Mục tiêu nghiên cứu
Hệ thống pin năng lượng mặt trời được thiết kế từ các tấm pin đặt trên sườn núi, kết nối với lưới điện quốc gia nhằm cung cấp nguồn năng lượng sạch cho Khu kinh tế Nhơn Hội và các vùng lân cận Mục tiêu là cung cấp điện cho lưới điện truyền tải quốc gia, góp phần vào sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.
+ Khảo sát, phân tích, tính toán, thiết kế và đưa ra giả thiết về kinh tế cho dự án nhà máy điện mặt trời
Xác định số lượng và vị trí lắp đặt các thiết bị như tấm pin mặt trời, inverter, máy biến áp, dây dẫn và giá đỡ là bước quan trọng trong quá trình thiết kế nhà máy pin năng lượng mặt trời Việc lựa chọn từng loại thiết bị phù hợp sẽ tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo tính bền vững cho hệ thống.
Sử dụng phần mềm PVSyst và PSS/ADEPT để mô phỏng các thông số và sơ đồ nguyên lý, giúp tạo ra sơ đồ đấu nối dây và đánh giá kết quả cần thiết Qua đó, đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhà máy khi chưa kết nối và khi đã kết nối với lưới điện.
Phương pháp nghiên cứu
- Xây dựng nhà máy pin năng lượng mặt trời nối lưới tại Khu kinh tế Nhơn Hội.
- Nghiên cứu lý thuyết về năng lượng mặt trời, cấu tạo, nguyên lý làm làm việc
- Nghiên cứu cách chọn pin mặt trời, string combiner box, inverter, dây dẫn và giá đỡ cho hệ thống.
- Thực hiện khảo sát giá cả và chọn các thiết bị phù hợp nhất cho dự án.
- Mô phỏng hệ thống pin mặt trời nối lưới bằng phần mềm PVSyst và PSS/ADEPT.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển ngành công nghiệp năng lượng tái tạo, từ đó thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Thiết kế, tính toán và mô phỏng hoạt động của hệ thống khi kết nối với lưới điện quốc gia giúp đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, từ đó cung cấp cơ sở vững chắc cho quyết định đầu tư xây dựng.
Điện mặt trời nối lưới đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các khu vực đang trên đà phát triển và những nơi có tiềm năng, giúp giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng hiện nay.
Bố cục đề tài
1 Tổng quan về năng lượng tái tạo và nhà máy năng lượng mặt trời
2 Thông số tài nguyên khu vực và thông số yêu cầu của nhà máy điện mặt trời.
3 Tính toán công suất của hệ thống đưa ra số lượng thiết bị.
4 Tính nối lưới hệ thống điện quốc gia EVN và lựa chọn các thiết bị cho nhà máy.
5 Sử dụng các phần mềm PVSyst và PSS/ADEPT để so sánh với bảng tính tay và phân tích ảnh hưởng của nhà máy khi nối lưới.
6 Tính toán kinh tế và tính khả thi của dự án.
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4
Tổng quan về năng lượng mặt trời
Năng lượng tái tạo, hay còn gọi là năng lượng tái sinh, là nguồn năng lượng vô hạn từ các nguồn như năng lượng mặt trời, gió, thủy triều, sóng và địa nhiệt Trong số đó, năng lượng mặt trời đã được khai thác qua nhiều công nghệ tiên tiến, với điện mặt trời được sản xuất từ động cơ nhiệt và pin quang điện Phương pháp phổ biến nhất để thu nhận năng lượng mặt trời là sử dụng tấm năng lượng mặt trời.
Hình 2- 1: Nhà máy pin năng lượng mặt trời Fujiwara
Các thành phần chính trong nhà máy năng lượng mặt trời
+ Hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời.
+ Bộ chuyển đổi nguồn (Inverter).
+ Trạm biến áp trung thế.
+ Hệ thống trạm biến áp tăng áp.
+ Hệ thống giám sát và điều khiển nhà máy
+ Hệ thống đường dây truyền tải
Hình 2- 2: Cấu tạo nhà máy pin năng lượng mặt trời
Module PV được cấu tạo từ các tế bào quang điện đơn tinh thể hoặc đa tinh thể, có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện Các module PV này được kết nối nối tiếp thành chuỗi gọi là string PV, và sau đó nối song song để tạo thành dãy gọi là array PV, nhằm cung cấp điện áp và dòng điện phù hợp với yêu cầu của inverter Cấu trúc của Module PV bao gồm kính cường lực, khung nhôm, lớp màng EVA, các tế bào quang điện, tấm nền polymer phía sau, và hộp kết nối.
Hình 2- 3: Cấu tạo Module PV
Bảng 2- 1: So sánh ưu điểm và nhược điểm của các tấm pin
Loại pin mặt trời Ưu điểm Nhược điểm
Mono (đơn tinh thể) Hiệu suất cao nhất Giá thành cao
Poly (đa tinh thể) Hiệu suất cao
Giá thành phải chăng Hiệu quả và hiệu suất thấp hơn Mono Thin-film (màng mỏng) Trọng lượng nhẹ
Linh hoạt Hiệu quả và hiệu suất thấp nhất
Dựa trên bảng 2-1, việc lựa chọn loại pin cho nhà máy năng lượng mặt trời cần cân nhắc đến ưu điểm và nhược điểm của từng loại Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn rút ngắn thời gian hoàn vốn cho dự án.
Nhà máy điện năng lượng mặt trời thường có nhiều chuỗi pin PV, nhưng số cổng vào của inverter lại có giới hạn Để khắc phục tình trạng này, việc sử dụng hộp kết hợp chuỗi (string combiner box) là giải pháp tối ưu.
Inverter là thiết bị điện tử chuyển đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều (DC) hoặc dòng điện xoay chiều (AC) với tần số và pha nhất định thành dòng điện xoay chiều có tần số và pha khác Có bốn kiểu lắp đặt inverter phổ biến hiện nay.
+ Biến tần năng lượng mặt trời Micro
+ Biến tần năng lượng mặt trời chuỗi
+ Biến tần năng lượng mặt trời trung tâm
+ Biến tần năng lượng mặt trời tối ưu DC
2.2.4 Trạm biến áp trung thế hợp bộ
Hiện nay, các nhà máy điện năng lượng mặt trời được tối ưu hóa với trạm inverter tích hợp máy biến áp trung thế 0.6 kV/22 kV, giúp tiết kiệm diện tích xây dựng và giảm thiểu tổn hao điện áp Điều này không chỉ đảm bảo an toàn mà còn làm cho việc bảo trì trở nên dễ dàng hơn.
2.2.5 Máy biến áp truyền tải
Máy biến áp truyền tải có chức năng thay đổi điện áp từ trạm biến áp hợp bộ lên lưới điện truyền tải Chúng tôi đã chọn máy biến áp 63MVA để phù hợp với công suất biến đổi của nhà máy năng lượng mặt trời.
2.2.6 Hệ thống giá đỡ pin mặt trời
Hệ thống giá đỡ pin năng lượng mặt trời lắp trên mặt đất sử dụng các giá đỡ hoặc cột cắm dưới mặt đất để kết nối các tấm pin Phương pháp này cho phép điều chỉnh linh hoạt về hướng và góc nghiêng, tối ưu hóa sản lượng điện Quá trình lắp đặt hệ thống này an toàn và dễ dàng tiếp cận cho việc bảo trì sau này.
Hình 2- 4: Hệ thống giá đỡ pin năng lượng mặt trời
THÔNG SỐ TÀI NGUYÊN KHU VỰC DỰ ÁN 9
Tổng quát về vị trí lắp đặt nhà máy pin năng lượng mặt trời
3.1.1 Tiềm năng và vị trí lắp đặt của nhà máy pin năng lượng mặt trời
Việt Nam là nước đầy đủ những yếu tố và điều kiện tự nhiên thuận lợi để phát triển lĩnh vực năng lượng mặt trời
Bảng 3- 1: Số giờ nắng trung bình năm của Việt Nam theo từng khu vực
Vùng Giờ nắng trong năm Ứng dụng Đông Bắc 1600 - 1750 Trung bình
Tây Nguyên, Nam Trung Bộ 2000 - 2600 Rất tốt
Trung bình cả nước 1700 - 2500 Tốt
Khu vực Tây Nguyên và Nam Trung Bộ có số giờ nắng trung bình cao nhất trong năm, cho thấy tiềm năng lớn để phát triển các nhà máy điện năng lượng mặt trời.
