Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 không có sự linh hoạt, xác định lượng công suất theo thời gian mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia và số tiền phải chi trả trong tháng với các
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MICROGRID
Hệ thống microgrid là gì
Microgird còn gọi là lưới điện vi mô Nó là một hệ thống năng lượng điện có thể tự cung tự cấp, quy mô phục vụ cho một khu vực địa lý cụ thể như trong một trường đại học, bệnh viện, trung tâm thương mại hoặc khu đô thị.
Lưới điện vi mô cũng bao gồm đầy đủ các thành phần chính của mạng lưới điện như nguồn năng lượng sơ cấp để phát điện, máy phát điện, máy biến áp (nếu có), lưới điện phân phối, người tiêu dùng (là các trường học, bệnh viện, khu đô thị…) Nguồn năng lượng sơ cấp của microgrid chủ yếu là các dạng năng lượng tái tạo như NLMT, tuabin gió Vì chủ yếu sử dụng năng lượng tái tạo nên microgrid hiện đại còn có thêm hệ thống lưu trữ năng lượng.
Microgrid vẫn liên kết với mạng lưới điện vĩ mô – ví dụ mạng lưới của EVN Việt Nam, nhưng nó có khả năng tự cung tự cấp điện mà không phụ thuộc vào mạng lưới điện, nhất là khi mạng lưới vĩ mô gặp sự cố.
Sự khác biệt lớn nhất giữa mạng lưới vi mô và mạng lưới vĩ mô là phạm vi/ quy mô.
Đặc điểm của lưới điện vi mô (microgrid)
1.2.1 Microgird là cục bộ: Đặc điểm đầu tiên, lưới điện vi mô là một hệ thống mạng lưới cục bộ, nghĩa là nó tạo ra năng lượng cho một nhóm khách hàng cụ thể và thường là theo khu vực địa lý Đây là điểm phân biệt của lưới điện vi mô với mạng lưới điện (vĩ mô) Một microgrid có thể cung cấp điện cho khoảng chục ngàn người, nhưng mạng lưới vĩ mô cung cấp điện cho hàng triệu người.
1.2.2 Microgird có khả năng độc lập:
Microgrid có thể vẫn kết nối với mạng lưới vĩ mô hoặc không Điểm chính ở đây là microgrid hoàn toàn có khả năng tự cung tự cấp điện mà không bị phụ thuộc vào mạng lưới vĩ mô Như vậy nghĩa là lưới điện vi mô có khả năng độc lập với mạng lưới điện vĩ mô.
1.2.3 Microgird là mạng lưới điện thông minh:
Mạng lưới điện vi mô hiện đại có xu hướng là một hệ thống điện lưới thông minh (Smart Grid) Hệ thống thông minh ở đây nghĩa là nó được vận hành gần như tự động, bao gồm hệ thống AI quản lý trung tâm, quản lý máy phát điện tự động, hệ thống quản lý pin tự động, hệ thống quản lý đường dây phân phối, hệ thống quản lý giám sát tiêu thụ của khách hàng…
Hệ thống được gọi là thông minh cũng bao gồm việc cung cấp mức giá thấp cho khách hàng, năng lượng sạch, độ tin cậy điện cao, khả năng xử lý sự cố thông minh/ tự động…
Chỉ riêng hệ thống lưu trữ năng lượng để tự cung tự cấp trong những tình huống mạng lưới vĩ mô bị gián đoạn cũng là sự khác biệt lớn giữa mạng lưới truyền thống (không thông minh) với mạng lưới thông minh, cho tới lúc này.
Ví dụ về hệ thống giám sát giá điện thông minh của Microgrid: Một trung tâm điều khiển có thể theo dõi những thay đổi về giá điện Ví dụ nếu giá điện mua từ mạng lưới vĩ mô không thay đổi, khách hàng có thể mua điện trực tiếp từ mạng lưới vĩ mô.Vào lúc nào đó giá điện của lưới vĩ mô thông báo tăng lên, microgrid sẽ cung cấp điện cho khách hàng từ hệ thống PIN lưu trữ điện mà nó được sạc trong ngày…
Ưu điểm của microgrid
Cơ quan nghiên cứu GTM đếm được trên toàn nước Mỹ có "1.900 lưới điện microgrid cả cơ bản và tiến tiến, cả đang hoạt động và đang trong giai đoạn lên kế hoạch", họ dự đoán rằng mảng này sẽ còn phát triển lớn mạnh nữa trong những năm sắp tới Sự phát triển mạnh mẽ của Microgrid là do những ưu điểm vượt trội sau:
- Cung cấp năng lượng sạch hiệu quả, chi phí thấp.
