DMT: Điện mặt trời PV: Photovoltaic – Tấm quang năng Voc: Điện áp hở mạch Isc: Dòng điện ngắn mạch NPV: Giá trị hiện tại ròng IRR: Tỷ suất hoàn vốn nội bộ HVAC: Hệ thống làm mát, sưởi ấm
TỔNG QUAN
Tình hình phát triển điện mặt trời
Trên thế giới hiện nay, Trung Quốc đang là quốc gia đi đầu về ngành công nghiệp điện mặt trời với tổng công suất lắp đặt là 253 GW kết nối với lưới điện quốc gia, 70 % trong số đó đến từ các nhà máy điện mặt trời, 30 % công suất còn lại là từ điện mặt trời áp mái (giai đoạn 2011 – 2020), (hình 1.1) Hai năm 2017 và 2020 là năm thành công nhất trong ngành công nghiệp điện mặt trời của quốc gia này, khi lần lượt đạt 53 GW và 48.2 GW công suất phát Điều này cho thấy mối quan tâm mạnh mẽ của Trung Quốc về sự phát triển bền vững của nguồn năng lượng tái tạo [1]
Hình 1.1: Công suất lắp đặt điện mặt trời ở Trung Quốc (2011 – 2020)
Ngoài ra, Mỹ cũng là một quốc gia quan tâm đến năng lượng mặt trời từ rất sớm Năm 1982, cường quốc này xây dựng nhà máy điện mặt trời công suất 1MWp đầu tiên trên thế giới ở California Giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2014, hai nhà đặt là 392 MWp, có tổng đầu tư 2.2 tỷ USD, (hình 1.2) và nhà máy điện mặt trời Topaz có công suất 550 MWp, với tổng vốn đầu tư 2.5 tỷ USD ở sa mạc Mojave bang California (hình 1.3) đã cung cấp điện năng cho hơn 140,000 hộ gia đình [2]
Hình 1.2: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah – 392 MWp
Hình 1.3: Nhà máy điện mặt trời Topaz – 550 MWp
Bên cạnh đó, tháng 5 năm 2023 đánh dấu một cột mốc lớn cho ngành năng lượng ở các quốc gia châu Âu, khi lần đầu tiên sản lượng điện mặt trời tạo ra vượt qua nhiệt điện than Cụ thể, tổng sản lượng nhiệt điện than đạt 19.8 TWh; trong khi đó, sản lượng điện mặt trời toàn khối đạt đến 27.9 TWh, (hình 1.4) Hà Lan là quốc gia châu Âu có sự phát triển rõ rệt về nguồn năng lượng mặt trời với hơn 100
MW công suất phát điện mặt trời cho mỗi 100,000 cư dân [3]
Hình 1.4: Sản lượng nhiệt điện than và điện mặt trời của các quốc gia châu Âu giai đoạn 2015-2022 (Nguồn: Ember [3])
Với vị trí nằm ở khu vực cận xích đạo, Việt Nam có tiềm năng rất lớn để phát triển nguồn năng lượng mặt trời Tính đến cuối năm 2014 đầu năm 2015, nước ta đã có 4.5 MWp công suất điện mặt trời lắp đặt và gần 900 kW được đấu nối vào lưới điện Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời nước ta là khoảng 5
GW, sự phát triển mạnh mẽ này là do cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời theo Quyết định số 11/2017/QĐ – TTg ngày 11/4/2017 Đến năm
2020 đã có 9 GW công suất điện mặt trời được đưa vào vận hành trong đó hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận chiếm 3.5 GW Theo dự thảo quy hoạch điện VIII, công suất lắp đặt điện mặt trời dự kiến sẽ tăng từ 17 GWp (2020 – 2025) lên khoảng 20 GWp (năm 2030) [4]
1.2 Thực trạng phát triển hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng
Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng (BESS – Battery Energy Storage System) tạo như gió và mặt trời mang lại rất nhiều ưu điểm cho các quốc gia sử dụng, nhưng sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn năng lượng xanh này dẫn đến tình trạng quá tải cho lưới điện Đối với năng lượng mặt trời, thời điểm trời có nhiều nắng là vào ban ngày, trong khi nhu cầu sử dụng chủ yếu của người dân lại vào buổi tối Tương tự, các nhà máy điện gió cũng thường không tạo ra sản lượng điện ổn định do phụ thuộc vào điều kiện gió Do đó, để sự chuyển dịch trên toàn thế giới về phát triển các nguồn năng lượng xanh hiệu quả, hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng sẽ đóng một vai trò rất quan trọng giải quyết các vấn đề của năng lượng tái tạo, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện từ nguồn năng lượng tái tạo trong tương lai Sản lượng lắp đặt BESS trên toàn cầu năm nay dự đoán là 96 GWh và đến năm 2030 sẽ là 421 GWh (hình 1.5) Sự tăng trưởng mạnh mẽ này là do các chính sách khuyến khích của chính phủ ở Bắc Mỹ và Châu Âu, giá thành đầu tư cho hệ thống ắc quy lưu trữ sẽ có xu hướng giảm, cùng với đó là sự mở rộng, phát triển các nguồn năng lượng tái tạo ở Trung Quốc Đến năm 2030, công suất lắp đặt BESS trên toàn cầu theo dự đoán sẽ đạt 110 GW, 58 % trong số đó đến từ Châu Á, 18 % từ Bắc Mỹ, 16 % từ các quốc gia Châu Âu và 8 % từ các quốc gia còn lại trên thế giới (hình 1.6) [5]
Hình 1.5: Dự đoán sản lượng lắp đặt BESS (2020 – 2030)
(Nguồn: Rystad Energy’s Battery Solution [5])
Hình 1.6: Dự đoán công suất lắp đặt BESS (2020 – 2030)
(Nguồn: Rystad Energy’s Battery Solution [5])
Một số dự án công nghệ ắc quy lưu trữ năng lượng trên thế giới
Hình 1.7: Trung tâm lưu trữ BESS của CPUC – SCE Creck Ventura 200MW tại trạm biến áp Hinson, Los Angeles, USA
Hình 1.8: Dự án BESS công suất 98MW/196MWh ở thành phố Hull, Anh
Hình 1.9: Dự án BESS 250MW/500MWh ở bang Rajasthan, Ấn Độ
Với mục tiêu đạt được net – zero “phát thải ròng bằng 0” vào năm 2050, Việt Nam đang và sẽ phát triển nguồn năng lượng tái tạo một cách nhanh chóng Tỷ trọng sử dụng năng lượng tái tạo vào năm 2045 sẽ đạt 25 - 30 % theo Nghị quyết 55/NQ – TW, và để bắt kịp sự phát triển này cũng như giúp đảm bảo tính ổn định cho hệ thống điện, các hệ thống BESS phải được nghiên cứu, sử dụng và phát triển một cách mạnh mẽ trong tương lai Ngoài ra, ứng dụng hệ thống BESS giúp tăng an ninh năng lượng, giảm tỷ trọng nhập khẩu điện từ nước ngoài cũng như giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch [6]