3.1.2 Đặc điểm tự nhiên vị trí xây dựng nhà máy năng lượng mặt trời
Hình 3- 1: Vị trí địa lí khu vực lắp đặt từ Google Map
Hình 3- 2: Diện tích khu vực lắp đặt từ Google Earth
Hình 3- 3: Vị trí lắp đặt trên phần mềm PVsyst
Hình 3- 4: Dữ liệu khí hậu khu vực lắp đặt từ phần mềm PVsyst
Theo nghiên cứu, tỉnh Hậu Giang có trung bình 2.000 giờ nắng mỗi năm, với bức xạ trung bình đạt 1.123 kWh/m2/năm Trong đó, tháng 3 ghi nhận bức xạ trung bình cao nhất, trong khi tháng 9 có bức xạ trung bình thấp nhất.
Hình 3- 5: Số giờ nắng trên hệ thống khí tượng của Nasa
Các hình 3-3 và 3-4 thể hiện đặc điểm tự nhiên của bức xạ mặt trời, nhiệt độ trung bình, độ ẩm hàng năm, số giờ nắng trung bình cùng với các thông số kinh độ và vĩ độ của khu vực lắp đặt trong phần mềm PVsyst.
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ CHỌN
THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY ĐIỆN
Tính toán, thiết kế hệ thống cho nhà máy điện mặt trời
Bảng 4- 1: Tổng hợp số liệu khu vực lắp đặt
Nhà máy điện công suất 50 MW theo tiêu chuẩn IEC 60364-7-712; IEC 62446-1; IEC 61730 theo mô hình của CTY Cổ phần điện Sài Gòn Gia Định
2 Diện tích có thể lắp đặt: 900 000 m 2
3 Số giờ nắng trung bình năm: 6.7 giờ/ngày
4 Bức xạ mặt trời trung bình năm: 4.62 kWh/m 2 /ngày
5 Nhiệt độ trung bình năm: 27.1℃
4.1.1 Tính toán và lựa chọn modules pin PV cho nhà máy
Tính số modules PV bằng công thức: 113Equation Chapter 3 Section 1214Equation Chapter (Next) Section 1 cap modules PV
+ N modules PV : Số lượng tấm pin PV cho nhà máy điện mặt trời.
+ P Cấp : Công suất nhà máy điện năng lượng mặt trời (W).
+ P PV :Công suất của một tấm pin PV (W).
+ K: Hệ số dự phòng do quá trình truyền tải và ảnh hưởng bóng râm.
+ ƞ β : Hệ số suy giảm do ảnh hưởng góc nghiêng của tấm pin.
+ ƞ E : Hệ số tổn thất do ảnh hưởng cường độ bức xạ mặt trời.
+ ƞ T : Hệ số suy giảm do ảnh hưởng nhiệt độ môi trường.
Hệ số suy giảm do ảnh hưởng góc nghiêng của tấm pin:
Bức xạ mặt trời trên một mặt phẳng nghiêng với góc β = 13.8° và tấm pin hướng về phía Nam được tính theo công thức η = 1.03β, như đã nêu trong “Sổ tay điện mặt trời” của Nguyễn Trọng Thắng và Trần Thế San.
Hệ số tổn thất do ảnh hưởng cường độ bức xạ mặt trời:
Số giờ nắng trung bình trong một ngày:
Tngày = 6.7 (giờ/ngày) Tổng bức xạ trung bình trong ngày trên mă ºt phẳng ngang E:
E = 4,62 (kWh/m²/ngày)Tổng bức xạ trung bình trong một giờ trên mặt phẳng ngang E :tb tb E 4620 2
Hệ số tổn thất do ảnh hưởng cường độ bức xạ mặt trời :
Hệ số suy giảm do ảnh hưởng nhiệt độ môi trường: Ảnh hưởng về nhiệt độ làm việc của pin khi khác 25 :℃
T: Hệ số suy giảm của tấm pin do nhiệt độ khi khác nhiệt độ chuẩn là 25 ℃
Tc: Hiệu suất tấm pin ở nhiệt độ tiêu chuẩn 25℃ là 1.
Pc: Hệ số giảm hiệu suất theo nhiệt độ PC =0.0035/C (Bảng thông số tấm pin).
Nhiệt độ làm việc của tấm pin mặt trời trong các mùa nóng được tính bằng công thức T = t × 1.2, trong đó t là nhiệt độ trung bình năm Tại Qui Nhơn, nhiệt độ trung bình năm đạt 27.1℃ theo số liệu từ phần mềm PVsyst.
TC: Nhiệt độ tiêu chuẩn (25C).
K= kt.kp =1.21 (Hệ số dự phòng do quá trình truyền tải và ảnh hưởng bóng râm).
Số tấm pin PV cần lắp cho nhà máy điện năng lượng mặt trời:
Ta sử dụng 20 inverter mỗi inverter có 12 cổng với mỗi cổng có 31 string và mỗi string có 26 modules nên:
4.1.2 Lựa chọn tấm pin PV cho nhà máy điện
Hình 4- 1: Tấm pin FU 460 M SILK PRO 2021 (460W)
Tấm pin có các thông số như bảng sau:
Bảng 4- 2: Thông số tấm pin FU 460 M SILK PRO 2021 (460W)
Số Cell 144 cells monocrystalline Điện áp hở mạch Voc 49.90 V
Dòng ngắn mạch Isc 11.55 A Điện áp MPP Vmpp 41.71 V
Nhiệt độ hoạt động Tpv – 40°C ~ 85°C Điện áp hệ thống tối đa Vsys 1000 V/ 1500 V
Bảo hành 15 năm vật lý và 25 năm hiệu suất trên 87%
Chúng tôi đã chọn tấm pin FU 460 M SILK PRO 2021 với công suất 460W từ hãng FUTURASUN, nhờ vào công suất lớn của nhà máy Tấm pin này được sản xuất từ nguyên liệu monocrystalline cao cấp, với hiệu suất lên đến 21.16%, tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tại những khu vực có cường độ nắng yếu hoặc bị che khuất, bóng râm.
Tính toán, lựa chọn string combiner box và inverter
4.2.1 Tính toán lựa chọn string combiner box
Để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của inverter, cần tính toán số lượng tấm pin trong một String sao cho điện áp của String nằm trong khoảng từ 880V đến 1325V, đảm bảo inverter hoạt động hiệu quả nhất.
+ Điện áp của 1 modules PV V : 41.71Vmpp modules/string
Như vậy để thuận tiện trong việc phân bố ta chọn 1 string có 26 modules PV.
Hình 4- 2: Cấu tạo của String Combiner Box
Số lượng String của nhà máy điện mặt trời là:
Thông số của 1 string như sau:
Số lượng string combiner box của nhà máy điện năng lượng mặt trời: string string combiner box
Ta chọn string combiner box String Box 32B có 31 cổng kết nối và có cầu chì bảo vệ cũng như dòng điện phù hợp với dãy điện áp của inverter.
Bảng 4- 3: Thông số string combiner box String Box 32B Đầu vào
Dòng điện cực đại mỗi ngõ vào (A) 12
Số lượng cầu chì bảo vệ 64
Loại cầu chì gPV fuses, 10×85 mm, 30kA
Dòng điện DC cực đại 1500 Vdc
Giá trị dòng điện tổng (A) 384
Giá trị công tắc kết nối DC (A) 400
Giá trị bảo vệ IP65
Nhiệt độ làm việc -20℃ đến + 55℃
4.2.2 Tính toán lựa chọn inverter
Dòng điện của 1 SCB có 31 string kết nối đầu vào:
MERGEFORMAT (.) Dòng điện của 1 inverter có 12 cổng vào kết nối được với 12 SCB:
Imax 12 SCB = 341.93×12= 4103.16 A Mỗi inverter có 12 ngõ vào kết nối với 12 SCB nên với 18 inverter có 216 ngõ vào inverter tương đương 216 SCB
Chúng tôi khuyên bạn nên lựa chọn Inverter Sunny Central 4000 UP – US từ hãng SMA, với công suất 4000 kVA Sản phẩm này có 12 ngõ vào kết nối với 12 SCB, với điện áp cực đại lên đến 1500V và dòng điện cực đại đạt 4750A.