- Nâng cao khả năng vận hành và ổn định của lưới điện khu vực.
- Cơ sở hạ tầng quan trọng giúp tăng độ tin cậy và khả năng phục hồi.
- Giảm tải cho lưới điện vĩ mô.
- Kích hoạt CHP hiệu quả cao, giảm sử dụng nhiên liệu, thất thoát đường dây và lượng khí thải carbon.
- Tích hợp CHP, năng lượng tái tạo, lưu trữ nhiệt và điện, cũng như các hệ thống điều khiển tòa nhà và hệ thống tiên tiến.
- Làm cho thị trường RTO cạnh tranh hơn.
- Sử dụng các nguồn năng lượng mang tính tự phát ở địa phương và tạo việc làm…
CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ
Thông số đồ thị cho zero – building
- Tải loại 1, chạy vào những giờ cố định.
- Tải loại 2, phải chạy trong ngày nhưng được phép di dời nhanh hơn hay chậm hơn 2 giờ theo đồ thị phụ tải.
- Tải loại 3, chỉ cần chạy trong ngày có khả năng thay đổi công suất năng năng lượng phải đảm bảo.
- Tòa nhà có 2 hệ thống năng lượng tái tạo là:
+ Hệ thống Pin quang điện.
Bảng 2 1: Các đồ thị cho zero-building
Thời điểm t2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đồ thị phụ tải loại 1-2 200 200 200 200 300 800 800 1500 1800 1800 1200 1800 Đồ thị phụ tải loại 2-4 120 40 40 40 40 80 160 200 400 400 480 480 Đồ thị phụ tải loại 3-4 8586 Đồ thị gió-3 200 300 150 400 400 300 300 300 200 200 400 400 Đồ thị mặt trời-3 0 0 0 0 0 18 27 54 108 126 144 162
Thời điểm t2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Đồ thị phụ tải loại 1-2 1800 1800 1200 1200 1000 600 500 500 500 200 200 200 Đồ thị phụ tải loại 2-4 360 600 600 720 720 800 800 720 720 480 320 200 Đồ thị phụ tải loại 3-4 Đồ thị gió-3 500 500 200 400 400 500 400 400 700 600 200 200 Đồ thị mặt trời-3 144 126 108 54 27 18 0 0 0 0 0 0
Thông số các tấm pv
Các tấm pin mặt trời hay “tấm PV” được sử dụng để chuyển đổi ánh sáng từ mặt trời Chúng bao gồm các hạt năng lượng photon chuyển thành điện năng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các tải điện.
Các tấm pin mặt trời có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Bao gồm hệ thống điện từ xa cho cabin, thiết bị viễn thông…Tất nhiên còn dùng để sản xuất điện từ các hệ thống điện mặt trời dân dụng và thương mại.
Bảng 2 2: Thông tin các tấm PV
Thông số PV1 PV2 PV3 PV4
Công suất cực đại (Pmax - W) 200 300 335 450 Điện áp tại điểm công suất đỉnh (Vmp - V) 38,71 30 37,7 40,5 Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp - A) 5,17 10 8,9 11,12 Điện áp hở mạch (Voc - V) 45,2 36 45,6 48,7
Dòng điện ngắn mạch (Isc - A) 5,53 11,34 9,4 11,65
Thông tin giá điện trong ngày
Giá mua điện trong ngày không được tình bằng nhau mà được chia theo các khung giờ Nguyên nhân chính do tần suất sử dụng điện trong các khung giờ là khác nhau nên lượng điện cần sinh ra và truyền tải đi khác nhau dẫn đến chi phí khác nhau.
Bảng 2 3: Bảng giá mua điện trong ngày Thời gian Giá (VND/kWh)
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ
Tính toán số lượng pv và điện áp 𝑽𝒐𝒄 của pin quang điện
3.1.1 Tính toán công suất lắp đặt của các tấm PV:
-𝑃đặ𝑡là tổng công suất các tấm PV
-𝑃𝑚𝑎𝑥 là công suất lớn nhất dự kiến tại bức xạ 1000W/𝑚 2 (xem bảng thông số)
-ɳ là hiệu suất tổng thể của bộ chuyển đổi, khoảng 90% - 93%
3.1.2 Tính toán số lượng tấm PV trong hệ thống:
N = 𝑃 đặ𝑡 ∗1000 = 180∗1000 = 520 (tấm PV) Trong đó:
- 𝑃𝑚𝑎𝑥𝑝𝑣 là điện áp lớp nhất của tấm một tấm PV
Tính toán số lượng tấm PV của 1 chuỗi:
-𝑉 ∗ là điện áp đặt lên 1 chuỗi tấm PV.
