Phân tích kinh tế kỹ thuật cho hệ thống năng lượng mặt trời cấp điện cho phụ tải khu công nghiệp quang minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÂN TÍCH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI KHU CÔNG NGHIỆP QUANG MINH LƯƠNG HẢI ANH Haianh.pchk@gmail.com Chuyên ngành: Quản lý Kỹ thuật Công nghệ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hoài Thu Khoa: Điện Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 07/2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Lương Hải Anh Đề tài luận văn: Phân tích kinh tế - kỹ thuật cho hệ thống lượng mặt trời cấp điện cho phụ tải khu công nghiệp Quang Minh Chuyên ngành: Quản lý Công nghệ Mã số học viên: 20202597M Tác giả, người hướng dẫn khoa học hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp hội đồng với nội dung sau: Cơng thức chưa đánh số, hình vẽ mờ, tài liệu tham khảo chưa format: • Luận văn sau bổ sung, sửa chữa: Đã cập nhật đánh số công thức, thay đổi hình trang 8, thêm bảng trang 17, tài liệu tham khảo [6] cập nhật lại Mơ hình tối ưu, ràng buộc chưa rõ: • Luận văn sau bổ sung, sửa chữa: Đã thêm mơ hình tối ưu ràng buộc mục 3.3 trang 32-34 Phân tích sơ sài, cần cản thiện, bổ sung: • Luận văn sau bổ sung, sửa chữa: Đã bổ sung kết phân tích thêm phần kết trang 44-58 Một số đoạn không cần thiết ứng dụng hệ thống PV cho thủy điện lớn vào thống kê nguồn lượng tái tạo chưa đúng: • Luận văn sau bổ sung, sửa chữa: - Đã bỏ mục 2.4 ứng dụng hệ thống PV - Đã thay mục 1.3 thuỷ điện lớn thành 1.3 với nội dung thuỷ điện nhỏ trang 16 Hệ số suy giảm chưa nhắc đến phần mơ hình PV Luận văn sau bổ sung, sửa chữa: Đã bổ sung hệ số suy giảm bảng 10 trang 52 Hà Nội, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hoài Thu Lương Hải Anh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Lê Việt Tiến năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Nội dung luận văn với tên đề tài đăng ký phê duyệt theo định số: 52/QĐ- ĐHBK-ĐTSĐH ngày 07/01/2021 Hiệu trưởng trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày 30 tháng 07 năm 2022 Học viên TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: PHÂN TÍCH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI KHU CÔNG NGHIỆP QUANG MINH Tác giả luận văn: Lương Hải Anh - MSHV: 20202597M Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hoài Thu Từ khóa (Keyword): lượng tái tạo, HOMER, phân tích, kinh tế, kĩ thuật Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Phân tích kinh tế kỹ thuật cho hệ thống nguồn lượng tái tạo kết nối với hệ thống điện việc vô quan trọng cần thiết giai đoạn b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu: Mục tiêu đề tài tính tốn dung lượng tối ưu hệ thống điện có nguồn lượng tái tạo đảm bảo điều kiện kỹ thuật kinh tế - Đối tượng phạm vi nghiên cứu: phân tích kinh tế kỹ thuật cho hệ thống lượng tái tạo cung cấp cho phụ tải khu công nghiệp Quang Minh, Hà Nội sử dụng phần mềm HOMER c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Luận văn đã: - Tìm hiểu tổng quan tiềm nguồn lượng tái tạo giới Việt Nam - Xây dựng mơ hình hệ thống lượng tái tạo phân tích kinh tế kỹ thuật lượng cho hệ thống Thu thập số liệu phụ tải công nghiệp khu công nghiệp Quang Minh, Hà Nội - Tìm hiểu phần mềm HOMER, sử dụng phần mềm để tính tốn dung lượng tối ưu hệ thống lượng tái tạo cung cấp điện cho phụ tải công nghiệp khu công nghiệp Quang Minh, Hà Nội - Phân tích độ nhạy thay đổi số thơng số đầu vào chi phí đầu tư pin mặt trời, lưu trữ lượng giá dầu diesel d) Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phần mềm HOMER để mơ mơ hình nguồn lượng tái tạo vào hệ thống Tính tốn phân tích kinh tế kỹ thuật thành phần từ đưa kết đánh giá e) Kết luận Nhu cầu sử dụng lượng nói chung điện nói riêng ngày tăng cao nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, việc sử dụng lượng tái tạo xem xu hướng phát triển mạnh mẽ giới đặc biệt Việt Nam, đất nước có tiềm lượng tái tạo lớn Hệ thống lượng tái tạo có ưu điểm có khả tái tạo, bền vững, thân thiện với mơi trường có nhược điểm dao động bất định, phụ thuộc nhiều vào thời tiết giá thành cao Việc nghiên cứu tính tốn tối ưu cho hệ thống lượng tái tạo đóng vai trị quan trọng việc ứng dụng lượng tái tạo vào Hệ thống điện Trong luận văn này, tác giả mô tính tốn mơ hình phụ tải công nghiệp Thông số phụ tải theo lấy liệu khu công nghiệp Quang Minh Ởkhu vực nghiên cứu tác giả, việc thu thập liệu thời tiết khó khăn, tác giả buộc phải sử dụng lượng mặt trời tổng hợp hàng liệu tạo