1.3 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, việc phát triển năng lượng mặt trời đang và sẽ là mục tiêu của tất cả các quốc gia trên thế giới, nhằm góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu, giảm ô nhiễm môi trường và dần tránh sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên, sự phát triển một cách ồ ạt này cũng dẫn theo nhiều tác động tiêu cực đối với mạng lưới truyền tải điện quốc gia Thực trạng thiếu điện ở miền Bắc Việt Nam ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân, một số nhà máy điện mặt trời hiện nay lại đang gặp phải tình trạng bị cắt giảm công suất phát lên lưới, không những khiến cho bài toán thiếu điện chưa được giải quyết, mà còn gây ra sự lãng phí nguồn năng lượng vô hạn này
Công nghệ lưu trữ năng lượng đang dần trở thành một xu hướng trên thế giới, cho phép giảm phát thải và tạo hệ thống điện sạch hơn để ứng phó với biến đổi khí hậu Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng là một trong những công nghệ lưu trữ được ưu tiên hàng đầu hiện nay, công nghệ này giúp lưu trữ điện năng trong một khoảng thời gian dài, cũng như tính linh hoạt cao khi có thể kết hợp với nhiều nguồn phát điện khác nhau như điện lưới hay năng lượng tái tạo để lưu trữ Với tính chất không liên tục của các nguồn năng lượng xanh, hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng sẽ là giải pháp được sử dụng để tối ưu sản lượng điện tạo ra từ các trang trại mặt trời Ngoài ra, giúp cải thiện độ ổn định cho hệ thống điện, gia tăng độ an toàn quản lý mạng lưới khi tỷ trọng các nguồn năng lượng xanh đang tăng cao
1.4 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là: xét tính khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật của hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar – Tỉnh Ninh Thuận
- Tính toán công suất lắp đặt và chọn hệ thống ắc quy lưu trữ phù hợp cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar
- Thiết kế các phương án đấu nối BESS vào nhà máy điện mặt trời Hacom Solar hiện hữu
- Phân tích tính khả thi của dự án về kinh tế
- Đưa ra nguyên nhân và giải pháp khắc phục nếu dự án không khả thi
- Tìm hiểu và phân tích sự phát triển của năng lượng tái tạo trên thế giới và Việt Nam
- Giới thiệu hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cùng nguyên lý hoạt động, quy mô sử dụng, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng thực tế của hệ thống này Ngoài ra, phân tích tính kỹ thuật và kinh tế khi kết hợp với nhà máy điện mặt trời
- Mô phỏng hệ thống điện mặt trời và BESS bằng phần mềm PVsyst và SketchUp
- Ngoài ra, phần mềm AutoCAD dùng để đưa ra các bản vẽ về tổng mặt bằng của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar trước và sau khi lắp đặt hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng, thiết kế sơ đồ nguyên lý cho BESS vào sơ đồ hoạt động của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar
Do các giới hạn về bảo mật hồ sơ thiết kế dự án Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar, đề tài không đi sâu vào việc thiết kế chi tiết – thi công hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng Ngoài ra, về tính khả thi kinh tế, tính toán dựa trên một số giả định vì chưa có số liệu cụ thể.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện mặt trời sử dụng tấm quang năng để hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi nó thành điện năng Công nghệ điện mặt trời đã phát triển rất nhanh trong những năm gần đây và trở thành một phương pháp phổ biến để tạo điện Các hệ thống điện mặt trời có thể được lắp đặt trên mái nhà, trên mặt đất, trên mặt nước hoặc trên các cấu trúc khác
Công suất của một hệ thống điện mặt trời phụ thuộc vào diện tích của các tấm quang năng, hiệu suất chuyển đổi năng lượng và bức xạ mặt trời Các hệ thống lớn có thể sản xuất đủ điện để cung cấp cho một tòa nhà, một khu dân cư, hoặc thậm chí một thành phố nhỏ Ngoài ra, hệ thống điện mặt trời cũng có thể kết hợp với lưới điện công cộng, để cung cấp năng lượng khi không có ánh sáng mặt trời Các thành phần của hệ thống điện năng lượng mặt trời gồm:
- Tủ phân phối và bảo vệ DC/AC (tủ điện, các thiết bị bảo vệ dòng, áp, pha, chống sét…)
- Dây cáp DC/AC, dây MC4
- Hệ thống đo đếm điện năng và giám sát từ xa (Data logger)
- Hệ thống ắc quy lưu trữ (trong hệ thống điện độc lập hoặc hòa lưới có dự trữ)
- Đối với các hệ thống điện mặt trời có quy mô lớn thường được tích hợp hệ thống chữa cháy, trạm biến áp, …
Một số lợi ích của điện mặt trời
- Năng lượng tái tạo: năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo không gây ra khí thải hoặc ô nhiễm môi trường
- Giảm chi phí điện năng
- Dễ dàng bảo trì: hệ thống điện mặt trời ít phải bảo trì, vòng đời sử dụng dài từ
- Độc lập năng lượng: sử dụng điện mặt trời giúp giảm sự phụ thuộc đáng kể vào lưới điện quốc gia
Một số hạn chế và thách thức khi sử dụng điện mặt trời
- Chi phí ban đầu để lắp đặt hệ thống điện mặt trời cao
- Công suất điện tạo ra bị ảnh hưởng bởi thời tiết
Ngoài ra, vấn đề lưu trữ năng lượng mặt trời cũng đang được nghiên cứu để giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng, trong những thời điểm không có ánh sáng mặt trời.
