Phân tích kinh tế kỹ thuật của dự án điện mặt trời áp mái và vấn đề điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối có điện mặt trời phân tán

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Phân tích kinh tế kỹ thuật dự án điện mặt trời áp mái vấn đề điều chỉnh điện áp lưới phân phối có điện mặt trời phân tán ĐẶNG BẢO TUẤN kyotino2@gmail.com Ngành Quản lý kỹ thuật – Công nghệ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tuyên Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Phân tích kinh tế kỹ thuật dự án điện mặt trời áp mái vấn đề điều chỉnh điện áp lưới phân phối có điện mặt trời phân tán ĐẶNG BẢO TUẤN kyotino2@gmail.com Ngành Quản lý kỹ thuật – Công nghệ Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tuyên Chữ ký GVHD Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 2023 CỘNG HÒA Xà 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 : Đặng Bảo Tuấn Đề tài luận văn: Phân tích kinh tế kỹ thuật dự án điện mặt trời áp mái vấn đề điều chỉnh điện áp lưới phân phối có điện mặt trời phân tán Chuyên ngành: Quản lý kỹ thuật công nghệ, hướng Hệ thống điện Mã số SV: 20202600M 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 ngày 27/04/2023 với nội dung sau: - Cần sửa lại số liệu cho - Chương 4: cần trình bày ngắn gọn, biểu diễn số liệu cách rõ rang, dễ hiểu - Phải sửa trình bày tồn hình vẽ, bảng biểu Giáo viên hướng dẫn Hà Nội, ngày 30 tháng 05 năm 2023 Tác giả luận văn TS Nguyễn Đức Tuyên Đặng Bảo Tuấn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS Lê Đức Tùng ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Lý chọn đề tài: Việc sử dụng nguồn lượng điện tái tạo không xa lạ hộ gia đình doanh nghiệp Việt Nam xu hướng Điện lượng Điện lượng Mặt Trời, nhằm hạn chế sử dụng lượng hóa thạch góp phần bảo vệ mơi trường Năng lượng mặt trời hồn tồn “xanh” “sạch”, việc lắp đặt hệ thống pin hồn tồn khơng gây ảnh hưởng xấu đến mơi trường hay sức khỏe người, góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây Xây dựng mơ hình sử dụng lượng kết hợp với phát triển kinh tế Mục đích: Luận văn trình bày vấn đề giải pháp kinh tế kỹ thuật liên quan đến phát triển nguồn điện mặt trời Việt nam Các mơ hình tính tốn hiệu đầu tư chất lượng điện áp kết nối điện mặt trời phân tán vào lưới phân phối đưa nhằm giúp ích các sinh viên, nhà nghiên cứu, chủ đầu tư, nhà vận hành hệ thống điện Yêu cầu: Luận văn cần giải số vấn đề bản:  Nêu rõ khái niệm, phân tích chức vật tư thiết bị xác định rõ hiệu kinh tế việc lắp đặt hệ thống hệ thống điện mặt trời áp mái thực tế  Nêu rõ tiêu chuẩn chất lượng điện áp Việt Nam giới Sau đó, đánh giá đồ thị điện áp lưới phân phối đưa giải pháp để cải thiện chất lượng điện áp Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Lời đầu tiên, muốn gửi lời cảm ơn đến nhóm nghiên cứu khoa học Khoa Điện - Trường Điện - Điện tử - Đại học Bách Khoa Hà Nội nghiên cứu phát triển ý tưởng đưa để áp dụng hữu ích vào thực tế Những buổi họp, trao đổi hàng tuần ang lại hiệu lớn đến công việc tơi Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn với thầy Khoa Điện Trường Điện - Điện tử - Đại học Bách Khoa Hà Nội bảo cho nhiều kiến thức chuyên môn hệ thống điện để tơi có góc nhìn rõ nguồn lượng Từ đó, tơi tập trung nghiên cứu phân tích tốn kinh tế so sánh giá trị việc đầu tư vào hệ thống gửi tiền tiết kiệm lãi suất ngân hàng Đồng