Hình 4- 3: Hình ảnh Inverter Sunny Central 4000 UP-US
Bảng 4- 4: Thông số kỹ thuật của Inverter Sunny Central 4000-UP-US Điện áp cực đại 1500 V
Biên độ MPP ở 25°C / 50°C 880~1325 V/1100 V Điện áp ngõ vào tối thiểu DC 849 V Điện áp khởi động DC 1030 V Điện áp hoạt động ngõ vào DC 927 V
Dòng điện ngõ vào cực đại 4750 A
Dòng điện ngắn mạch cực đại 6400 A
Số lượng ngõ vào DC 12; 24; 32
Công suất định danh cos = 1 ở 35°C/50°C 4000 kVA/ 3600kVA Công suất định danh cos = 0.8 ở 35°C/50°C 3200 kW/ 2880 kW Điện áp danh định; Khoảng điện áp định danh 600 V; 480 V – 720 V
Khối lượng; Độ ồn < 3700 kg; 67 dB
Khoảng nhiệt độ hoạt động -25 – 60°C
Kiểm tra lại: Điện áp và dòng điện của 1 inverter kết nối với 12 SCB:
Công suất nhà máy điện đạt được:
- Nhà máy năng lượng mặt trời cần 174096 modules pin PV 460W.
- Cần 216 SCB với 31 công kết nối các string.
- Với 1 string có 26 modules pin PV, nhà máy điện có 6696 string.
- Có 18 inverter cho toàn nhà máy với mỗi inverter có 12 ngõ kết nối 12 SCB.
- Mỗi inverter có công suất là 4000kVA tích hợp MBA hợp bộ 0.6kV/22kV.
- Công suất tối đa nhà máy đạt được là 50.45 MW.
Bảng 4- 5: Thông số điện áp và dòng điện của phía DC
Vị trí Số lượng Kết nối Dòng điện (A) Điện áp (V)
String 26 module Nối tiếp 11.03 1084.46 Đầu vào SCB 1 string 11.03 1084.46 Đầu ra SCB 31 string Song song 341.93 1084.46 Đầu vào 1 cổng Inverter 1 SCB 341.93 1084.46 Đầu vào 12 cổng Inverter 12 SCB Song song 4103.16 1084.46
Trạm biến áp trung thế hợp bộ
Hình 4- 4: Máy biến áp hợp bộ và inverter MV Power Station 4000-S2-US
Máy biến áp hợp bộ Medium Voltage Power Station 4000, model MVPS-4000-S2-US của hãng SMA, được tích hợp với Inverter Sunny Central 4000-UP-US, cung cấp các cấp bảo vệ cần thiết để đáp ứng đầy đủ các thông số cơ bản của inverter Sản phẩm này có nhiều cấp điện áp khác nhau, phù hợp với nhiều loại lưới điện và tải tiêu thụ.
Bảng 4- 6: Thông số kỹ thuật Medium Voltage Power Station 4000-S2-US
Loại inverter được tích hợp sẵn 1xSC 4000-UP-US
1xSCS 3450-UP-US 1xSCS 3450-UP-XT-US Điện áp ngõ vào tối đa 1500V
Dòng điện ngõ vào tối đa 4750A
Output Công suất tiêu chuẩn cosφ=1 ở 25-35 /40-℃
50℃ 4000kVA/3600kVA Điện áp AC danh định ngõ ra 12kV đến 34.5kV
Dòng AC tối đa ngõ ra ở 33kV 53 A
- Chịu độ ẩm từ 0% đến 95%
- Công suất tự dùng tối đa < 8.1kW, có tải thành phần < 1.8kW
- Kích thước W/H/D (chưa gồm thùng dầu): 6058mm/2896/2438mm
Máy biến áp truyền tải 63MW
Công suất điện có thể dao động cao hoặc thấp hơn 50MW tùy thuộc vào bức xạ và số giờ nắng so với giá trị trung bình Để truyền tải điện từ máy biến áp hợp bộ tích hợp inverter lên lưới điện quốc gia, chúng tôi đã chọn máy biến áp truyền tải 22/110kV – 63MVA của Tổng CTY thiết bị điện ĐÔNG ANH.
Bảng 4- 7: Thông số máy biến áp truyền tải 63MW
(kV) Khoảng điều chỉnh Điện áp thấp
Hình 4- 5: Máy biến áp truyên tải 63MW
Hình 4- 6: Sơ đồ máy biến áp truyền tải 63MW
Lựa chọn giá đỡ và tính góc nghiêng
Hệ thống giá đỡ pin năng lượng mặt trời lắp mặt đất PGT8 của MIBET được làm từ hợp kim nhôm chống ăn mòn, đảm bảo độ bền cao Với cấu trúc miếng đệm kép, sản phẩm này đáp ứng tốt các yêu cầu về độ cứng cơ học, mang lại hiệu suất tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời.
Bảng 4- 8: Thông số kỹ thuật của hệ thống giá đỡ theo nhà sản suất
Vị trí lắp đặt Nền
Cơ sở lắp đặt Cột hình chữ U
Tấm pin mặt trời phù hợp Tấm pin có khung và không có khung
Hướng lắp pin Lắp đặt phương ngang hoặc phương dọc
4.5.2 Xác định hướng và ngóc nghiêng
Để tối ưu hóa công suất cho hệ thống pin năng lượng mặt trời quy mô lớn, việc tính toán góc nghiêng, phương hướng và khoảng cách giữa các string pin PV là rất quan trọng trong quá trình thiết kế Dưới đây là bảng tính toán thứ tự ngày trong tháng, với n là số thứ tự ngày.
Bảng 4- 9: Bảng tính toán số thứ tự ngày trong tháng trong năm
Vào ngày 21 tháng 12, được xác định là ngày bắt đầu của Đông Chí (n = 365), Bắc Bán cầu nhận được lượng bức xạ mặt trời thấp nhất Để tính toán góc ngày δ, ta áp dụng công thức liên quan.
16416\* MERGEFORMAT (.)Trong đó T là giờ trong ngày.
Hình 4- 7: Khoảng cách giữa hai giá đỡ
Sau khi có được góc ngày δ và góc giờ ω, ta tính góc cao độ mặt trời: sinα = sin f×sinδ +cos f×cosδ×cosω 17417\* MERGEFORMAT (.)
Vĩ độ địa điểm theo PVsyst được xác định là Φ = 13.8 Công thức tính khoảng cách (Y) giữa điểm cao nhất của hàng pin trước và điểm thấp nhất của hàng pin sau, cùng với chiều dài của tấm pin theo phương nằm ngang (b), được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.
Y = tan(α) 18418\* MERGEFORMAT (.) Chiều dài tấm pin theo phương nằm ngang: b = cos(β)×W = cos(11 )×2094 = 2055.5 2056o 19419\* MERGEFORMAT (.)
Chiều dài tấm pin trên một string là 2094 mm, với góc nghiêng của pin PV là 11° Để tính toán khoảng cách giữa hai hàng pin, cần xác định góc cao độ của mặt trời vào thời điểm chọn, từ 8 giờ sáng đến 16 giờ chiều ngày 21 tháng 12.
Bảng 4- 10: Bảng tính cách khoảng cách giữa 2 hàng pin
Thời điểm trong ngày Góc giờ ω
(°) Góc cao độ mặt trời α (°) Khoảng cách giữa 2 hàng pin (m)
Để đảm bảo lượng bức xạ mặt trời tối ưu trong năm, khoảng cách giữa các hàng pin nên được thiết kế theo yêu cầu Y = 1.07m Tuy nhiên, để thuận tiện cho quá trình thiết kế và lắp đặt, chúng ta lựa chọn khoảng cách Y = 1.1m.
CHỌN DÂY DẪN, TÍNH SỤT ÁP, TÍNH NGẮN MẠCH, CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ, TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT VÀ HOÀ LƯỚI 24
Chọn dây dẫn
2015Equation Chapter (Next) Section 1Chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC 60364-5- 52: 2009:
- I : Dòng điện định mức của tải.B
- I’ : Dòng điện của dây dẫn.B
- k : Hệ số suy giảm theo nhiệt độ của không khí 1
- k : Hệ số suy giảm theo nhiệt độ của đất.2
- k : Hệ số suy giảm theo điện trở suất của đất - Đất rất ướt: 1.21; Đất ướt: 1.13; Đất3 ẩm: 1.05; Đất khô: 1.0; Đất rất khô: 0.86.