Các loại hệ thống điện mặt trời
Hiện nay, hệ thống điện mặt trời thường được chia thành 3 loại: hệ thống hòa lưới, hệ thống độc lập và hệ thống hòa lưới có dự trữ Trong đó, điện mặt trời hòa lưới là loại được áp dụng phổ biến nhất ở các quy mô vừa nhỏ và lớn ví dụ như: trên mái nhà hộ gia đình, xưởng doanh nghiệp và nhà máy điện mặt trời có quy mô lớn
2.2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới được sử dụng rộng rãi vì tính ổn định Nếu hệ thống không tạo ra đủ điện cho tải tiêu thụ thì điện lưới có thể bổ sung vào Nguyên lý hoạt động (hình 2.1): các tấm quang năng sẽ chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện DC, dòng điện này sẽ được chuyển đổi thành dòng điện
AC thông qua Inverter Lượng điện từ tủ AC sẽ được cung cấp cho tải tiêu thụ Nếu lượng điện cung cấp cho tải bị thiếu thì lưới lưới điện sẽ bổ sung thông qua công tơ 2 chiều
Hình 2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới
2.2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập
Hệ thống điện mặt trời độc lập thường được lắp đặt ở nơi vùng sâu, vùng xa hoặc chưa có điện lưới
Nguyên lý hoạt động (hình 2.2): hệ thống này cũng sử dụng các tấm quang năng để tạo ra điện và dùng bộ Inverter để biến đổi thành chiều dòng điện Khác với hệ thống điện mặt trời hòa lưới, hệ thống này không sử dụng điện lưới mà sử dụng thêm bộ ắc quy để lưu trữ lượng điện dư thừa và sử dụng vào ban đêm, hoặc các ngày mưa bão
Hình 2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập
2.2.3 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ thường sử dụng các bộ biến tần lai (Hybrid) Biến tần này được tích hợp các chức năng như tự động sạc cho ắc quy lưu trữ mà không cần phải sử dụng bộ sạc năng lượng mặt trời và thực hiện chức năng bám tải khi nguồn điện ắc quy lưu trữ đầy và điện mặt trời dư
Nguyên lý hoạt động (hình 2.3): hệ thống này là sự kết hợp giữa hệ thống điện mặt trời độc lập và hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hệ thống có thể lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa tạo ra vào buổi sáng, và sử dụng nó vào buổi tối Khi năng lượng dự trữ bị cạn kiệt, điện lưới sẽ trở thành một nguồn dự phòng Hệ thống Hybrid cũng có thể nạp cho bộ ắc quy bằng cách sử dụng điện lưới trong giờ thấp điểm (thường là sau nửa đêm đến 6 giờ sáng)
Hình 2.3: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ
Nhà máy điện mặt trời
2.3.1 So sánh nhà máy điện mặt trời và hệ thống điện mặt trời áp mái
Nhà máy điện mặt trời (Solar farm) và hệ thống điện mặt trời áp mái (Rooftop solar) đều là các hình thức sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện năng Tuy nhiên, chúng có những khác biệt quan trọng về quy mô, vị trí và ứng dụng Bảng 2.1 so sánh giữa Solar farm và Rooftop solar:
Bảng 2.1: So sánh các đặc điểm của Solar farm và Rooftop solar Đặc điểm Solar farm Rooftop solar
Quy mô - Có diện tích lớn, từ vài hecta đến hàng chục hecta hoặc thậm chí cả trăm hecta
- Công suất suất lắp đặt từ vài MWp đến vài trăm MWp
- Có diện tích vừa và nhỏ
- Công suất suất phát lên lưới chỉ dưới 1 MW theo quy định của điện lực
Vị trí - Được xây dựng trên đất phẳng hoặc các khu vực không có cấu trúc xây dựng
- Có thể chiếm diện tích lớn để lắp đặt
- Thích hợp xây dựng ở các vùng ngoại ô
- Được lắp đặt trên các cấu trúc đã có sẵn như mái nhà
- Không tốn nhiều diện tích lắp đặt
- Thích hợp cho các khu vực đô thị và công nghiệp Ứng dụng - Cung cấp điện trực tiếp vào lưới điện truyền tải hoặc cung cấp điện cho một khu vực rộng lớn
- Cung cấp điện cho một tòa nhà riêng lẻ, công ty, cơ quan hoặc gia đình
- Năng lượng được tạo ra có thể tiêu thụ trực tiếp hoặc được cung cấp vào lưới điện địa phương
Quản lý vận hành - Yêu cầu quản lý và vận hành chuyên nghiệp, bao gồm giám sát hiệu suất, bảo trì hệ thống, quản lý an toàn và tuân thủ các quy định liên quan
- Các nhà máy điện mặt trời có lưới điện phân phối từ
10 MW trở lên bắt buộc phải được trang bị các thiết bị truyền thông để kết nối với hệ thống giám sát của cấp điều độ có quyền điều khiển
- Dễ dàng quản lý và vận hành hơn do quy mô nhỏ hơn
- Người sử dụng Rooftop solar có thể tự quản lý hệ thống hoặc thuê các nhà thầu để cài đặt và bảo trì
Hiệu suất - Có hiệu suất cao do được thiết kế để tận dụng tối đa ánh sáng mặt trời trong suốt cả ngày Các tấm quang năng thường được đặt ở các vị trí địa lý có nhiều nguồn ánh sáng mặt trời và không bị che bởi các tòa nhà xung quanh hoặc cây cối
- Hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi vị trí và hướng của mái nhà, bị che bóng bởi vật thể xung quanh Nếu mái nhà không đủ diện tích hoặc không đạt được hướng tốt nhất, hiệu suất của Rooftop solar có thể bị giảm
2.3.2 So sánh nhà máy điện mặt trời ở Việt Nam và trên thế giới a Giống nhau
- Nguồn năng lượng: đều tạo ra điện từ nguồn năng lượng là mặt trời, tận dụng ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện sạch và có thể tái tạo được
- Mục tiêu trong tương lai: hướng tới việc phát triển, mở rộng quy mô điện mặt trời nhằm giảm khí thải gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính và giảm việc phụ thuộc, khai thác vào nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt
- Chính sách, cơ sở pháp lý liên quan đến nhà máy điện mặt trời mặt đất: đều có các chính sách hỗ trợ để khuyến khích đầu tư và phát triển nhà máy điện mặt trời như là cung cấp các chính sách mua lại điện và hỗ trợ vay vốn, tài chính,
… khi xây dựng nhà máy điện mặt trời
• Chính sách ban hành về điện mặt trời ở Việt Nam
Quyết định số 11/2017/QĐ – TTg: về việc khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời ở nước ta, áp dụng từ ngày 01 tháng 06 năm 2017 [9]
Vào năm 2019, lượng công suất lắp đặt điện mặt trời của cả nước tăng lên với tỉ lệ phân bổ là 4.5 GWp là của nhà máy điện mặt trời nối lưới và hệ thống điện
Quyết định số 13/2020/QĐ – TTg: về việc hỗ trợ và khuyến khích phát triển điện mặt trời ở nước ta áp dụng từ ngày 22 tháng 05 năm 2020 [11]