-𝑉 𝑐𝑎𝑐ℎ𝑑𝑖𝑒𝑛 là điện áp cách điện giữa các tấm PV.
-𝑉 1𝑐𝑒𝑙𝑙 là điện áp hở mạch một tấm pin.
Tính toán số chuỗi trong hệ thống:
Mô hình bố trí các tấm pin năng lượng mặt trời: Để thuận tiện cho việc lắp đặt đồng đều, ta chọn số lượng tấm pin là 532 tấm.Chia làm 38 chuỗi, mỗi chuỗi 14 tấm xếp làm 2 hàng.
Khảo sát đặc tuyến i(v) và p(v) của pin quang điện khi bức xa mặt trời thay đổi
* V = số pin mắc nối tiếp*𝑉1 𝑡ấ𝑚, với số pin mắc nối tiếp là 7
* I = số nhánh mắc song song*𝐼1 𝑡ấ𝑚, với số nhánh mắc song song là 74
050100150200250300350 Đặc tuyến I(V) của pin quang điện Đặc tuyến P(V) của pin quang điện
Khảo sát dòng điện nạp cho hệ thồng acquy có 12 và 15 bình 12v bằng phần mềm và bằng giải tích toán học của hệ thống pv kết nối trực tiếp với acquy
Mô phỏng bằng phần mềm Psim:
Chọn 1 acquy 12V, điện trở nội là 0,01 Ohm.
Với 7 bình acquy 12V có: Uacquy = 7 × 12 = 84, R = 7 × 0,01 = 0,07Ω
Trong đó: I: Dòng điện nạp cho hệ thống acquy (A)
Uacquy: Điện áp bình acquy (V)
UPV: Điện áp pin MT (V)
Tính tương tự với 12 và 15 bình acquy, ta có kết quả ở hình sau:
Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấm pv không đồng đều và cách để lấy công suất cực đại
pv không đồng đều và cách để lấy công suất cực đại.
Với mô hình bố trí pin mặt trời ở trên, ta có 7 pin nối tiếp trong 1 chuỗi.
Vì mắc nối tiếp nên khi gặp hiện tượng bóng che thì dòng điện của tấm PV giảm xuống,
Vì thế ta mắc song song nhiều chuỗi với nhau để điện áp làm việc gần như cố định Khi dòng thay đổi, với cách mắc song song thì dòng điện bằng tất cả các dòng điện của các chuỗi cộng lại với nhau ⇒ Công suất của tấm PV luôn ổn định.
Khi mắc song song các tấm pin mặt trời, dòng ngắn mạch của hệ thống sẽ bằng tổng dòng ngắn mạch của tất cả tấm pin mặt trời trong hệ thống, áp hở mạch của hệ thống bằng áp hở mạch của một tấm pin.
Mô phỏng các tấm pin song song bằng psim. ĐẶC TUYẾN I(V)
10 20 30 40 50 Đặc tuyến I(V) của pin quang điện Đặc tuyến P(V) của pin quang điện
Với mô hình mắc nối tiếp ta có:
25 T Đặc tuyến I(V) của mạch mắc nối tiếp
0 0 10 20 30 40 50 60 70 Đặc tuyến I(V) của pin quang điện Đặc tuyến P(V) của mạch mắc nối tiếp
0 10 20 30 40 50 60 70 Đặc tuyến P(V) của pin quang điện
3.5 Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 không có sự linh hoạt, xác định lượng công suất theo thời gian mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia và số tiền phải chi trả trong tháng với các thông số sau:
- Bức xạ mặt trời và gió thay đổi theo đồ thị 1, 2, 3
- Hiệu suất bộ MPPT gió và mặt trời là 92%, hiệu suất bộ bi-direction là 95% Phân bố công suất cho đồ thị 3-4 ở các thời điểm
Do tải loại 3, chỉ cần chạy trong ngày có khả năng thay đổi công suất năng năng lượng phải đảm bảo
Lượng công suất mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia là
PT1(t): Phụ tải không linh hoạt
PT2(t): Phụ tải điều khiển được (câu 5: không có loại này)
P(t) = PLưu trữ năng lượng + P Kết nối Cty ĐL
Thời điểm t2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đồ thị phụ tải loại 1-2 200 200 200 200 300 800 800 1500 1800 1800 1200 1800 Đồ thị phụ tải loại 2-4 120 40 40 40 40 80 160 200 400 400 480 480 Đồ thị phụ tải loại 3-4