- k : Hệ số suy giảm do số mạch ( Do có 1 mạch nên k = 1) 4 4
- k : Hệ số suy giảm do sóng hài - Giả thiết 15% sóng hài ( k = 1).5 5
Theo tiêu chuẩn IEC 62930:2017 Đoạn dây dẫn nối tấm pin PV:
Chúng tôi chọn dây dẫn 16 AWG 1.5mm do nhà sản xuất tấm pin cung cấp nhằm tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả kết nối giữa các tấm pin.
+ S = 1.5 mm ; Đầu nối cáp: MC4 2 Đoạn dây dẫn từ các string đến SCB:
Các đoạn dây dẫn từ các string đến SCB nên ta chọn phương pháp đi dây kiểu D nguồn [CITATION Sch13 \l 1033 ]:
Thông số của SCB : In CB/string = 12 A; V = 1500V
Thông số của 1 string PV: I string = 11.03 A; I sc, string = 11.55 A; V string = 1042.75 V
- k : Nhiệt độ của đất giả sử là 35°C nên k = 0.89.2 2
Vậy từ công thức (5.1) ta có:
Theo tiêu chuẩn IEC, ta chọn dây cáp điện như sau:
+ Cáp có 1 lõi, lõi đồng Cu và 2 lớp cách điện XLPE.
+ S = 1.5 mm ; I = 26A > 12.39 A (Thoả) 2 L Đoạn dây dẫn từ SCB đến inverter
Các đoạn dây dẫn từ SCB đến Inverter được thiết kế theo phương pháp đi dây trong ống dẫn hoặc máng trong đất kiểu D Inverter có thông số I sc,DC là 6400 A, I max,DC là 4750 A và V max,DC đạt 1500V SCB có thông số I max SCB bằng 31 lần I string, cụ thể là 31 × 11.03, tương đương 341.93 A.
- k : Nhiệt độ của đất giả sử là 35°C nên k = 0.89.2 2
Vậy từ công thức (5.1) ta có:
Theo tiêu chuẩn IEC, ta chọn dây cáp điện như sau:
+ Cáp có 1 lõi, lõi đồng Cu và 2 lớp cách điện XLPE.
Bảng 5- 1: Bảng tổng kết dây dẫn DC Đoạn dây Tiết diện
Nối các tấm pin PV 1.5 PVC/PVC 1 Cu 19.5
Nối các string với SCB 1.5 XLPE/XLPE 1 Cu 26
Nối SCB với Inverter 240 XLPE/XLPE 1 Cu 419
Để đảm bảo an toàn cho đầu ra của các trạm biến thế hợp bộ với điện áp cao, việc sử dụng tủ bảo vệ trung thế là cần thiết Bên cạnh đó, do điện áp truyền tải lớn, chúng ta cần lựa chọn dây dẫn AC có thêm dây trung tính và dây PEN/PE Dây trung tính cho từng thiết bị trong từng nhóm cũng cần được chọn lựa kỹ lưỡng.
PE pha Đoạn dây dẫn nối từ máy biến áp hợp bộ tích hợp Inverter đến tủ bảo vệ trung thế:
Các đoạn dây dẫn từ máy biến thế hợp bộ đến tủ bảo vệ trung thế được lựa chọn dựa trên phương pháp đi dây trong đất kiểu D.
Ta có dòng điện tối đa từ 1 máy biến áp hợp bộ:
- S1 MHB: Công suất của máy biến áp hợp bộ (kVA).
- V1 MHB: Điện áp máy biến áp hợp bộ (kV).
- k : k = 0.89 - (Giả thiết nhiệt độ của đất 35 theo IEC).2 2 ℃
Vậy từ công thức (5.1) ta có:
Theo tiêu chuẩn IEC, ta chọn dây cáp điện như sau:
+ Cáp có 1 lõi, lõi đồng Cu và 2 lớp cách điện XLPE.
Các đoạn dây dẫn nối từ tủ bảo vệ trung thế đến máy biến áp truyền tải được chọn theo phương pháp đi dây trong đất kiểu D, với thông số S = 25 mm và dòng điện I = 121 A, đáp ứng yêu cầu tối thiểu là 117.04 A.
Dòng điện tối đa từ một máy biến áp hợp bộ là 104.97 A Nhà máy sử dụng 18 inverter, tương đương với 18 máy biến áp hợp bộ Do đó, dòng điện mà tủ bảo vệ trung thế (TBV) phải chịu cho 3 đến 4 máy biến áp hợp bộ.
Vậy ta có 5 tủ bảo vệ trung thế (3 tủ cho 4 MHB và 2 tủ cho 3MHB) cho 18 máy biến áp hợp bộ.
Dây dẫn cho tủ bảo vệ trung thế nối 4 MHB:
- k : k = 0.89 - (Giả thiết nhiệt độ của đất 352 2 ℃ theo IEC).
Theo tiêu chuẩn IEC, ta lựa chọn dây:
+ Cáp có 1 lõi, lõi đồng Cu và 2 lớp cách điện XLPE.
Dây dẫn cho tủ bảo vệ trung thế nối 3 MHB:
+ Cáp có 1 lõi, lõi đồng Cu và 2 lớp cách điện XLPE.
Bảng 5- 2: Bảng tổng kết dây dẫn AC Đoạn dây Tiết diện mm 2 Lớp cách điện Số lõi Vật liệu lõi I L
Máy biến áp hợp bộ đến tủ bảo vệ trung thế 25 XLPE/XLPE 1 Cu 121
Tủ bảo vệ trung thế 4MHB đến máy biến áp truyền tải 300 XLPE/XLPE 1 Cu 474
Tủ bảo vệ trung thế 3MHB đến máy biến áp truyền tải 185 XLPE/XLPE 1 Cu 363
Tính sụt áp cho dây dẫn DC và dây dẫn AC
Bảng 5- 3: Công thức tính sụt áp theo tiêu chuẩn IEC
1 pha : pha/pha ΔU=2I (Rcosφ+Xsinφ)LB n
1 pha: pha/trung tính ΔU=2I (Rcosφ+Xsinφ)LB n
(có hoặc không có trung tính) ΔU= 3I (Rcosφ+Xsinφ)L B n
+ I : Dòng điện làm việc lớn nhất (A)B
+ L: Chiều dài của dây dẫn (km)
+ R: Điện trở của dây dẫn (Ω/km) Vì là dây đồng nên
22.5 Ω mm /km R= S (mm ) + X: Cảm kháng của dây dẫn, lấy X = 0.08 Ω/km (ta bỏ qua X khi S < 50 mm ) 2 + φ: Góc lệch pha giữa điện áp và dòng trên dây dẫn.
Khi ở chế độ bình thường cos φ = 0.8.
5.2.1 Tính sụt áp phía DC
Chúng tôi có một chuỗi với 26 module, trong khi SCB có tổng cộng 31 cổng kết nối Do đó, chúng tôi đã đặt SCB ở vị trí trung tâm để thuận tiện cho việc tính toán và quá trình thi công.
Bố trí cho một SCB như hình sau:
Hình 5- 1: Sơ đồ bố trí 31 sring trong một SCB
Tính sụt áp từ string 1 trong 1 SCB bố trí theo hình 5-1 :
+ Khi làm việc ở điều kiện bình thường: cos φ = 0.8 → sin φ = 0.6 ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Tính sụt áp từ string 2 trong 1 SCB bố trí theo hình 5-1:
+ Khi làm việc ở điều kiện bình thường: cos φ = 0.8 → sin φ = 0.6
Ta có: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Chi tiết sụt áp tại bảng PL1-1. Đoạn dây dẫn nối từ SCB đến Inverter
Hình 5- 2: Sơ đồ phân bố 12 SCB cho một Inverter
Tính sụt áp từ SCB 1 đến Inverter theo bố trí của hình 5-2: + I = 341.93 AB
+ Khi làm việc bình thường cos φ = 0.8→ sinφ = 0.6
Ta có: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Tính sụt áp từ SCB 2 đến Inverter theo bố trí của hình 5-2: + I = 341.93 AB
Ta có: ΔU= 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Chi tiết sụt áp tại bảng PL1-2.