Như chính sách ban hành, biểu giá mua điện mặt trời là: giá mua điện mặt trời mái nhà cao nhất là 1,943 đồng/kWh, đối với giá điện mặt trời nổi là 1,783 đồng/kWh và thấp nhất là giá mua điện mặt trời mặt đất là 1,644 đồng/kWh Biểu giá này sẽ được áp dụng trong vòng 20 năm kể từ ngày ban hành
Quyết định số 21/QĐ – BCT công bố khung giá phát điện nhà máy điện mặt trời, điện gió chuyển tiếp áp dụng từ ngày ký, ngày 07 tháng 01 năm 2023 [12]
Theo thông tư 15 (khoản 1, điều 10): thời hạn tối đa là 15 ngày kể từ ngày công văn được áp dụng, các chủ đầu tư các dự án được đề cập phải có trách nhiệm cung cấp thiết kế kỹ thuật và báo cáo nghiên cứu khả thi cho EVN [13]
Quy hoạch điện VIII đã dự đoán công suất lắp đặt điện mặt trời trong giai đoạn (2020 – 2025) sẽ tăng lên 17 GW, và vào năm 2030 sẽ tăng lên khoảng
20 GW Tỉ trọng trong cơ cấu các nguồn điện của điện mặt trời thì được kỳ vọng sẽ chiếm 17 % trong năm 2025 và khoảng 14 % vào năm 2030 [14]
• Chính sách ban hành về điện mặt trời ở các khu vực khác
❖ Vào tháng 7 năm 2021, ủy ban Châu Âu đề ra mục tiêu là tăng tỉ trọng sử dụng năng lượng tái tạo năm 2030 từ 32 % lên tới 40 % Công bố phương án
“REPowerEU” đề ra mục tiêu tăng việc sử dụng năng lượng mặt trời, chiếm
600 GW trong tổng công suất lắp đặt năng lượng tái tạo là 1,236 GW vào tháng
5 năm 2022 Nhiều nước Châu Âu cũng có các kế hoạch đẩy nhanh tiến độ phát triển năng lượng mặt trời để ứng phó với cuộc khủng hoảng năng lượng do chiến tranh của Nga và Ukraine [15]
❖ Vào tháng 6 năm 2022, Trung Quốc đã đề ra “Kế hoạch 05 năm” (lần thứ 14) với mục tiêu là tăng tỉ trọng sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo chiếm khoảng 33 % cơ cấu năng lượng trong năm 2025 trong đó năng lượng mặt trời chiếm khoảng 18 % [15]
❖ Tại hội nghị “COP26” được tổ chức ở Scotland vào tháng 11 năm 2021, Ấn Độ đã đề ra mục tiêu phát triển trọng điểm là tỉ trọng năng lượng tái tạo sẽ chiếm 50 % tổng nhu cầu năng lượng của Ấn Độ vào năm 2030 [15] b Khác nhau
Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng
Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng được tạo thành từ các tế bào ắc quy (Cell), các Cell này được tạo nên từ các hợp chất phổ biến trong công nghệ sản xuất ắc quy như Natri, Lithium – Ion, … có chức năng lưu trữ điện năng
BESS có dung lượng từ khoảng vài trăm kWh lên tới hàng trăm nghìn kWh
Do đó, hệ thống này có thể tạo ra công suất phát điện lớn trong thời gian dài hơn dựa theo quy mô của hệ thống Để việc vận chuyển tới các khu vực cần cung cấp điện trở nên đơn giản thì BESS được sắp xếp trên các thùng hàng (Container)
- Đáp ứng nhu cầu sử dụng khi bị mất điện
- Giảm áp lực cho hệ thống truyền tải điện lưới của quốc gia
- BESS được sạc vào thời điểm nhu cầu sử dụng điện thấp và phát điện cho tải vào thời điểm sử dụng điện cao, từ đó giảm chi phí sử dụng điện
- Tối ưu và giảm lãng phí sản lượng điện mặt trời nói riêng và các hệ thống năng lượng tái tạo nói chung khi bị dư sản lượng
2.4.3 Cấu tạo a Ắc quy lưu trữ (Battery)
Hệ thống BESS được dùng trong trường hợp này sử dụng tế bào ắc quy lưu trữ loại Lithium – Ion
Có 2 cách khác nhau để kết nối các ắc quy lưu trữ nhỏ để tạo thành các khối ắc quy lưu trữ lớn hơn:
- (i) Mắc song song: sử dụng kết nối này khi muốn tăng cường độ dòng điện của bộ ắc quy lưu trữ Khi ghép các tế bào ắc quy lưu trữ từ cực dương sang dương và âm sang âm thì cường độ dòng điện sẽ được tăng gấp đôi
- (ii) Mắc nối tiếp: sử dụng kết nối này để tăng điện áp của bộ ắc quy lưu trữ Khi ghép các tế bào ắc quy lưu trữ từ cực dương sang cực âm thì điện áp sẽ được tăng
- Quá trình hình thành BESS (hình 2.4): các bộ ắc quy lưu trữ nhỏ được ghép lại với nhau thành các khối lớn Sau đó, các khối này sẽ được ghép lại với nhau thành các kệ lớn để dễ dàng quản lý Các kệ này được nối ghép với nhau tạo thành một hệ thống BESS hoàn chỉnh
Hình 2.4: Quá trình hình thành BESS
(Nguồn: Lithaco [16]) Một số thuật ngữ thông dụng được sử dụng cho BESS Đối với hệ thống ắc quy lưu trữ, các thuật ngữ SOC (State of Charge), DOD (Depth of Discharge) và SOH (State of Health) thường được sử dụng để đề cập đến các thông số quan trọng Dưới đây là mô tả của các thuật ngữ:
- SOC: đại diện cho tình trạng sạc Nó chỉ ra mức năng lượng hiện tại còn lại trong ắc quy lưu trữ so với năng lượng tối đa có thể lưu trữ Thông thường được biểu thị dưới dạng phần trăm, ví dụ: SOC 50 % nghĩa là ắc quy lưu trữ đã được sạc lên đến mức 50 % của dung lượng tối đa
- DOD: đại diện cho độ xả sâu Nó chỉ ra mức năng lượng đã bị tiêu thụ từ ắc quy lưu trữ so với dung lượng tối đa Tương tự như SOC, DOD thường được biểu thị dưới dạng phần trăm Ví dụ: DOD 30 % nghĩa là ắc quy lưu trữ đã bị xả hết 30 % dung lượng tối đa
- SOH: đại diện cho tình trạng sức khỏe của ắc quy lưu trữ Nó chỉ ra mức độ còn lại của hiệu suất và dung lượng của ắc quy lưu trữ so với trạng thái ban đầu khi mới mua SOH thường được biểu thị dưới dạng phần trăm Ví dụ: SOH
80 % nghĩa là ắc quy lưu trữ chỉ còn lại 80 % dung lượng ban đầu và hiệu suất của nó đã giảm xuống 80 % so với ban đầu b Hệ thống BMS (Battery Management System)
- BMS là bộ não của hệ thống ắc quy lưu trữ, với chức năng chính là bảo vệ ắc quy lưu trữ khỏi bị hư hại trong các tình huống vận hành khác nhau Để đạt được điều này, BMS phải đảm bảo rằng ắc quy lưu trữ hoạt động trong phạm vi xác định trước đối với một số thông số quan trọng, bao gồm trạng thái sạc (SOC), trạng thái hoạt động (SOH), điện áp, nhiệt độ và dòng điện Các hệ thống quản lý ắc quy lưu trữ tinh vi hơn cho phép theo dõi và bảo vệ ắc quy lưu trữ theo thời gian thực, không chỉ ở cấp độ tế bào mà còn ở cấp độ mô – đun, chuỗi và hệ thống
- Hệ thống BMS được chia thành ba tầng hoạt động:
• Tầng cảm biến và thu thập dữ liệu: tầng này bao gồm các cảm biến điện áp, dòng điện, nhiệt độ và các thiết bị thu thập dữ liệu khác Quản lý hệ thống như cân bằng tải, bảo vệ quá dòng điện, quá điện áp, quá nhiệt và các chức năng bảo vệ khác Nó cũng điều khiển các hoạt động của hệ thống ắc quy lưu trữ và tương tác với các thành phần khác của BESS