thời hồn thành chương trình đào tạo cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cuối quan trọng nhất, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Đức Tuyên giảng dạy, hướng dẫn nhiệt tình, giúp định hướng đề tài, hỗ trợ tối đa, giảng giải chi tiết để hồn thành luận văn cách tốt Mặc dù nỗ lực hết mình, khả năng, kiến thức có hạn nên khơng thể tránh sai sót lúc thực luận văn Kính mong quý thầy cô giúp đỡ dẫn thêm để phát triển luận văn này, đưa vào áp dụng để mang lại nhiều đóng góp thực tế Tóm tắt nội dung luận văn Định hướng: Thiết kế phân tích hệ thống dự án mái nhà 1,1MWp, tập trung vào hiệu kinh tế việc lắp đặt hệ thống thực tế Sử dụng phương pháp mơ để đánh giá lợi ích lượng mặt trời Mục tiêu: Thiết kế phân tích hệ thống dự án mái nhà 1,1MWp, tập trung vào hiệu kinh tế việc lắp đặt hệ thống thực tế Sử dụng phương pháp mô để đánh giá lợi ích lượng mặt trời Ngồi ra, tìm giải pháp để tích hợp lượng mặt trời áp mái vào lưới điện phân phối cách linh hoạt tin cậy, đồng thời tối ưu hóa hiệu kinh tế việc sử dụng lượng mặt trời Việt Nam Phương pháp: Sử dụng phương pháp mô chi tiết để phân tích kết đưa lời khuyên sử dụng lượng mặt trời Chú trọng đến tính tốn hiệu kinh tế đầu tư khai thác Luận văn phân tích đồ thị điện áp hai lộ 373 374 Hương Khê có tích hợp điện mặt trời phân tán Với kết phân tích, luận văn đưa hai giải pháp để cải thiện chất lượng điện áp Đầu tiên, luận văn nghiên cứu đề xuất hạ điện áp vận hành máy biến áp trung gian từ 37,5 kV 36,5 kV từ đến 18 Thứ hai đề xuất cắt giảm công suất phát điện mặt trời phân tán buổi trưa Hạn chế: Chưa thể lập trình mơ hịa lưới thơng minh với đầy đủ chức Đối với định hướng phát triển mở rộng sau hướng tới việc cải thiện điện áp sóng hài hịa lưới thơng minh Cùng với liệu thu thập chưa đầy đủ vấn đề kỹ thuật Luận văn tập trung vào tình hình Hương Khê nên khơng phản ánh tình hình chung Việt Nam Đề xuất cắt giảm công suất phát điện mặt trời phân tán gây khó khăn lớn kinh tế cho chủ đầu tư Kết luận: Luận văn góp phần nêu lên vai trò thực tế phát triển nguồn lượng Việt nam vấn đề kỹ thuật liên quan đến hệ thống lượng mặt trời tính tốn hiệu kinh tế đầu tư khai thác Luận văn đưa giải pháp cắt giảm công suất phát điện mặt trời phân tán để cải thiện chất lượng điện áp lưới điện phân phối Tuy giải pháp áp dụng để cải thiện vấn đề xảy lưới, biện pháp tạm thời, gây khó khăn lớn kinh tế cho chủ đầu tư MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý lựa chọn đề tài 1.2 Mục đích 1.3 Đối tượng 1.4 Phạm vi 1.5 Kết luận CHƯƠNG BỐI CẢNH, TIỀM NĂNG, LỢI ÍCH PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT Ở VIỆT NAM 2.1 Bối cảnh, Điều kiện tự nhiên, Hiện trạng Việt Nam 2.2 Tiềm phát triển 2.3 Lợi ích phát triển CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI 3.1 Điện mặt trời 3.1.1 Pin mặt trời 3.1.2 Nền tảng lý thuyết 10 3.1.3 Vật liệu cấu thành hiệu suất hoạt động 11 3.1.4 Hiệu ứng quang điện 12 3.1.5 Mơ hình tốn đặc tính làm việc pin mặt trời 14 3.1.6 Mảng PV 16 3.1.7 Hệ thống pin mặt trời 17 3.2 Hệ thống nối lưới 19 3.2.1 Cấu trúc hệ thống PV nối lưới 19 3.2.2 Tiêu chuẩn nối lưới hệ thống PV nối lưới 22 3.2.3 Nhận xét 23 3.3 Ảnh hưởng lên lưới điện 23 3.3.1 Đặc tính làm việc 23 3.3.2 Tác động liên quan đến điện áp 25 3.3.3 Tác động tới hệ thống bảo vệ 29 3.4 Các loại hệ thống 29 3.4.1 Hệ thống hoà