5 357,8 357,8 357,75 357,8 Đồ thị gió-3 200 300 150 400 400 300 300 300 200 200 400 400 Đồ thị mặt trời-3 0 0 0 0 0 18 27 54 108 126 144 162
Thời điểm t2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Đồ thị phụ tải loại 1-2 1800 1800 1200 1200 1000 600 500 500 500 200 200 200 Đồ thị phụ tải loại 2-4 360 600 600 720 720 800 800 720 720 480 320 200 Đồ thị phụ tải loại 3-4
357, 75 Đồ thị gió-3 500 500 200 400 400 500 400 400 700 600 200 200 Đồ thị mặt trời-3 144 126 108 54 27 18 0 0 0 0 0 0
Và số tiền chi trả được tính thời gian theo bảng
Nếu microgrid này không kết nối với lưới điện quốc gia, xác định công suất hệ thống PV lắp đặt bổ sung cho hệ thống biết hiệu suất nạp/xả của acquy là 90%
hệ thống PV lắp đặt bổ sung cho hệ thống biết hiệu suất nạp/xả của acquy là 90%
Năng lượng thiếu hụt A = PV ∑ 𝑝𝑇 = -29713,3 kwh
Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ lúc này
Thông số khi chưa nạp vào lưu trữ
Thời điểm t2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Đồ thị phụ tải loại 1- kW 200 200 200 200 300 800 800 150 180 180 120 180
1 0 0 0 0 0 Đồ thị phụ tải loại 2-
2 kW 120 40 40 40 40 80 160 200 400 400 480 480 Đồ thị phụ tải loại 3- kW 357 357 357 357 357 357 357 357 357 357 357 357
3 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 Đồ thị gió 1 kW 200 300 150 400 400 300 300 300 200 200 400 400 Đồ thị mặt trời 1 kW 0 0 0 0 0 18 27 54 108 126 144 162
Công suất nạp vào bộ K 477 297 447 197 297 919 990 170 224 223 149 207 lưu trữ W 75 75 75 75 75 75 75 3.7 9.7 1.7 3.7 5.7
Công suất bộ bidirection P = max P(t) trong ngàyb
Chọn Công suất bộ bidirection P = b 2131 "43.15 (KW)
Năng lượng lưu trữ Abattery= max Tổng P(t) liên tiếp không đổi dấu trong ngày
Vì hiệu suất acqui = 90% => Abattery = 4005.5 = 4450.5 (KWh)
Nếu vì lý do kinh tế công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ chỉ bằng 50% tính toán tại câu 7 Khảo sát câu 5
Thời điểm t2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Đồ thị phụ tải loại 1-1 kW 200 200 200 200 300 800 800 1500 1800 1800 Đồ thị phụ tải loại 2-2 kW 120 40 40 40 40 80 160 200 400 400 Đồ thị phụ tải loại 3-3 kW 357.75 357.75 357.75 357.75 357.75 357.75 357.75 357.75 357.75 357.75 Đồ thị gió 1 kW 200 300 150 400 400 300 300 300 200 200 Đồ thị mặt trời 1 kW 0 0 0 0 0 18 27 54 108 126
Nếu có yêu cầu lưu trữ là n×Abattery = 15×4160 = 62400
Phân bố công suất cho đồ thị 3-4 ở các thời điểm
Do tải loại 3, chỉ cần chạy trong ngày có khả năng thay đổi công suất năng năng lượng phải đảm bảo
P = 𝐴 𝑝𝑣 24 = 24×0,5 8586 = 715,5 𝐾𝑤 Lượng công suất mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia là
PT1(t): Phụ tải không linh hoạt
PT2(t): Phụ tải điều khiển được (câu 5: không có loại này)
P(t) = PLưu trữ năng lượng + P Kết nối Cty ĐL
Thời điểm t2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đồ thị phụ tải loại 1-2
180 0 Đồ thị phụ tải loại 2-4 120 40 40 40 40 80 160 200 400
0 480 480 Đồ thị phụ tải loại 3-4
Thời điểm t2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Đồ thị phụ tải loại 1-2 180
0 600 500 500 500 200 200 200 Đồ thị phụ tải loại 2-4 360 600 600 720 720 800 800 720 720 480