• Tầng giao tiếp và hiển thị: tầng này cung cấp tế bào ắc quy lưu trữ và thu thập dữ liệu liên quan
• Tầng xử lý và điều khiển: tầng này xử lý dữ liệu thu thập được từ tầng cảm biến và thực hiện các chức năng cấp giao diện để truyền thông giữa hệ thống BMS và các thiết bị ngoại vi hoặc hệ thống quản lý lưu trữ năng lượng cao cấp
Nó cũng cung cấp hiển thị dữ liệu và thông báo trạng thái ắc quy lưu trữ cho người sử dụng hoặc hệ thống giám sát c Hệ thống PCS (Power Conversion System)
Các phần mềm được sử dụng
Phần mềm PVsyst được sử dụng để mô phỏng, phân tích sản lượng dự kiến của hệ thống điện mặt trời (hình 2.10) Đối tượng sử dụng phần mềm này bao gồm kỹ sư, các nhà nghiên cứu và các kiến trúc sư, phần mềm này có nhiều ứng dụng thuận tiện cho việc giảng dạy và học tập liên quan đến lĩnh vực điện mặt trời Phần mềm tích hợp nhiều thông số về các tấm quang năng khác nhau, bộ biến tần, cơ sở dữ liệu về bức xạ mặt trời, ắc quy và đặc biệt là công cụ thiết kế giao diện 3D giúp tính toán tổn thất và bóng che cho khu vực lắp đặt
AutoCAD là phần mềm được sử dụng để lên phương án thiết kế các bản vẽ kỹ thuật về xây dựng, kiến trúc, điện (hình 2.11) AutoCAD được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực thiết kế, với phần mềm này ta có thể vẽ các mô hình 2D, 3D Đối với năng lượng mặt trời, sử dụng AutoCAD trong việc bố trí các tấm quang năng lên nơi lắp đặt, thiết kế kết cấu gian khung, hoặc các sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống điện mặt trời Từ đó, đưa ra các phân tích chính xác về hệ thống
Là một phần mềm dành cho các kiến trúc sư, kỹ sư, hoặc những người không trong lĩnh vực thiết kế có thể sử dụng để dựng những mô hình 3D đơn giản, mô phỏng nơi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, mô phỏng 3D hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng (hình 2.12) Phần mềm có các chức năng sử dụng đơn giản, nhanh gọn với giao diện đồ họa cho người sử dụng
Các chỉ số kinh tế
Có nhiều phương pháp để tính toán chi phí và đánh giá tính khả thi của dự án như:
- Giá trị hiện tại ròng (NPV – Net present Value)
- Tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR – Internal Rate of Return)
- Thời gian hoàn vốn (Payback Period)
Trong phạm vi đồ án này, nhóm sẽ ứng dụng phương pháp NPV để xét tính khả thi của dự án
2.6.1 Giá trị hiện tại ròng (NPV)
Giá trị hiện tại ròng là chênh lệch giữa giá trị hiện tại của toàn bộ dòng tiền vào và dòng tiền ra của một dự án Dòng tiền sẽ được quy về hiện tại với một tỷ lệ chiết khấu nhất định Chỉ số này được sử dụng vào việc lập ngân sách vốn và lập kế hoạch đầu tư cho thấy khả năng sinh lời của một khoản đầu tư hoặc dự án dự kiến [18]
- n: thời gian vòng đời dự án (năm);
- Rt: giá trị thu hồi tại năm thứ t (VNĐ);
- i: hệ số chiết khấu (%/năm);
- R0: tổng chi phí đầu tư (VNĐ);
Chỉ số NPV biểu thị cho tính khả thi của dự án Cụ thể:
- Nếu 𝑁𝑃𝑉 < 0 thì dự án không sinh lời;
- Nếu 𝑁𝑃𝑉 = 0 thì dự án thu hồi vốn đầu tư;
Hạn chế của phương pháp này là chỉ cho ta biết dự án là lời hay lỗ với số tiền cụ thể, không cho thấy được mức độ sinh lãi của dự án Vì vậy, chỉ số IRR sẽ được sử dụng để đưa ra chính xác mức độ sinh lời của dự án
2.6.2 Tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR)
Tỷ suất hoàn vốn nội bộ của dự án là tỷ suất thu hồi do dự án tạo ra, cho biết dự kiến khi đầu tư vào một dự án sẽ sinh lời bao nhiêu phần trăm IRR được tính bằng công thức [18]:
- Rt: giá trị thu hồi tại năm thứ t (VNĐ);
- t: thời gian vòng đời dự án (năm);
- R0: tổng chi phí đầu tư (VNĐ);
- NPV: giá trị hiện tại ròng của dự án (VNĐ);
Chỉ số IRR cho thấy tính hấp dẫn của dự án:
- Nếu IRR < i thì dự án không khả thi;
- Nếu IRR > i thì dự án sinh lời;
- Nếu IRR = i thì dự án thu hồi vốn đầu tư;
2.6.3 Thời gian hoàn vốn (Payback Period)
Thời gian hoàn vốn là thời gian thu lại chi phí đầu tư ban đầu của một dự án Theo đó, các dự án đầu tư có thời gian hoàn vốn càng ngắn cho thấy tính khả thi về mặt kinh tế khi quyết định đầu tư càng cao Thời gian hoàn vốn sẽ không cân nhắc đến giá trị thời gian của tiền [18]
Thời gian hoàn vốn = Tổng chi phí đầu tư
Lợi nhuận ròng trong một năm
ĐÁNH GIÁ VỀ MẶT KỸ THUẬT VÀ TÍNH CHỌN HỆ THỐNG ẮC
Giới thiệu khu vực xây dựng dự án
Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar – Công ty cổ phần Năng lượng Hacom là một trong những nhà máy điện mặt trời tiên phong tại tỉnh Ninh Thuận Dựa trên vị trí địa lý thuận lợi là tỉnh Ninh Thuận, một tỉnh ven biển thuộc miền Trung Việt Nam Nơi đây có ít bão và cường độ bức xạ cao nhất nhì cả nước, chính vì lẽ đó nhà máy điện mặt trời Hacom Solar được ra đời để tận dụng tối đa nguồn năng lượng mặt trời sẵn có để sản xuất điện sạch và bảo vệ môi trường Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar có diện tích khoảng 60.33 ha thuộc địa phận xã Phước Minh, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận như hình 3.1
Hình 3.1: Nhà máy điện mặt trời Hacom Solar
3.2 Tổng quan về nhà máy a Công suất lắp đặt
Công suất lắp đặt của nhà máy
- Công suất định mức AC: 40.8 MW b Hệ thống tấm quang năng và bộ biến tần
Về công nghệ các tấm quang năng và bộ biến tần:
• Tổng số lượng tấm quang năng: 144,960 tấm
• Số lượng tấm quang năng trên mỗi string: 30 tấm
Hình 3.2: Tấm quang năng Sharp 345Wp
Nguyên lý hoạt động của nhà máy
Theo sơ đồ đơn tuyến nhà máy Hacom Solar ở hình 3.4, sau khi biến đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện DC nhờ các tấm quang năng Dòng điện AC ở ngõ ra của Inverter sẽ đến máy biến áp 0.63/22 kV sau đó qua các thiết bị biến dòng, chống sét van, dao tiếp địa, dao cách ly, máy cắt ở phía máy biến áp 22 kV và tới thanh cái sau đó qua các thiết bị đo áp, dao tiếp địa, máy cắt Các xuất tuyến 472,
474, 476, 478 đi ra ngăn lộ tổng 432, qua thiết bị chống sét và lên máy biến áp T2 22/220 kV qua các dao cách ly, dao tiếp địa, máy cắt 232 và lên lưới truyền tải
Hình 3.4: Sơ đồ đơn tuyến nhà máy Hacom Solar
Tính chọn BESS
3.3.1 Lựa chọn hệ thống ắc quy lưu trữ Để lựa chọn hệ thống ắc quy lưu trữ phù hợp cần xét đến một số tiêu chí:
- Dung lượng lưu trữ: phải đáp ứng việc lưu trữ đủ lượng điện dư thừa của nhà máy
- Kích thước: phù hợp với không gian lắp đặt nhằm bảo đảm tối ưu diện tích và an toàn về điện
- Chức năng: do các bộ phận có thể tách rời, nên các chức năng của BESS sẽ được cân nhắc để lắp kèm theo sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng và phương án đấu nối
- Giá thành: đây là yếu tố quan trọng được cân nhắc trước khi đầu tư cho hệ thống lưu trữ này Việc chỉ tích hợp những tính năng cần thiết sẽ giúp tiết kiệm tối đa chi phí
Hiện nay nhà máy Hacom Solar đang có công suất AC cực đại là 40.8 MW bằng với lượng công suất nhà máy cam kết phát tối đa với điện lực nên chưa có lượng điện dư thừa nào vào khung giờ cao điểm của nhà máy Dựa vào tiêu chí về dung lượng lưu trữ, giả định trường hợp nhà máy bị cắt sản lượng 10 % để thiết kế hệ thống lưu trữ
3.3.2 Mô phỏng sản lượng NMĐMT Hacom Solar bằng phần mềm PVsyst
Do không có sản lượng thực tế của nhà máy điện mặt trời Hacom Solar Vì thế, sản lượng của nhà máy sẽ được mô phỏng từ PVsyst với thông số về tấm quang năng, số lượng Inverter được cung cấp bởi nhà máy (phụ lục 1), (phụ lục 2) Ngoài ra dữ liệu về bức xạ tại khu vực nhà máy được sử dụng lấy từ Solargis (hình 3.5)
Hình 3.5: Kết quả mô phỏng dữ liệu bức xạ của NMĐMT Hacom Solar a Hướng lắp đặt
Các tấm quang năng được lắp đặt quay về hướng Nam và độ nghiêng sẽ là 10 độ do kỹ sư vận hành nhà máy cung cấp như hình 3.6
Hình 3.6: Hướng và độ nghiêng của tấm quang năng b Cấu hình hệ thống
Vào phần System trong PVsyst để cấu hình hệ thống với các thông số về tấm quang năng, và số lượng bộ Inverter đã được trình bày như hình 3.7
Hình 3.7: Cấu hình hệ thống c Cấu hình phần tổn thất Để có được sản lượng chính xác và thực tế, ta cần xét đến các yếu tố về tổn thất như: tổn thất nhiệt, tổn thất điện trở, tổn thất về tấm quang năng cũng như về bụi bẩn
- Tổn thất nhiệt độ: đối với nhà máy điện mặt trời, các tấm quang năng sẽ được lắp đặt trên các khung đỡ Do vậy sẽ có độ thông thoáng ở phía dưới bề mặt, ta sẽ tích vào ô “Free” mounted modules with air circulation như hình 3.8
Hình 3.8: Tổn thất nhiệt độ
- Tổn thất điện trở: trong quá trình phát điện, các tổn thất về dây dẫn điện DC và
AC sẽ xảy ra do chiều dài dây dẫn Phần tổn thất DC và tổn thất AC được chọn bằng nhau và bằng 1.5 % như hình 3.9
Hình 3.9: Tổn thất điện trở
- Tổn thất tấm quang năng: tổn thất do suy giảm tấm quang năng Module quality sẽ được PVsyst cập nhật theo thông số kỹ thuật dung sai của nhà sản xuất Ngoài ra, thông số Light Induced Degradation là loại tổn thất liên quan đến chất lượng sản xuất điện, hiện nay các nhà sản xuất luôn chú ý và giảm thiểu loại tổn thất này nhưng tỉ lệ này vẫn đang ở mức 1 – 3 % như hình 3.10 Thông số này sẽ bằng 2 % theo phần mềm PVsyst đưa ra
- Tổn thất liên quan đến các chuỗi tấm quang năng: hai thông số Module Mismatch Losses và Strings voltage mismatch sẽ liên quan đến tổn thất khi một tấm quang năng trong một chuỗi bị che bóng, hay kém chất lượng sẽ ảnh hưởng đến công suất của cả một chuỗi, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất của hệ thống điện mặt trời Các thông số này được chọn mặc định từ PVsyst như hình 3.10
Hình 3.10: Tổn thất tấm quang năng và các strings
- Tổn thất bụi bẩn: bụi bẩn trong quá trình hoạt động của hệ thống điện mặt trời sẽ ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng điện đầu ra Thông số này được chọn mặc định từ PVsyst là 2 % như hình 3.11
Hình 3.11: Tổn thất bụi bẩn
Từ các thông số trên, chọn phần Simulation để chạy ra sản lượng của hệ thống Đặc tính của điện mặt trời là không liên tục do phụ thuộc vào thời tiết, vì vậy để chọn dung lượng và công suất lắp đặt cho hệ thống ắc quy lưu trữ, ta sẽ lấy sản lượng phát lên lưới của nhà máy Hacom Solar trong một ngày tiêu biểu để tính
Hình 3.12: Sản lượng tiêu biểu của nhà máy Hacom Solar từ PVsyst
3.3.3 Phương án đấu nối BESS
Hệ thống ắc quy lưu trữ cho Hacom Solar sẽ có 4 phương án đấu nối [22]:
- Phương án 1: đấu nối vào tủ Combiner Box – tủ DC (DC – Coupled)
- Phương án 2: đấu nối vào thanh cái trước phía hạ thế của máy biến áp 0.6/22 kV (AC – Coupled)
- Phương án 3: đấu nối vào thanh cái trung thế sau máy biến áp 22 kV, đặt thêm máy biến áp hạ áp giữa BESS và thanh cái trung thế (AC – Coupled)
- Phương án 4: đấu nối vào thanh cái trung thế tổng, đặt thêm máy hạ áp giữa
BESS và thanh cái trung thế tổng (AC – Coupled)
Hình 3.13: Sơ đồ phương án lắp đặt hệ thống BESS
Như vậy để lắp đặt hệ thống ắc quy lưu trữ cho nhà máy Hacom Solar sẽ có bốn phương án Bảng 3.1 so sánh ưu điểm và nhược điểm của các phương án lắp đặt BESS:
Bảng 3.1: Bảng so sánh ưu và nhược điểm của các phương án lắp đặt BESS
Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4 Ưu điểm
Inverter không hỗ trợ ngõ vào cho BESS
- Có thể lược bỏ bộ
PCS giúp tối ưu hơn chi phí
- Tiết kiệm đường dây lắp đặt
- Tiết kiệm đường dây lắp đặt
- Tiết kiệm đường dây lắp đặt
- Dễ dàng mở rộng hệ thống trong tương lai
- Không tối ưu hiệu suất
- Không tối ưu hiệu suất
- Không tối ưu diện tích
- Thay đổi nhiều kết cấu mặt bằng của nhà máy suất -Tốn chi phí mua máy biến áp
- Tốn chi phí mua máy biến áp
- Không an toàn nếu có sự cố Để chọn phương án phù hợp nhất, hệ thống ắc quy lưu trữ được cân nhắc dựa trên các yêu cầu sau:
- Tránh thay đổi quá nhiều về kết cấu mặt bằng: do nhà máy đã được thiết kế từ trước, các thiết bị đã được lắp đặt với các khoảng cách phù hợp, với các thông số và tiêu chuẩn phù hợp, nên việc thay đổi chúng quá nhiều sẽ gây sự mất an toàn cũng như ảnh hưởng đến hiệu suất của nhà máy
- Tính an toàn khi có sự cố xảy ra: gộp nhiều BESS thành một cụm tuy có thể dễ dàng quản lý nhưng khi có sự cố xảy ra, rất dễ gây cháy nổ lan ra diện rộng
- Tối ưu tỉ lệ hoạt động: chia nhỏ các BESS thay vì tập trung sẽ giúp đảm bảo tỉ lệ hoạt động khi Inverter gặp sự cố
Dựa vào các yêu cầu trên, phương án số 2 sẽ được lựa chọn để lắp đặt hệ thống ắc quy lưu trữ cho nhà máy Hacom Solar.