lưới - hoà lưới bám tải 29 3.4.2 Hệ thống hoà lưới bám tải có lưu trữ (Hybrid) 30 3.4.3 Hệ thống độc lập 31 3.5 Hệ thống điện mặt trời áp mái dự án Công ty TNHH MTV Điện lực Viễn Thông Hà Nội 32 3.5.1 Khung đỡ pin mounting 32 3.5.2 Pin lượng mặt trời 34 3.5.3 Inverter 37 3.5.4 Dây cáp điện 37 3.5.5 Hệ thống thu sét, tiếp địa 38 3.5.6 Tủ điện 38 3.5.7 Trạm biến áp 39 3.5.8 Máng cáp 39 3.5.9 Hệ thống rửa pin 40 3.6 Phân tích thiết kế hệ thống 40 3.6.1 Các phần mềm phổ biến 40 3.6.2 Phân tích thiết kế hệ thống 41 3.6.3 Thông tin hệ thống sau mô 48 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN TỚI CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 54 4.1 Các tiêu chuẩn chất lượng điện áp quốc tế Việt Nam 54 4.1.1 Các tiêu chất lượng điện áp quốc tế Việt Nam 54 4.2 Hiện trạng chất lượng điện áp lưới điện phân phối Hà Tĩnh 66 4.2.1 Khảo sát trạng hệ thống điện 66 4.2.2 Tình hình liệu thu thập 67 4.2.3 Điện áp thấp năm 2020 72 4.2.4 Điện áp thấp năm 2021 73 4.3 Đồ thị điện áp 78 4.3.1 Lưới điện 78 4.3.2 Lưới điện tích hợp hệ thống điện mặt trời 79 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn điện mặt trời phân tán đến lưới phân phối trung áp 373, 374E18.8 Hương Khê 82 4.4.1 Trường hợp lưới điện chưa tích hợp nguồn điện mặt trời 82 4.4.2 Trường hợp lưới tích hợp nguồn điện mặt trời 88 4.5 Giải pháp cải thiện chất lượng điện áp 101 4.5.1 Hạ điện áp vận hành cao điểm điện mặt trời 101 4.5.2 Cắt giảm công suất phát điện mặt trời cao điểm 105 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤC LỤC 110 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Hình ảnh điện mặt trời áp mái Hình 2-1 Bản đồ tiền Điện mặt trời Việt Nam (Nguồn: World Bank) Hình 2-2 Phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam Hình 2-3 Các nguồn lượng Việt Nam năm 2020 2030 Hình 2-4 Lợi ích từ hệ thống điện mặt trời áp mái Hình 2-5 Các lợi ích chi tiết (Nguồn: Sơ lược hệ thống điện mặt trời – EVNCPC) Hình 3-1 Phần tử bán dẫn cấu thành pin mặt trời Hình 3-2 Cấu tạo Pin mặt trời (Nguồn: Internet) 11 Hình 3-3 Hệ mức lượng 12 Hình 3-4 Các vùng lượng 13 Hình 3-5 Nguyên lý hoạt động Pin mặt trời 14 Hình 3-6 Sơ đồ thay modul PV 14 Hình 3-7 Biểu đồ Quan hệ I(U) P(U) PV 15 Hình 3-8 Nối tiếp modul PV 16 Hình 3-9 Nối song song modul PV 17 Hình 3-10 Nối hỗn hợp modul PV 17 Hình 3-11 Sơ đồ phận xác định điểm công suất phát cực đại cho hệ thống pin lượng mặt trời 18 Hình 3-12 Hệ thống mặt trời nối lưới 19 Hình 3-13 Sơ đồ hệ thống nối lưới 19 Hình 3-14 Sơ đồ cấu hình hệ thống PV nối lưới 20 Hình 3-15 Biến động cơng suất PV 24 Hình 3-16 Dịng cơng suất ngược từ PV nguồn 24 Hình 3-17 Tải mặt nạ - khác tải đo tải gốc ngày 25 Hình 3-18 Đồ thị so sánh điện áp hệ thống 26 Hình 3-19 Ảnh hưởng PV lượng mặt trời lên điện áp đường dây 26 Hình 3-20 Bộ điều chỉnh điện áp đường dây 27 Hình 3-21 Tác động PV lượng mặt trời lên điều chỉnh điện áp 27 Hình 3-22 Ví dụ TOV thời gian loại bỏ tải 28 Hình 3-23 Minh họa áp tức thời 28 Hình 3-24 Hệ thống điện mặt trời hồ lưới bám tải (Nguồn: EVNCPC) 30 Hình 3-25 Hệ thống điện mặt trời hồ lưới bám tải có hệ thống lưu trữ (Nguồn: EVNCPC) 31 Hình 3-26 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Nguồn: EVNCPC) 31 Hình 4-18 Đồ thị điện áp ngã rẽ Hà Linh – Phương Mỹ sau cải thiện chất lượng điện áp Quay trở lại Hình 4-29, có giải pháp hạ hẳn nấc phân áp cố