HOMER từ liệu trung bình hàng tháng có nguồn gốc từ sở liệu khí hậu liệu khí tượng bề mặt NASA Dữ liệu khí tượng năm (phơi nắng nhiệt độ) xem xét khu công nghiệp Quang Minh thành phố Hà Nội có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, thời tiết chia làm bốn mùa rõ rệt, tốc độ gió xạ mức thấp Mơ hình mơ bao gồm thành phần: PV, chuyển đổi, pin lưu trữ máy phát diesel Sự kết hợp thành phần phù hợp lượng mặt trời khơng khả dụng vào ban đêm, hệ thống pin lưu trữ bị ràng buộc dung lượng nạp xả, để cung cấp điện liên tục cho phụ tải cần kết hợp máy phát điện diesel Khi tăng chi phí nhiên liệu cho máy phát điện, dung lượng pin lượng mặt trời dung lượng lưu trữ tăng theo khiến cho chi phí rịng cho mơ hình tăng lên theo Khi giảm chi phí đầu tư PV, dung lượng PV tăng lên Do đặc tính khả dụng vào ban ngày hệ thống pin mặt trời PV nên nguồn lượng tái tạo thích hợp cho phụ tải có đỉnh đồ thị phụ tải rơi vào ban ngày Nếu đỉnh đồ thị phụ tải rơi vào ban đêm trường hợp phụ tải sinh hoạt ví dụ xét, cấu hình địi hỏi cao phụ tải cơng nghiệp chi phí rịng tăng lên Bên cạnh đó, việc phân tích độ nhạy tỷ trọng lượng tái tạo so với tổng phụ tải yêu cầu tăng lên chi phí đầu tư PV, BATT giảm tuổi thọ PV giảm Nếu giảm chi phí đầu tư PV, pin lưu trữ NPC giảm rõ rệt, tuổi thọ, hệ số suy giảm PV, tuổi thọ pin lưu trữ tăng lên NPC giảm nhẹ Học viên Lương Hải Anh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO .8 1.1 Năng lượng mặt trời 1.2 Năng lượng từ gió 13 1.3 Thủy điện nhỏ 16 1.4 Năng lượng sinh khối 17 1.5 Năng lượng địa nhiệt .20 1.6 Năng lượng đại dương 22 1.7 Ưu nhược điểm nguồn lượng tái tạo 24 CHƯƠNG 2: CÁC ỨNG DỤNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 26 2.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập (off -grid solar system): .26 2.2 Hệ thống điện mặt trời nối lưới (on -grid solar system): 27 2.3 Hệ thống lượng mặt trời kết hợp 30 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KINH TẾ-KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI 31 3.1 Mơ hình kỹ thuật 31 3.2 Mơ hình kinh tế 31 3.3 Mơ hình tối ưu hệ thống 32 3.3.1 Hàm mục tiêu 32 3.3.2 Ràng buộc .34 3.4 Giới thiệu phần mềm HOMER 34 3.4.1 Sử dụng HOMER 35 3.4.2 Cách hoạt động HOMER 36 3.4.3 Mô 36 3.4.4 Tối ưu hóa .37 3.4.5 Phân tích độ nhạy 37 3.4.6 Cách nhập số liệu 37 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KINH TẾ KỸ THUẬT TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CUNG CẤP CHO PHỤ TẢI KHU CÔNG NGHIỆP QUANG MINH - HÀ NỘI 38 4.1 Tổng quan trạng lưới điện Hà Nội khu công nghiệp Quang Minh 38 4.1.1 Hiện trạng hệ thống điện thành phố Hà Nội 38 4.1.2 Giới thiệu tổng quan khu công nghiệp Quang Minh 41 4.2 Phân tích kinh tế kỹ thuật tính tốn dung lượng tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời 44 4.3 Phân tích độ nhạy xét tính bất định 58 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHUNG 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Tỉ trọng công suất lắp đặt nguồn điện năm 2017 2020 (nguồn EVN Report) Hình 2: Cơng nghệ quang điện mặt trời 10 Hình 3: Cơng nghệ hội tụ lượng mặt trời (CSP) Mỹ 11 Hình 4: Cơng nghệ sưởi ấm nước lượng mặt trời 12 Hình 5: Cơng nghệ làm mát lượng mặt trời 13 Hình 6: Nhà máy điện gió Trung Nam Ninh Thuận .14 Hình 7: Cơng suất lắp đặt tuabin gió đất liền nước châu âu từ 2010-2020 15 Hình 8: Các quốc gia có tỷ lệ tham gia lượng gió ngồi khơi cao 16 Hình 9: Quy trình khai thác lượng địa nhiệt 21 Hình 10: Tiềm năng lượng sóng khu vực giới 24 Hình 11: Hệ thống điện mặt trời độc lập 26 Hình 12: Hệ thống điện mặt trời nối lưới .29 Hình 13: Hình ảnh minh hoạ phần mềm Homer Pro 35 Hình 14: Phối cảnh Khu cơng nghiệp Quang Minh 42 Hình 15: Đồ thị phụ tải ngày điển hình cho phụ tải Khu Cơng nghiệp Quang Minh (Hà Nội) 45 Hình 16: Giao diện phần mềm HOMER nhập vị trí cần xét 46 Hình 17: Lấy liệu thông số xạ mặt trời từ NASA 46 Hình 18: Nhập thông số phụ tải theo đồ thị phụ tải ngày 47 Hình 19: Nhập thông số máy phát diesel 47 Hình 20: Nhập thông số pin mặt trời 48 Hình 21: Thêm nguồn lượng tái tạo PV 49 Hình 22: Thêm chuyển đổi (Converter) 49 Hình 23: Thêm hệ thống pin lưu trữ .50 Hình 24: Tính tốn kết tối ưu 50 Hình 25: Mơ hình hệ thống .51 Hình 26: Thơng số máy phát diesel 51 Hình 27: Thêm nguồn lượng tái tạo PV 52 Hình 28: Thêm chuyển đổi (Converter) 52 Hình 29: Thơng số hệ thống pin lưu trữ 53 Hình 30: Kết với mơ hình bao gồm: Máy phát, PV, BATT, CONV .53 Hình 31: Kết với mơ hình bao gồm: Máy phát, PV, CONV 54