Thiết kế lắp đặt hệ thống BESS
3.4.1 Bố trí hệ thống BESS
Dựa vào các thông số của hệ thống ắc quy lưu trữ và điểm đấu nối, sau đây là bảng so sánh để xét độ tương thích giữa một hệ thống ắc quy lưu trữ với một Inverter trung tâm trong nhà máy điện mặt trời Hacom Solar
Bảng 3.2: Bảng xét độ tương thích giữa Inverter tại Hacom Solar và BESS
Hệ thống ắc quy lưu trữ
Công suất AC tối đa 1.320 MW 2.550 MW
Dải điện áp AC hoạt động 586.5 – 759 V 567 – 693 V
Dòng điện AC tối đa 1,104.6 A 2,337 A
Dựa vào bảng 3.2, có thể bố trí BESS như sau:
- Kết nối một hệ thống ắc quy lưu trữ vào một Inverter Vì nếu Inverter gặp sự cố thì hệ thống lưu trữ cũng sẽ ngừng hoạt động theo, việc chia nhỏ các hệ thống lưu trữ sẽ giúp tăng tỉ lệ hoạt động của hệ thống
- Khoảng cách kết nối từ BESS tới Inverter sẽ là 2m nhằm tối ưu tổn thất đường dây
Hình 3.14: Sơ đồ mặt bằng trước khi đấu nối hệ thống BESS vào Inverter
Hình 3.15: Sơ đồ mặt bằng sau khi đấu nối hệ thống BESS vào Inverter
3.4.2 Tính toán chọn dây AC cho BESS
Việc chọn dây AC sẽ được thực hiện trên web jcalc.net [23] Bằng cách nhập các thông số bao gồm: loại dây, dòng định mức, điện áp định mức, khoảng cách, số sợi và lớp cách điện Trang web sẽ tự tính toán và đưa ra những loại dây dẫn phù hợp
Hình 3.16: Thông số nhập vào web jcalc để chọn dây dẫn phía AC cho BESS
Hình 3.17: Kết quả tính toán từ Web Jcalc
Dựa vào kết quả trên, chọn dây AC loại 3 dây pha và 1 dây trung tính Mỗi một pha sẽ có 5 dây cùng loại với kích thước mỗi sợi là 120 mm² Dây trung tính sẽ chọn loại tiết diện là 60 mm² Lớp cách điện được chọn là XLPE Một yếu tố khá quan trọng khi chọn dây dẫn phải chú ý đến nhiệt độ dây, dưới 70 ºC sẽ là nhiệt độ lý tưởng
3.4.3 Tính toán chọn thiết bị bảo vệ a Chọn thiết bị bảo vệ cho hệ thống ắc quy lưu trữ
Thiết bị bảo vệ của hệ thống được lựa chọn dựa trên dòng điện định mức của PCS bởi công thức
- B: dòng điện định mức của thiết bị bảo vệ phía AC trong một BESS (A);
- B 1 : dòng điện định mức của PCS (A);
- k: hệ số an toàn dùng để chọn thiết bị bảo vệ, thường là 1.25;
Dựa vào kết quả trên, thiết bị bảo vệ phía AC cho BESS là MCCB 1,400 A b Chọn thiết bị bảo vệ tổng
BESS sẽ được lắp vào thanh cái của Inverter nên việc chọn 1 thiết bị bảo vệ tổng ở phía hạ áp của máy biến áp 0.6/22 kV là cần thiết
Thiết bị bảo vệ tổng được chọn bằng cách cộng thông số dòng điện của 2 thiết bị bảo vệ từ Inverter và BESS dựa trên công thức
- S: dòng điện định mức của thiết bảo vệ của thiết bị bảo vệ tổng (A);
- S 1 : dòng điện định mức của thiết bị bảo vệ phía AC Inverter (A);
- S 2 : dòng điện định mức của thiết bị bảo vệ phía AC BESS (A);
Dựa vào kết quả trên, thiết bị bảo vệ tổng ở phía hạ của máy biến áp 0.6/22 kV là ACB 3,900 A
Hình 3.18: Sơ đồ đơn tuyến của trạm Inverter khi lắp BESS
Sơ đồ đơn tuyến của nhà máy Hacom trước khi đấu nối BESS và hình ảnh về sơ đồ đơn tuyến của nhà máy Hacom sau khi đấu nối BESS được thể hiện lần lượt tại phụ lục 4 và phụ lục 5.