định 36,5kV (thay 37,5kV) trước có thâm nhập nguồn điện phân tán Tuy nhiên, khung PVs, điện áp thấp nút cuối đường dây Để đảm bảo cho phát triển phụ tải tương lai giảm tổn thất điện năng, ta nên điều chỉnh nấc phân áp máy biến áp 35/110kV luận văn đề xuất Tuy nhiên, thực tế cho thấy có nhiều xuất tuyến khác kết nối với bên thứ cấp trạm biến áp trung gian Vì ta hạ nấc phân áp trạm biến áp 110/35kV cải thiện điện áp lộ 373E18.8 mà mong muốn Nhưng lộ chung trạm mà khơng có PV sản lượng PV thấp bị sụt áp vi phạm tiêu chuẩn lưới điện Thế nên giải pháp hạ nấc phân áp máy biến áp nguồn điện phân tán thay cho giải pháp hạ nấc phân áp trạm biến áp trung gian để phù hợp điện áp lưới điện giải pháp thay đề xuất 104 4.5.2 Cắt giảm công suất phát điện mặt trời cao điểm Trong giải pháp này, mục tiêu luận văn xét đến kịch phần hệ thống điện mặt trời gặp cố cần bảo trì Luận văn xét tới việc kết nối 100% công suất khả phát điện mặt trời vào lưới điện Hương Khê, dựa vào đồ thị điện áp số nút điển hình lộ 373 (như thể Hình 4-32) để so sánh tiêu điện áp trước sau cắt giảm công suất điện mặt trời Hình 4-32 Đồ thị điện áp số nút lộ 373 với 100% công suất khả phát PVs 4.5.2.1 Cắt giảm 50% công suất điện mặt trời Từ Error! Reference source not found ta thấy, công suất phát PVs lớn gấp 3-4 lần công suất tiêu thụ phụ tải, vào thời điểm từ đến 17h Với mục tiêu cắt giảm 50% công suất phát điện mặt trời, luận văn thử nghiệm đưa đề xuất cắt vào khung từ 8h đến 16h ngày Với tổng công suất khả dụng phát PVs sau cắt giảm 50% tổng công suất 6400 kW Luận văn thu đồ thị điện áp số nút điển hình lộ 373, thể Hình 4-34 Có thể thấy điện áp nút 146 57 trục chính, nút 13 ngã rẽ Hà Linh – Phúc Đồng cải thiện đáng kể khung cao điểm PVs Đỉnh điện áp vào lúc 12 trưa gần 105 1,1Uđm đưa mức điện áp xấp xỉ khoảng 1.08Uđm đến 1,085Uđm Khi ta có khoảng cách dao động điện áp dự trữ gần 0,2Uđm để tăng độ ổn định điện áp cho trường hợp công suất phụ tải dao động Hình 4-33 Đồ thị điện áp số nút điển hình lộ 373 cắt giảm 50% cơng suất phát PVs 4.5.2.2 Cắt giảm 70% công suất điện mặt trời Hình 4-34 Đồ thị điện áp số nút điển hình lộ 373 cắt giảm 70% công suất phát PVs Tương tự mục trên, đồ thị điện áp nút 146 57 trục chính, nút 13 ngã rẽ Hà Linh – Phúc Đồng cải thiện đáng kể khung cao điểm PVs Với mức cắt giảm cơng suất này, điện áp có độ dự trữ dao động tốt so với giải pháp cắt giảm 50% công suất phát PVs 106 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Từ luận văn trên, ta kết luận luận: x Luận văn tập trung vào thiết kế phân tích hệ thống dự án mái nhà 1,1MWp đưa giải pháp tích hợp lượng mặt trời áp mái vào lưới điện phân phối cách linh hoạt tin cậy x Luận văn nhấn mạnh vào tính tốn hiệu kinh tế đầu tư khai thác x Đã thực việc lập trình mơ cho hịa lưới thông minh với đầy đủ chức x Luận văn có ý nghĩa quan trọng việc thúc đẩy phát triển lượng mặt trời Việt Nam cung cấp giải pháp để cải thiện chất lượng điện áp lưới điện phân phối x Đối với cá nhân, thực luận văn giúp học viên có nhiều kinh nghiệm quý báu nâng cao kỹ tìm kiếm tài liệu, tổng hợp thơng tin kỹ trình bày 107 CHƯƠNG 6: [1] TÀI LIỆU THAM KHẢO O Gandhi, W Zhang, C D Rodriguez-Gallegos, D Srinivasan, and T Reindl, “Continuous optimization of reactive power from PV and EV in distribution system,” IEEE PES Innov Smart Grid Technol Conf Eur., pp [2] 281–287, 