5.2.2 Tính sụt áp phía AC
Bố trí 18 inverter thành 4 hàng theo thứ tự, gồm 1 hàng 3 inverter và 3 hàng 5 inverter Trạm bảo vệ trung thế được đặt ở giữa, với 5 tủ bảo vệ trung thế bên trong để thuận tiện cho tính toán, thiết kế và thi công, như hình 5-3 minh họa.
Hình 5- 3: Sơ đồ bố trí và kết nối dây dẫn từ Inverter tới máy biến áp truyền tải
Tính sụt áp từ khu tổ hợp Inverter 1 đến tủ bảo vệ trung thế: + I = 104.97 AB
+ Dòng khởi động I thường lớn hơn dòng làm việc từ 4 tới 7 lần nên ta chọnkđ
+ Khi làm việc bình thường cosφ = 0.8→sinφ = 0.6+ Khi khởi động: cosφ = 0.35→sinφ = 0.94 Khi làm việc bình thường: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Khi khởi động: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Tính sụt áp từ khu tổ hợp Inverter 2 đến tủ bảo vệ trung thế: + I = 104.97 AB
Khi làm việc bình thường: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Khi khởi động: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Tính sụt áp từ tủ bảo vệ trung thế 3 MHB đến máy biến áp truyền tải + I = 314.91 AB
+ Có dòng khởi động I thường lớn hơn dòng làm việc từ 4 tới 7 lần nên ta chọn:kđ
+ Khi làm việc bình thường: cosφ = 0.8→sinφ = 0.6
+ Khi khởi động: cosφ = 0.35→ sinφ = 0.94
Khi làm việc bình thường: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Khi khởi động: ΔU= 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Tính sụt áp từ tủ bảo vệ trung thế 3 MHB đến máy biến áp truyền tải: + I = 419.88 AB
+ Dòng khởi động I thường lớn hơn dòng làm việc từ 4 tới 7 lần nên ta chọn:kđ
+ Khi làm việc bình thường: cosφ = 0.8→ sinφ = 0.6
+ Khi khởi động: cosφ = 0.35→ sinφ = 0.94
Khi làm việc bình thường: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Khi khởi động: ΔU = 2I×(Rcosφ+Xsinφ)×LB
Chi tiết sụt áp tại bảng PL1-3 và bảng PL1-4.
Tính ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ
Mục tiêu chính của việc tính toán ngắn mạch là xác định dòng điện xảy ra khi có sự cố trong hệ thống điện Điều này giúp lựa chọn các thiết bị bảo vệ phù hợp cho từng thiết bị khi gặp sự cố, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho toàn bộ hệ thống.
Bảng 5- 4: Các dạng ngắn mạch và xác suất xảy ra của từng dạng nguồn
Dạng ngắn mạch Xác suất xảy ra %
5.3.1 Phương pháp tính ngắn mạch
Công thức tính toán ngắn mạch: sc N SC
+ S : Công suất định mức của MBA (kVA).đm
+ U : Điện áp phía thứ cấp không tải (W).20
+ I : Dòng điện ngắn mạch (A).sc
+ U : % điện áp ngắn mạch của MBA.sc
Ngắn mạch tại một điểm bất kì: sc 20 T
+ U : Điện áp phía thứ cấp khi không tải.20
+ Z : Tổng trở của mỗi pha đến điểm ngắn mạch.T
Ngắn mạch ở máy biến áp 0.6/22kV SMA MVPS-4000-UP-US của trạm hợp bộ là:
- Tổn hao không tải P : 4 kW.o
- Tổn hao ngắn mạch P : 40 kW.k
- Tổn hao công suất trung bình tự dùng: 2 kW
- Tổn hao điện áp ngắn mạch U : 6%.SC ủm MBA 0.6/22kV
Dòng ngắn mạch tại máy biến áp 0.6/ 22kV là: sc MBA 0.6/22kV N
Ngắn mạch ở máy biến áp truyền tải 63MVA.
- Tổn hao không tải P : 30 kW.o
- Tổn hao ngắn mạch P : 210 kWk
- %Tổn hao điện áp ngắn mạch U : 11%.k ủm MBA 63MVA
Dòng ngắn mạch máy biến áp truyền tải 63MVA: sc MBA 22/110kV N k
Ngắn mạch tại điểm nút trung thế khu vực inverter 1:
+ Máy biến áp 0.6/22kV có R:
+ Máy biến áp 0.6/22kV có Z:
MBA 0.6/22kV ủm MBA 0.6/22kV
61661\* MERGEFORMAT (.) + Máy biến áp 0.6/22kV có X:
+ Máy biến áp truyền tải 63MVA có R:
+ Máy biến áp truyền tải 63MVA có Z:
MBA 63MVA ủm MBA 63MVA
64664\* MERGEFORMAT (.) + Máy biến áp truyền tải 63MVA có X:
+ Đoạn dây từ máy biến áp hợp bộ 0.6/22kV đến tủ bảo vệ trung thế có R: ủd MHB 1-TBV
+ Đoạn dây từ máy biến áp hợp bộ đến tủ bảo vệ trung thế có S < 50 mm nên X: 2 ủd MHB 1-TBV
+ Đoạn dây từ máy biến áp truyền tải đến tủ bảo vệ trung thế có R: đd MBA truyền tải-TBV
+ Đoạn dây từ máy biến áp truyền tải đến tủ bảo vệ trung thế có X: đd MBA truyền tả i-TBV ×L
+ Tổng điện kháng và điện trở khi ngắn mạch tại nút 22kV inverter 1:
T 1 MBA 0.6/22kV MBA 63MVA đd 1 đd MBA truyề n tả i-TBV
T 1 MBA 0.6/22kV MBA 63MVA đd 1 đd MBA truyề n tả i-TBV
Dòng ngắn mạch tại nút 22kV khu vực inverter 1: sc 1 2 20 2 2 2
Ngắn mạch tại điểm nút trung thế khu vực inverter 4:
+ Đoạn dây từ máy biến áp hợp bộ 0.6/22kV đến tủ bảo vệ trung thế có R: ủd MHB 4-TBV
+ Đoạn dây từ máy biến áp hợp bộ đến tủ bảo vệ trung thế có S < 50 mm nên X: 2 ủd MHB 4-TBV
+ Đoạn dây từ máy biến áp truyền tải đến tủ bảo vệ trung thế có R: đd MBA truyền tả i-TBV ×L
+ Đoạn dây từ máy biến áp truyền tải đến tủ bảo vệ trung thế có X: đd MBA truyền tả i-TBV ×L
+ Tổng điện kháng và điện trở khi ngắn mạch tại nút 22kV inverter 4:
T 4 MBA 0.6/22kV MBA 63MVA đd 4 đd MBA truyề n tả i-TBV
T 4 MBA 0.6/22kV MBA 63MVA đd 4 đd MBA truyền tả i-TBV
Dòng ngắn mạch tại nút 22kV khu vực inverter 4: sc 4 2 20 2 2 2
Bảng 5- 5: Bảng số liệu tính toán ngắn mạch tại nút 22kV ở các khu vực Kh u vực
Sau khi xác định điện trở và trở kháng của từng thành phần, chúng ta tiến hành tính toán tổng trở R và trở kháng X tại nút 22kV của nhà máy điện dựa trên bảng 5-5 Với các thông số điện trở và trở kháng đã có, chúng ta tiếp tục tính toán dòng ngắn mạch I và tổng dòng ngắn mạch Isc 18 MHB cho 18 máy hợp bộ bằng công thức 5.50, kết quả được trình bày trong bảng 5-6.
Bảng 5- 6: Bảng tính toán ngắn mạch tại nút 22kV ở các khu vực
5.3.3 Chọn thiết bị bảo vệ
Bảo vệ cho SCB được nhà cung cấp INGETEAM tích hợp có thông số mỗi
CB ứng với mỗi string.
Ta so sánh với thông số mỗi string như sau:
+ Imax CB/string = 12 A > Isc string = 11.55 A.
Thoả yêu cầu bảo vệ cho SCB.
Bảo vệ cho inverter được nhà cung cấp cho các loại cầu chì ở mỗi ngõ vào
DC như 200A, 250A, 315A, 350A, 400A, 500A Ở đây ta sẽ lựa chọn cầu chì 350 A so sánh lại:
+ IDC 1 fuse inverter = 350 A > Impp 31 string = 31 x 11.03 = 341.93 A.
Thoả yêu cầu bảo vệ cho inverter.
