 0,934 99,874 - 99,874 - Trợ cấp (106$) 4,487 Nguồn: [2] SỐ 18-Tháng 7/2022 105 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG Hình 3: (a) Dịng tiền việc mua điện từ lưới; (b) Dòng tiền PV-BESS; (c) So sánh dòng tiền cộng dồn Nguồn: [2] năm để thu hồi chi phí đầu tư cho hệ thống điện Điều đặc biệt thêm khơng có việc cắt PV-BESS Đê’ PV-BESS tiết kiệm chi phí, cần tính toán giảm điện mặt trời xảy thời điểm Kết tính tốn cho thấy, có số khoảng thời gian, nguồn điện từ PV-BESS dư thừa bán cho lưới điện (Hình 5) xác định cách thức vận hành tốì ưu đốì với hệ thống PV-BESS để thu chênh lệch lượng trình hoạt động Hình cho thấy cân cơng suất ngày điển hình Trong thời gian ban ngày, nhu cầu phụ tải ưu tiên cung cấp sản xuất điện từ PV, sau có suy giảm xạ mặt trời dẫn đến việc mua điện từ lưới BESS thường xạc lưu trữ từ việc mua điện lưới điện thời gian thấp điểm (18:00-23:00), xả vào số thời gian cao điểm (8:00-18:00), từ đáp ứng nhu cầu phụ tải giảm chi phí mua điện từ lưới Ngun nhân hệ thơng PV-BESS đầu tư khu vực quan điểm ưu tiên cung câp đủ điện cho phụ tải, sau phần điện dư đưa vào bán cho lưới điện, doanh thu bán điện thu khơng đáng kể Các nhà đầu tư ln mn biết kích cỡ kết hợp PV BESS rẻ nhất? Trong tinh trên, giới hạn lắp đặt PV BESS xác định trước Tuy nhiên, cách đơn giản để xác định giới hạn lắp đặt PV- Hình 4: Vận hành hệ thống kết hdp PV-BESS ngày điển hình Ngày đièn hình Nguồn: [2], 106 SỐ 18-Tháng 7/2022 KINH TẾ Hình 5: Cơng suất dư thừa PV BESS bán vào lưới Nguồn: [2], BESS thường liên quan đến xem xét số vấn đề chính, theo trình tự sau Thứ nhất, giới hạn lắp đặt PV tính tốn phụ thuộc vào nhu cầu phụ tải khả không gian (như mái) sẩn có khu vực hộ tiêu thụ Theo đó, giới hạn lắp đặt BESS sở tính tốn tối ưu điện phát từ PV, chênh lệch công suất chênh lệch giá mua điện phụ tải cao, thấp điểm, giá FiT bán điện cho lưới Thứ hai, việc phân tích độ nhạy giói hạn lắp đặt khác cần tính tốn thêm để quan sát mức NPC thấp tương ứng với mức công suất lắp đặt PVBESS Tuy nhiên, giới hạn không gian cho lắp đặt PV-BESS yếu ỉố quan trọng, chác cần xét đến kết luận đầu tư Kết luận Mô hình quy hoạch tối ưu hệ thơng lượng kết hợp PV-BESS liên quan đến kích cỡ, trạng thái vận hành chi phí - lợi ích vịng đời dự án phân tích qua viết, cấu trúc đơn giản hóa hệ thơng kết hợp PV-BESS giói thiệu trình bày ngun tắc vận hành PV BESS để đạt cân lượng, bán điện dư thừa cho lưới điện Theo quan điểm nhà đầu tư, việc phân tích chi phí - lợi ích cho dự án PV-BESS thực dựa tồn vịng đời dự án Một ví dụ tình đưa cho thấy, dự án có khả hồn vốn nhanh với hệ thông kết hỢp PV-BESS hiệu so với phương án mua điện từ lưới Bài viết đưa điều kiện Việt Nam có nhiều hộ tiêu thụ (bao gồm hộ tiêu thụ công nghiệp dân dụng) lắp đặt hệ thống PV áp mái để tự cung cấp phần nhu cầu điện có hội bán điện cho lưới Do đó, viết tham khảo cho chủ đầu tư để xem xét tính khả thi lắp đặt kết hợp BESS cho PV tương lai ■ TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tập đoàn Điện lực Việt Nam (2021) Báo cáo Nghiên cứu BESS phục vụ đảm bảo cung cấp điện khu vực miền Bắc Yongtao Guo, Yue Xiang (2022) Cost-benefit analysis of photovoltaic-storage investment in integrated energy systems [Online] Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235248472200405X SỐ 18 - Tháng 7/2022 107 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG Ilja Pawel (2014) The cost of storage - how to calculate the levelized cost of stored energy (LCOE) and ap­ plications to renewable energy generation [Online] Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610214001751 Seth B Darling cộng (2011) Assumptions and the levelized cost of energy for photovoltaics [Online] Available at: https://www.semanticscholar.org/paper/Assumptions-and-the-levelized-cost-of-energy-for-Darling- You/6289847c923c2c3713ccl27dd77al95cdlfl62b9 Vikenty Melnikov cộng (2018) Calculation of the Levelised Cost of Electrical Energy Storage for Short-Duration Application LCOS Sensitivity Analysis [Online] Available at: https://www.researchgate.net/ publication/328031996_Calculation_of-the_Levelised_Cost_ofElectrical_Energy-Storage-for-Short-Duration_Application_LCOS_Sensitivity-Analysis Ngày nhận bài: 25/5/2022 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 15/6/2022 Ngày chấp nhận đăng bài: 12/7/2022 Thông tin tác giả: ThS Đỗ THỊ LOAN Khoa Quản lý Công nghiệp Năng lượng Trường Đại học Điện lực COST-BENEFIT ANALYSIS OF A PHOTOVOLTAIC - BATTERY ENERGY STORAGE HYBRID SYSTEM FOR A ENERGY CONSUMING HOUSEHOLD • Master DOTHILOAN Faculty of Energy and Industrial Management Electric Power University ABSTRACT: This paper presents an overview of a model to evaluate the size, operation, benefits and costs of the hybrid system of photovoltaic (PV) and battery energy storage system (BESS) The sizes of PV and BESS are obtained from an existing proposal The operation of a PV-BESS hybrid system on a typical day of the year is simulated to understand how the PV - BESS hybrid system can gain benefits from the energy arbitrage and the prevention of PV’s curtailing power Finally, from the point of view of investors, the life-cycle cost-benefit calculation for PV-BESS projects is based on the net present value of the project’s cash flow in order to help the investor make an investment decision Keywords: energy storage, electricity storage, benefit-cost 108 SỐ 18 - Tháng 7/2022 ... ưu hệ thống kết hợp PV- BESS trạng thái khác theo trình tự thời gian 3.2 Mơ hình hệ thống kết hợp ưu PV- BESS 3.2.1 Cấu trúc cửa hệ thống kết hợp PV- BESS Hình ỉ: cấu trúc hệ thống kết hợp PV- BESS. .. thọ lợi ích kinh tế dịng đời động lực để thúc đẩy dự án PV- BESS Để hiểu rõ lợi ích hệ thống kết hợp PVBESS mang lại, cần thực phân tích lợi ích chi phí để tìm giá trị tối ưu giá trị chi phí (NPC),... hướng ích - chi phí có khả cho thấy rõ ràng lợi ích mang lại từ hệ thơng kết hợp PV- BESS có hay ngày quan tâm hệ thống PV nôi lưới không, từ làm cho định đầu tư kết hợp với BESS Đê’ triển khai hệ