2016, doi: 10.1109/ISGT-Asia.2016.7796399 M Zeraati, M E H Golshan, and J M Guerrero, “Voltage Quality Improvement in Low Voltage Distribution Networks Using Reactive Power Capability of Single-Phase PV Inverters,” IEEE Trans Smart Grid, [3] vol 10, no 5, pp 5057–5065, 2018, doi: 10.1109/TSG.2018.2874381 T Aziz and N Ketjoy, “PV Penetration Limits in Low Voltage Networks and Voltage Variations,” IEEE Access, vol 5, pp 16784–16792, 2017, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2747086 [4] O Gandhi, D S Kumar, C D Rodríguez-Gallegos, and D Srinivasan, “Review of power system impacts at high PV penetration Part I: Factors limiting PV penetration,” Sol Energy, vol 210, no July, pp 181–201, [5] [6] 2020, doi: 10.1016/j.solener.2020.06.097 D Sampath Kumar, O Gandhi, C D Rodríguez-Gallegos, and D Srinivasan, “Review of power system impacts at high PV penetration Part II: Potential solutions and the way forward,” Sol Energy, vol 210, no February, pp 202–221, 2020, doi: 10.1016/j.solener.2020.08.047 H Sugihara, K Yokoyama, O Saeki, K Tsuji, and L Member, “Economic and Efficient Voltage Management Using Customer-Owned Energy Storage Systems in a Distribution Network With High Penetration [7] of Photovoltaic Systems,” Ieee Trans Power Syst., vol 785, pp 1–10, 2012, doi: 10.1109/TPWRS.2012.2196529 T Aziz and N Ketjoy, “Enhancing PV Penetration in LV Networks Using Reactive Power Control and On Load Tap Changer with Existing Transformers,” IEEE Access, vol 6, pp 2683–2691, 2017, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2784840 [8] [9] T T Ku, C H Lin, C S Chen, and C T Hsu, “Coordination of transformer on-load tap changer and pv smart inverters for voltage control of distribution feeders,” IEEE Trans Ind Appl., vol 55, no 1, pp 256– 264, 2019, doi: 10.1109/TIA.2018.2870578 S Ghosh, S Rahman, and M Pipattanasomporn, “Local distribution voltage control by reactive power injection from PV inverters enhanced with active power curtailment,” IEEE Power Energy Soc Gen Meet., vol 108 2014-Octob, no October, 2014, doi: 10.1109/PESGM.2014.6939358 [10] S Ghosh, S Rahman, and M Pipattanasomporn, “Distribution Voltage Regulation Through Active Power Curtailment With PV Inverters and Solar Generation Forecasts,” IEEE Trans Sustain Energy, vol 8, no 1, pp 13–22, 2017, doi: 10.1109/TSTE.2016.2577559 [11] P Kumar, “A Review of Power Quality Problems, Standards and Solutions,” Int Res J Eng., vol 04, no 01, 2017 [12] B H Chowdhury, “Power Quality,” IEEE Potentials, vol 20, no 2, pp 5– 11, 2001, doi: 10.1109/45.954641 [13] “Thông tư 39/2015/TT-BCT Quy định hệ thống điện phân phối - Cơ sở liệu quốc gia VBQPPL - Bộ Công Thương.” [14] “IEC 60038:2009 | IEC Webstore | rural electrification, LVDC.” [15] D D Sabin and M H J Bollen, “Overview of IEEE Std 1564-2014 Guide for Voltage Sag Indices,” Proc Int Conf Harmon Qual Power, ICHQP, pp 497–501, 2014, doi: 10.1109/ICHQP.2014.6842753 [16] S IEEE, 1453-2015 - IEEE Recommended Practice for the Analysis of Fluctuating Installations on Power Systems IEEE, 2015 [17] S IEEE, “519-1992 IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems.” [18] T Bách, Lưới điện & Hệ thống điện Tập 1, 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2008 109 CHƯƠNG 7: PHỤC LỤC 7.1 Mô phần mềm PVSYST dự án ƒ 110 111 112 113 114 115 116 117 118