Thiết bị bảo vệ cho máy biến áp truyền tải 63MVA được chọn là Máy cắt không khí Schneider NW20H13D2 với thông số kỹ thuật 2000A và 65kA 3P Máy có điện áp định mức U là 24 kV, vượt qua điện áp định mức của hệ thống là 22 kV.
+ Dòng điện định mức I = 2000 A > Ir 18 MHB = 18×104.9789.46 A.
+ Dòng ngắn mạch định mức Ir, sc = 50 kA > Isc 18 MHB = 8056.50 A.
+ Dòng ngắn mạch định mức Ir, sc = 50 kA > Isc MBA 63 = 3006 A.
+ Tần số: 50 Hz/ 60 Hz phù hợp tần số lưới điện.
Thoả yêu cầu bảo vệ.
5.4 Chọn tủ bảo vệ trung thế RMU
Tủ Trung Thế RMU Schneider RM6 4 Ngăn NE-IIBI 24kV 630A là một giải pháp lý tưởng cho hệ thống điện trung thế với khả năng hoạt động ở điện áp lên đến 24kV Đây là loại tủ 4 ngăn không mở rộng, phù hợp cho các ứng dụng trong lưới điện hiện đại.
Hình 5- 4: Tủ Trung Thế RMU Schneider RM6 4 Ngăn NE-IIBI 24kV 630A
+ Điện áp định mức U = 24 kV > Ur đm hệ thống = 22 kV.
+ Dòng điện định mức I = 630 A > Ir MHB = 104.97A
Lựa chọn dao cách ly 3 pha
Ta chọn dao cách ly cao thế 110kv ABB - Dao cách ly 3 pha GW55-123 ABB có 2 lưỡi tiếp đất 123kV- 3150A-40kA/3s ABB.
Bảng 5- 7: Thông số dao cách ly 3 pha GW55-123 ABB Điện áp định mức 123 kV
Dòng điện ngắn mạch 40 kA
+ Điện áp định mức U = 123 kV > Ur đm hệ thống = 110 kV.
+ Dòng điện định mức I 150 A > Ir MBA = 1889.46 A.
+ Dòng ngắn mạch định mức Ir, sc = 40 kA > I = 3006 A.sc
Hệ thống nối đất
Công thức tính điện trở nối đất của một cọc:
Công thức tính điện trở hệ thống cọc:
R = r nη 79679\* MERGEFORMAT (.) Công thức tính điện trở của dây cáp đồng nối các cọc: t t t
4L r = ρ ln -1 πL h.d 80680\* MERGEFORMAT (.) Công thức tính điện trở của hệ thống dây cáp đồng nối các cọc: t t t
R =r η 81681\* MERGEFORMAT (.) Công thức tính điện trở nối đất của toàn hệ thống: c t
Hệ thống nối đất cho Inverter:
Sử dụng cọc thép bọc đồng, đường kính d = 16mm, chiều dài L = 3m, điện trở suất đất khô , 6 cọc, cách nhau 3m, chôn sâu h = 0.8m, cáp đồng đường kính d 8mm. c ρ 4L 2h+L r = ln x
Với số cọc n = 6, tỷ số a/l=3/3=1 nên tra được : c c c r 34.78
Tổng chiều dài thanh cáp Lthanh m t t t
MERGEFORMAT (.) Điện trở hệ thống 7.41 < 10 thỏa yêu cầu an toàn nối đất.
Hệ thống nối đất cho tủ bảo vệ trung thế:
Sử dụng cọc thép bọc đồng, đường kính d = 16mm, chiều dài L= 3m, điện trở suất đất khô , 20 cọc, cách nhau 6m, chôn sâu h = 0.8m, cáp đồng đường kính d
Với số cọc n= 20, tỷ số a/l=6/3=2 nên tra được : c c c r 34.78
Tổng chiều dài thanh cáp Lthanh = 96m t t t
MERGEFORMAT (.) Điện trở hệ thống 2.62 < 10 thỏa yêu cầu an toàn nối đất.
Hệ thống chống sét
Chúng tôi sử dụng Kim phóng điện sớm SIGMA+ S3 ESE của Aiditec, tuân thủ tiêu chuẩn NFC 17-102, với 4 cấp bảo vệ an toàn Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, chúng tôi đã lựa chọn 29 Kim phóng điện sớm SIGMA+ S3 ESE cho 18 Inverter và trạm biến áp.
Hình 5- 5: Thông số kim thu sét phóng tia tiên đạo SIGMA+ S3 ESE
Hoà lưới
Theo Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương yêu cầu nhà máy điện mặt trời khi nối với lưới điện Quốc gia cần thỏa những điều sau đây:
Nhà máy điện mặt trời cần đảm bảo khả năng vận hành với công suất tác dụng trong khoảng tần số từ 49 Hz đến 51 Hz Có hai chế độ hoạt động chính: chế độ phát tự do, cho phép phát điện với công suất tối đa theo biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp, và chế độ điều khiển công suất phát, yêu cầu khả năng điều chỉnh công suất theo lệnh của Cấp điều độ, phù hợp với biến đổi của nguồn năng lượng sơ cấp và lưới điện.
Nhà máy điện mặt trời kết nối với lưới điện phân phối cần có khả năng điều chỉnh linh hoạt công suất phản kháng và điện áp, nhằm đáp ứng yêu cầu điều chỉnh của hệ thống điện quốc gia.
Nhà máy điện mặt trời cần duy trì hoạt động phát điện ổn định tại điểm nối lưới, đảm bảo dải điện áp tương ứng Đồng thời, nhà máy phải kiểm soát thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối, không vượt quá 1% điện áp danh định.
Nhà máy điện mặt trời cần đảm bảo khả năng chịu đựng thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha tại điểm đấu nối, với mức tối đa là 3% điện áp danh định cho cấp điện áp 110 kV và 5% cho cấp điện áp dưới 110 kV Đồng thời, tổng mức biến dạng sóng hài do nhà máy điện mặt trời gây ra tại điểm đấu nối không được vượt quá 3%.
Inverter Sunny Central 4000-UP-US có:
+ Điện áp AC danh định là: 600 V.
+ Dải điện áp danh định là: 480 V đến 720 V.
Tần số AC của inverter dao động ở mức 50 Hz (47 Hz đến 53 Hz) hoặc 60 Hz (57 Hz đến 63 Hz) Công suất danh định đạt 4000 kVA tại cos φ = 1 ở 35℃ và 3600 kVA ở 50℃ Khi cos φ = 0.8, công suất danh định là 3200 kVA tại 35℃ và 2880 kVA tại 50℃ Biến dạng sóng hài của inverter luôn giữ dưới 3% tại công suất danh định.
+ Điểm kết nối bên ngoài ngõ ra AC có tích hợp máy cắt ngắn mạch AC.
+ Có bảo vệ chống sét mức độ 3 theo tiêu chuẩn IEC 62305-1.
Inverter chọn thoả mãn mọi yêu cầu nối lưới của Thông tư 39/2015/TT-BCT nên thoả mãn việc yêu cầu nối lưới.
SỬ DỤNG PHẦN MỀM PVSYST ĐỂ TÍNH TOÁN SO SÁNH VÀ PHẦN MỀM PSS/ADEPT ĐỂ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY KHI HOÀ LƯỚI 46
Giới thiệu phần mềm Pvsyst
PVsyst là phần mềm thiết kế và mô phỏng điện mặt trời, phát triển tại trường đại học Geneva, Thụy Sĩ, phục vụ nghiên cứu, định cỡ và phân tích dữ liệu cho hệ thống điện mặt trời Phần mềm tích hợp cơ sở dữ liệu về pin mặt trời, ắc quy, bộ biến đổi điện và bức xạ mặt trời, hỗ trợ thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập và hòa lưới PVsyst cung cấp kết quả dưới dạng báo cáo chi tiết, biểu đồ và bảng, cho phép xuất dữ liệu để sử dụng trong các phần mềm khác.
Hình 6- 1: Giao diện phần mềm PVsyst
Mô phỏng bằng phần mềm Pvsyst
Trước khi tiến hành mô phỏng dự án, cần thêm các giá trị về vị trí, nhiệt độ trung bình năm, bức xạ mặt trời và các dữ kiện khác vào mục Databases Tiếp theo, chọn mục Grid-connected để thiết kế và mô phỏng nhà máy, đặt tên cho mô phỏng trong Project’s name và lưu lại Cuối cùng, chọn thông số vị trí đã thiết lập trong Site file – Choose site và chọn Meteo file tương ứng.