320 200 Đồ thị phụ tải loại 3-4
357, 75 Đồ thị gió-3 500 500 200 400 400 500 400 400 700 600 200 200 Đồ thị mặt trời-
Công suất trao đổi vào bộ lưu trữ mới KW 439.53 273.93 411.93 181.93 273.93 798.469187 839.9388 1424.348 1783.56512 1719.30431
Bộ bi-directtion dư công suất
Dòng công suất đi qua bộ acquy
4336.61918 273.93 411.93 181.93 273.93 798.469187 839.9388 1424.348 1783.56512 1719.30431 cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải cs thiếu cho tải đang nap acquy
Số tiền cần mua và bán cho điện lực
672.3043097 -374.6956903 -4765.246344 -669.94 1415.565 -3230.5 -1783.36 -690.491 466.6392 1550.169 2357.699 2760.429 3383.959 3897.089 đang nap acquy đang nap acquy cs trong acquy đã đầy dư cs dư cs cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy cs còn dư trong acquy
Thời điểm t2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 công suất PV mới 0 0 0 0 0 388.048387 582.0726 1164.145 2328.29032 2716.33871 3104.387097
Công suất trao đổi vào bộ lưu trữ mới 118.22 26.22 164.22 72.22 118.22 589.215484 502.7132 887.2065 230.192903 -126.8116129 -1219.816129 Chọn Công suất bi-direction (KW) 118.22 26.22 164.22 72.22 118.22 589.215484 502.7132 887.2065 230.192903 126.8116129 1219.816129
Và số tiền chi trả được tính thời gian theo bảng
Nếu chi phí PV là 6 triệu VND/kWp, chi phí bộ bi-direction là 1.5 triệu VNĐ/kW và acquy là 2 triệu VNĐ/kWh, giá mua điện theo bảng 3 và bán điện 1900VNĐ/kWh Xác định lại câu 7 để sau 5 năm hoàn vốn đầu tư
2517.75 2757.75 2157.75 2277.75 2077.75 1757.75 1657.75 1577.75 1577.75 1037.75 877.75 757.75 38606 -1925.27 -2181.83 -1874.39 -1860.07 -1684.91 -1281.19 -1289.75 -1209.75 -933.75 -485.75 -693.75 -573.75 -29713.3 1925.27 2181.83 1874.39 1860.07 1684.91 1281.19 1289.75 1209.75 933.75 485.75 693.75 573.75 29713.28 2026.6 2296.663 1973.042 1957.968 1773.589 1348.621 1357.632 1273.421 982.8947 511.3158 730.2632 603.9474 31277.14 Công suất nạp vào bộ lưu trữ mới KW 439.53 273.93 411.93 181.93 273.93 737.502 748.4881 1241.446 1417.762 1292.534 504.9063 931.6784
Số tiền bán cho điện lực 5 năm 140,400,000,000.00
Tổng chi phí lắp đặt là:
Xác định lại câu 7 để sau 5 năm hoàn vốn:
Với giá bán điện điện là 1900 và mua điện theo bảng
Công suất bộ bidirection P = max P(t) trong ngàyb
Dung lượng accpuy cần lưu trữ là
Công suất bộ bidirection P = max P(t) trong ngày để thu hồi được vốn là: b
Lợi nhuận bán điện để thu hồi vốn là:
Điều chỉnh tải loại 2 và tải loại 3 để cực tiểu chi phí vận hành sau khi đã đầu tư như câu 9
Tải loại 2 đã điều chỉnh để có chi phí vận hành cực tiểu khi đã đầu tư Đồ thị phụ tải loại 2-4 50 30 20 20 20 60 80 100 150 200 160 320
Tải loại 3 đã điều chỉnh để có chi phí vận hành cực tiểu khi đã đầu tư Đồ thị phụ tải loại 3-4
291 ,6 Đồ thị gió 1 kW 200 300 150 400 500 500 400 300 300 300 200 Đồ thị mặt trời 1 kW 0 0 0 0 0 100 150 300 600 700 800
Chọn Công suất acqui Kw -1248.699124 -25928.19097
Số tiền bán cho điện lực 5 năm 74,130,210,000.00
Chí phí cực tiểu khi điều chĩnh tải loại 2 và tải loại 3: -9850424541 VND Công suất bộ bidirection P = max P(t) trong ngàyb
Dung lượng accpuy cần lưu trữ là: 15×140124×24 = 50444640 W