Sau đó chọn góc nghiêng tại Orientation, lựa chọn phần pin và inverter sao cho giữa phần mềm và nội dung đồ án tương thích nhau tại System.
Trong System chọn đầy đủ các loại, nhập số lượng ( inverter, modules in series, string ) vào phần mềm và nhấn OK.
Sau khi hoàn thành mô phỏng tại Run Simulation, phần mềm sẽ cung cấp các bảng báo cáo chi tiết về công suất và tổn thất của dự án Để xuất bảng báo cáo kết quả, bạn chỉ cần nhấn vào Report và chọn Save document as PDF để nhận được bảng báo cáo dưới định dạng PDF.
Hình 6- 2: Thông số vĩ độ khu vực lắp đặt
Hình 6- 3: Thông số bức xạ và nhiệt độ trung bình năm khu vực lắp đặt
Hình 6-4: Nhập giá trị hướng và góc nghiêng của giàn pin
Hình 6- 5: Nhập thông số của mô phỏng, loại, số lượng
Nhập loại pin và inverter đã cài đặt thông số vào phần mềm và kiểm tra tính chính xác với thực tế Sau khi hoàn tất kiểm tra, nhập số lượng modules trên mỗi chuỗi, số inverter và tổng số chuỗi để phần mềm tiến hành tính toán Phần mềm sẽ cung cấp thông tin sơ lược về số lượng modules, công suất định mức, công suất thực và diện tích lắp đặt của nhà máy năng lượng mặt trời Sau khi mô phỏng hoàn tất, người dùng sẽ nhận được các báo cáo chi tiết về công suất và hiệu suất.
Hình 6- 6: Báo cáo mô phỏng của phần mềm PVsyst trang 1
Hình 6- 7: Báo cáo mô phỏng của phần mềm PVsyst trang 2
Hình 6- 8: Báo cáo mô phỏng của phần mềm PVsyst trang 3
Hình 6- 9: Báo cáo mô phỏng của phần mềm PVsyst trang 4
+ GlobHor: Bức xạ theo phương ngang.
+ DiffHor: Bức xạ khếch tán.
+ T_Amb: Nhiệt độ môi trường.
+ GlobInc: Bức xạ thu được trên bề mặt tấm pin.
+ GlobEff: Hiệu suất toàn bề mặt.
+ Earray: Năng lượng của Array.
+ E_Grid: Năng lượng đưa lên lưới.
+ PR: Tỷ lệ hiệu suất.
Hình 6- 10: Báo cáo mô phỏng của phần mềm PVsyst trang 5
So sánh với tính tay với phần mềm Pvsyst
Ta có công suất thực tế khi tính tay là 50.45 MW.
Sản lượng điện năng trong 1 năm:
Từ hình 6-9 ta được điện năng của nhà máy mà phần mềm tính ra được là 113,102 MWh/năm và hiệu suất của nhà máy là 83,24% theo năm.
Vậy khi so sánh giữa việc tính toán tay và phần mềm chênh lệch là 6,74%.
Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT
Phần mềm PSS/ADEPT là công cụ thiết kế và phân tích lưới điện phân phối, cho phép người dùng thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới điện một cách trực quan Với giao diện đồ họa thân thiện, PSS/ADEPT hỗ trợ mô hình hóa lưới điện với số nút nguồn không giới hạn, mang lại hiệu quả cao trong công việc.
Hình 6- 11: Phần mềm PSS/ADEPT 5.0
Hình 6- 12: Giao diện của phần mềm PSS/ADEPT 5.0
Giao diện chính bao gồm nhiều thành phần quan trọng như thanh công cụ chức năng mô phỏng, thanh công cụ chức năng xem, thanh công cụ các phần tử lưới điện, và thanh công cụ mạng Bên cạnh đó, còn có vùng bản vẽ và vùng lệnh, tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng trong quá trình thao tác và thiết kế.
Mô phỏng bằng phần mềm PSS/ADEPT
Để thực hiện mô phỏng ảnh hưởng của nhà máy năng lượng mặt trời lên lưới điện ta cần:
- Cấu hình các thư mục làm việc của chương trình và file thư viện
- Nhập các thông tin cơ bản về lưới điện cần mô phỏng
- Chọn hình thức hiện thị kết quả tính toán mô phỏng
- Vẽ sơ đồ lưới điện trên PSS/ADEPT 5.0
Bảng 6- 1: Thống kê số lượng thành phần lưới khu vực
Thành phần lưới điện Số lượng
Nhà máy điện mặt trời 1
Thanh cái 22 kV Đường dây AC 240 Đường dây AC 95 Đường dây AC 70 Đường dây AC 50
Bảng PL1- 1: Tổng hợp thông số sụt áp chi tiết cho một SCB
Bảng PL1- 2: Bảng tổng hợp thông số sụt áp chi tiết từ SCB tới Inverter
Bảng PL1- 3: Bảng số liệu chi tiết sụt áp AC
X Ω/k m cosφ (Khi làm việc bình thường) cosφ (Khi khởi động)
Từ bảng PL1-2 ta tính được kết quả sụt áp AC như sau:
Bảng PL1- 4: Bảng tổng hợp sụt áp AC
Inverte r ∆U (Khi làm việc bình thường) ∆U (Khi khởi động)
%∆U (Khi làm việc bình thường)
PL2.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị:
9618Equation Chapter (Next) Section 1Ta lựa chọn tấm pin có công suất khác là 390W với n = 0.972.T
Số tấm pin PV cần lắp cho nhà máy điện là: cáp 6
Ta sử dụng 20 inverter mỗi inverter có 12 cổng với mỗi cổng có 32 string và mỗi string có 27 modules nên:
PL2.1.1 Lựa chọn pin PV cho nhà máy:
Ta chọn tấm pin FU 390 M NEXT công suất 390W của hãng sản suất FUTURASUN Tấm pin có các thông số như bảng sau:
Bảng PL2- 1: Thông số tấm pin FU 390 M NEXT
Số Cell 144 cells monocrystalline Điện áp hở mạch Voc 50.09 V
Dòng ngắn mạch Isc 9.73 A Điện áp MPP Vmpp 41.37 V
Nhiệt độ hoạt động Tpv – 40°C ~ 85°C Điện áp hệ thống tối đa Vsys 1000 V/ 1500 V
Bảo hành 15 năm vật lý và 25 năm hiệu suất trên 87%
PL2.1.2 Tính toán lựa chọn Inverter:
+ Điện áp khi công suất cực đại của 1 modules PV V : 41.37Vmpp modules/string
Ta chọn 1 string có 27modules pin PV.
Số lượng String của nhà máy điện mặt trời là:
Thông số của 1 string như sau:
Số lượng string combiner box kết nối các string cho nhà máy điện mặt trời: input string string combiner box
1008100\* MERGEFORMAT (.) Thông số của 1 SCB:
Ta có 1 inverter kết nối với 12 string combiner box nên:
Chúng tôi sử dụng Inverter SG3400HV-30 của hãng SUNGROW, có công suất 3400 kVA, phù hợp cho 12 SCB với điện áp tối đa 1500V và dòng điện tối đa 3997A.
Bảng PL2- 2: Thông số kỹ thuật của Inverter SG3400HV-30 Điện áp cực đại 1500 V
Biên độ MPP ở 25°C 875~1300 V Điện áp ngõ vào tối thiểu DC 875 V Điện áp khởi động DC 915V
Dòng điện ngõ vào cực đại 3997 A
Dòng điện ngắn mạch cực đại 10000 A
Số lượng ngõ vào DC 12
Công suất định danh cos = 1 ở 35°C 3437 kVA Điện áp danh định; Khoảng điện áp định danh 600 V; 510 V – 660 V
Khoảng nhiệt độ hoạt động -35 – 60°C
Với 1 inverter kết nối với 12 SCB nên:
Imax 12 SCB = 3621.12 A < Imax,DC,inverter = 3997A (Thoả)
Công suất nhà máy đạt được: pv pv Eβ T T
PL2.2 Đánh giá hiệu quả và tính khả thi của dự án:
Các thông số sơ lược của dự án được tổng hợp ở bảng sau:
Bảng PL2- 3: Thông tin về dự án
1 Tên dự án Thiết kế nhà máy pin năng lượng mặt trời tại ấp Vị Tân 1 50MW ở tỉnh Hậu Giang
3 Công suất lắp đặt 50 MW
5 Giá bán điện khởi điểm 1.734 VNĐ/kWh
6 Giả định tốc độ tăng giá điện mỗi năm 5% /năm
7 Vòng đời dự án 25 năm
Bảng PL2- 4: Bảng thống kê chi phí đầu tư dự án
Chủng loại vật tư thiết bị Đơn vị tính
Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền
Máy biến áp hợp bộ Bộ
Tủ bảo vệ trung thế Tủ
Hệ thống nối đất và kim thu sét Bộ
Máy biến áp truyền tải Cái
Máy cắt không khí Cái
Chi phí dự phòng phát sinh
Gần 700 triệu người trên toàn cầu không có điện để dùng, cuộc đua tiết kiệm điện
Tiết kiệm điện đang trở thành bài toán khó khăn cho toàn cầu, đặc biệt khi tình trạng thiếu nước khiến thủy điện chỉ đạt 23% công suất Người dân đã đổ xô mua quạt tích điện để chuẩn bị cho những lần cắt điện vào ban đêm Nhiều tỉnh miền Bắc tiếp tục phải cắt điện luân phiên, với một số nơi mất điện cả ngày Ngành điện đã gửi lời xin lỗi tới nhân dân và doanh nghiệp, trong khi Thủ tướng yêu cầu mọi người cùng nhau tiết kiệm điện Đây là những tin tức đáng chú ý về tình trạng thiếu điện diễn ra trong những ngày qua.
2 Nguyên nhân và tình trạng hiện tại của ngành điện :
Mất điện và tắt điện đang gia tăng do thiếu hụt nguồn điện, phần lớn là do nhiều hồ thủy điện lớn cạn kiệt nước Nguyên nhân sâu xa của tình trạng này là nắng nóng gay gắt và sự suy giảm lượng mưa, liên quan đến hiện tượng khí hậu El Niño Theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tính đến năm 2022, tổng công suất nguồn điện toàn hệ thống đạt khoảng 77.800 MW, trong đó 55,8% đến từ thủy điện và các nguồn năng lượng tái tạo khác Đặc biệt, thủy điện chiếm 29% tổng công suất với 22.544 MW, nhưng lại sản xuất tới 35,4% tổng sản lượng điện của cả nước.
95 trên tổng số 268 tỷ kw/h.
Công suất tiêu thụ điện trong các gia đình và toàn hệ thống điện không đồng đều, với nhu cầu cao vào giờ cao điểm từ 9:30 đến 11:30 và 17:00 đến 20:00 Ngược lại, vào giờ thấp điểm từ trưa đến 14:00 và sau 20:00, nhu cầu điện giảm đáng kể Đặc biệt vào buổi tối cao điểm, khi nhu cầu sử dụng điện như tắm giặt, nấu nướng và giải trí tăng cao, hệ thống điện phải đáp ứng công suất tối đa trong ngày, nhưng khả năng cung cấp của 16.545 MW điện mặt trời lại không đủ để đáp ứng nhu cầu này.
Dù mặt trời không phát điện vào ban đêm, nhưng nước trong các hồ chứa thủy điện vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục, bù đắp cho sự thiếu hụt từ điện mặt trời và gió Tuy nhiên, hiện nay chúng ta không sống trong điều kiện bình thường do hiện tượng El Niño, ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu và làm biến đổi các kiểu thời tiết Từ đầu năm đến nay, hiện tượng này đã gây ra sự thay đổi ở Thái Bình Dương, với các dòng nước ấm di chuyển về phía tây và những cơn mưa từ Nam Mỹ hướng về Châu Á, dẫn đến các hồ thủy điện đầy nước và sản lượng điện dồi dào.
Hiện tượng El Niño đã làm suy yếu gió mậu dịch, khiến dòng nước ấm di chuyển đến bờ Tây châu Mỹ thay vì châu Á Hậu quả là bờ biển vùng Vịnh và Đông Nam Hoa Kỳ phải đối mặt với lượng mưa lớn bất thường, gây ra lũ lụt Ngược lại, các nước phía Tây Thái Bình Dương, trong đó có Việt Nam, đang trải qua hạn hán kéo dài, dẫn đến nhiều hồ thủy điện giảm xuống dưới mực nước chết Tính đến ngày 8/6, 11 thủy điện trên cả nước đã phải ngừng phát điện do lưu lượng và mực nước hồ không đảm bảo, trong đó có chín hồ đang ở mực nước chết, không đủ nước để vận hành máy phát điện.
Tình trạng cắt điện luân phiên tại nhiều tỉnh thành gần đây là hệ quả của biến đổi khí hậu bất thường và chính sách năng lượng chưa khai thác triệt để tiềm năng quốc gia.
Ngành điện mặt trời tại Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, chủ yếu nhờ vào nhu cầu điện năng tăng cao và các chính sách khuyến khích từ nhà nước Cụ thể, quyết định số 11/2017 và quyết định số 13/2020 của Thủ tướng Chính phủ đã tạo ra cơ chế thuận lợi cho việc phát triển các dự án điện mặt trời Đặc biệt, giá thu mua điện của EVN được quy định lên tới 2086 đồng cho mỗi kWh, góp phần thúc đẩy sự đầu tư vào lĩnh vực này.
Vào năm 2019 Việt Nam có 4.765 MW công suất điện mặt trời tăng lên thành 16.545MW vào cuối năm 2020 cao gấp hơn 4.100 lần năm 2013 chỉ 4MW.
Dù công suất lắp đặt điện mặt trời tại Việt Nam đạt 21% tổng công suất phát điện, nhưng sản lượng điện mặt trời thực tế trong năm 2022 chỉ chiếm chưa đến 10% toàn hệ thống.
Sự lãng phí trong lĩnh vực điện mặt trời chủ yếu xuất phát từ hai nguyên nhân chính Thứ nhất, sự bùng nổ số lượng dự án điện mặt trời đã làm quá tải hệ thống truyền tải điện quốc gia, khiến nhiều nhà máy hoàn thành không thể phát điện hoặc chỉ phát một phần Đến cuối năm 2022, các dự án điện gió và điện mặt trời chỉ chiếm gần tổng công suất của toàn hệ thống Thứ hai, nhiều dự án điện mặt trời không kịp áp dụng chính sách giá theo quyết định số 13, có hiệu lực sau ngày 31 tháng 12 năm 2020, và hiện đang chờ một cơ chế mới để bán điện với giá chắc chắn sẽ thấp hơn giá ưu đãi của nhà nước.
Ngành công nghiệp trị giá hàng tỷ đô la này hoàn toàn phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời và điều kiện thời tiết Ngay cả những cơn mưa nhỏ hay sự xuất hiện của một đám mây lớn cũng có thể dẫn đến việc ngừng hoạt động của toàn bộ nhà máy.
Nhiệt điện, bao gồm nhiệt điện than và nhiệt điện khí, là nguồn điện không phụ thuộc vào thời tiết, đóng góp khoảng 50% sản lượng điện của Việt Nam Cùng với thủy điện, hai nguồn này chiếm tới 85,5% tổng sản lượng điện quốc gia, đóng vai trò quan trọng trong chiến lược đảm bảo an ninh năng lượng của đất nước.
Sự phụ thuộc vào năng lượng phi tái tạo từ than đá và khí đốt đang đặt ra thách thức lớn cho các nhà lãnh đạo trong việc tìm kiếm giải pháp bền vững trong những thập kỷ tới.
Tại COP 26, Thủ tướng Phạm Minh Chính đã cam kết với cộng đồng quốc tế rằng Việt Nam sẽ nỗ lực đạt mức phát thải dòng bằng không vào năm 2020.
Phát giải dòng bằng không hay không phát thải (Zero emission) không có nghĩa là Việt Nam hoàn toàn ngừng phát thải các chất ô nhiễm, bao gồm CO2 Thay vào đó, điều này có nghĩa là cho phép phát thải CO2, nhưng yêu cầu phải bù đắp lượng CO2 đó bằng cách trồng và khôi phục rừng hoặc xây dựng các hệ thống trích xuất và lưu trữ CO2 trực tiếp từ không khí.