Mô phỏng BESS trên SketchUp
Bản vẽ 3D sẽ giúp quan sát trực quan hơn về nhà máy sau khi lắp BESS Nhìn vào hình 3.5 cho thấy, mặt tản nhiệt chính của BESS và Inverter ngược nhau, xung quanh khu vực lắp đặt có khoảng trống đủ rộng để tản nhiệt
Hình 3.19: Mô phỏng mặt bằng sau khi lắp BESS với phần mềm SketchUp
Hình 3.20: Kết quả mô phỏng BESS với phần mềm SketchUp
ĐÁNH GIÁ KHẢ THI VỀ MẶT KINH TẾ
Các loại chi phí của dự án
a Tổng chi phí đầu tư ban đầu
Dựa trên sản lượng cần lưu trữ của nhà máy điện mặt Hacom Solar trong một ngày là 10 % tương đương 31.04 MWh, số lượng hệ thống ắc quy lưu trữ 1.2MW/2MWh được sử dụng để lưu trữ là 16 hệ thống
Bảng 4.1: Bảng tổng chi phí đầu tư dự án
Giá thành cho một hệ thống (VNĐ) (Phụ lục 9)
20,659,250,000 16 330,548,000,000 b Chi phí vận hành và bảo trì
Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống trong quá trình hoạt động sẽ phát sinh khi có bộ phận bị hư hỏng Ngoài ra, chi phí cho đội ngũ vận hành, sửa chữa cũng cần được tính tới, chi phí này của dự án được giả định bằng 10 % tổng doanh thu từ tiền bán điện của hệ thống ắc quy lưu trữ trở lại vào lưới, và sẽ được tính toán cố định trong suốt vòng đời dự án c Chi phí thuế doanh nghiệp
Thuế thu nhập doanh nghiệp là một loại thuế được tính vào lợi nhuận của công ty hay các tổ chức thu về từ các hoạt động kinh doanh, sản xuất Mức thuế thu nhập doanh nghiệp ở Việt Nam là 20 % [24] d Khấu hao
Là phương pháp tính toán để dàn trải chi phí của một tài sản trong suốt vòng đời sử dụng Mục đích của việc tính khấu hao là để giảm thu nhập chịu thuế cho các doanh nghiệp, khi doanh thu từ hoạt động kinh doanh nhỏ hơn chi phí khấu hao thì doanh nghiệp không cần phải chi trả thuế Trong phần tính toán, thời gian khấu hao sẽ bằng vòng đời hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng và chi phí khấu hao sẽ là:
Chi phí khấu hao (VNĐ) = Tổng chi phí đầu tư (VNĐ)
Vòng đời hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng (năm)
Phân tích kinh tế
4.2.1 Tính toán doanh thu và lợi nhuận
Phần tính toán doanh thu và lợi nhuận cho trường hợp nhà máy Hacom Solar bị cắt giảm 10 % sản lượng được trình bày dựa trên một số giả thuyết về:
- Giá bán điện từ hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng: Ở Việt Nam hiện tại, các hình thức kinh doanh và phát triển hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng chưa có chính sách liên quan đến việc mua bán điện Do vậy trong phần tính toán, giá bán điện từ BESS được giả định bằng với giá bán điện mặt trời của nhà máy Hacom Solar là 2,086 VNĐ/kWh
- Độ suy hao: Độ suy hao của hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng cũng được tính toán, nguyên nhân dẫn đến độ suy hao là từ chu kỳ sạc xả trong khoảng thời gian dài Ngoài ra, việc lắp đặt hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng ở gần khu vực tấm quang năng, máy biến áp vốn có nhiệt độ cao khi hoạt động, cộng với tiết nắng nóng vào giữa trưa tác động đáng kể đến suy giảm khả năng tích trữ theo thời gian Trong quá trình tính toán, độ suy hao của hệ thống được giả định giảm 1 % mỗi năm
- Vòng đời của hệ thống ắc quy lưu trữ: được tính toán trong vòng 13 năm, dựa trên tuổi thọ của hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng 1.2MW/2MWh với
5000 chu kỳ sạc xả Tuy nhiên, trên thực tế vòng đời của hệ thống có thể tăng lên nếu như được vận hành và bảo trì tốt
- DOD: Hệ thống ắc quy lưu trữ 1.2MW/2MWh sẽ được cài đặt để xả hết 92 % dung lượng theo thông số kỹ thuật được nhà sản xuất kiến nghị (phụ lục 6), giúp tránh tình trạng xả điện sâu, ảnh hưởng đến tuổi thọ và chất lượng tế bào ắc quy lưu trữ
Tóm lại, doanh thu và lợi nhuận từ việc bán điện của 16 BESS PowerBox 1.2MW/2MWh sau năm đầu tiên và các năm tiếp theo sẽ là:
- Doanh thu năm đầu tiên (VNĐ) = Sản lượng BESS (MWh) × 1,000 × 2,086
- Doanh thu các năm tiếp theo (VNĐ) = Doanh thu BESS năm trước đó (VNĐ)
– [Doanh thu BESS năm trước đó (VNĐ) × 1 %]
- Lợi nhuận (VNĐ) = Doanh thu (VNĐ) – Chi phí O&M (VNĐ) – Thuế (VNĐ) 4.2.2 Xét tính khả thi của dự án
Dựa trên các công thức được trình bày ở phần 4.2.1, ta có được bảng tính toán kinh tế cho phương án sản lượng nhà máy điện mặt trời Hacom Solar bị cắt giảm 10 % sản lượng (phụ lục 8) Từ đó, đồ thị thể hiện giá trị hiện tại ròng qua các năm là:
Hình 4.1: Đồ thị giá trị hiện tại ròng trường hợp bị cắt giảm 10 % sản lượng
Từ hình 4.1, ta thấy được giá trị hiện tại ròng của dự án qua từng năm trong suốt vòng đời hoạt động nhỏ hơn 0 Cụ thể hơn, giá trị hiện tại ròng của toàn bộ dự án được tính bằng tổng giá trị hiện tại của dòng tiền từ năm 1 đến năm 13 là
GIÁ TRỊ HIỆN TẠI RÒNG (TỶ VNĐ )
129.11 (tỷ VNĐ) (phụ lục 10) Do đó, tính được NPV (tỷ đồng) của dự án trong trường hợp bị cắt giảm 10 % sản lượng là – 201.44 < 0 Từ đó kết luận rằng:
Dự án hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng 1.2MW/2MWh cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar với phương án bị cắt giảm 10 % sản lượng không khả thi về mặt kinh tế do NPV của dự án qua các năm nhỏ hơn 0.
Nhận xét và giả thuyết
Từ phần tính toán tính khả thi trường hợp lắp đặt BESS cho NMĐMT Hacom Solar, với NPV của dự án nhỏ hơn 0 sẽ có nhận xét như sau:
• Chi phí đầu tư cho hệ thống ắc quy lưu trữ còn rất cao trên thị trường là nguyên nhân chính dẫn đến tính không khả thi về mặt kinh tế
Từ nhận xét trên và cách tính toán được trình bày phần 4.2.1, có ba giả thuyết được đưa ra để tiếp tục xét tính khả thi của dự án hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng 1.2MW/2MWh cho nhà máy điện mặt trời Hacom Solar:
• Giả thuyết 1: Sản lượng tiếp tục bị cắt giảm
Mục đích của giả thuyết này là tăng khả năng tích trữ năng lượng thông qua việc sản lượng điện mặt trời của nhà máy Hacom Solar phát lên lưới tiếp tục bị cắt giảm Các phương án sản lượng của nhà máy bị cắt giảm tiếp từ 15 % đến 50 % dùng để lưu trữ được thể hiện ở hình 4.2:
Hình 4.2: Đồ thị giá trị hiện tại ròng thể hiện cho giả thuyết 1
Dựa vào hình 4.2: dù sản lượng nhà máy điện mặt trời Hacom Solar phát lên lưới tiếp tục bị cắt giảm để đầu tư thêm hệ thống lưu trữ, dự án vẫn sẽ không khả thi về mặt kinh tế do NPV các phương án cắt giảm đều nhỏ hơn 0 Ngoài ra, sản lượng bị cắt giảm càng cao thì NPV càng âm dẫn đến không có khả năng thu hồi vốn và sinh lời
• Giả thuyết 2: Chi phí đầu tư cho hệ thống ắc quy lưu trữ giảm Ở giả thuyết này, chi phí đầu tư được giả định giảm từ 20 % đến 80 % so với giá thành ban đầu Các trường hợp tính toán được trình bày ở hình 4.3:
Hình 4.3: Đồ thị giá trị hiện tại ròng thể hiện cho giả thuyết 2
Dựa vào hình 4.3: đối với giải pháp cắt giảm chi phí đầu tư, dự án vẫn sẽ tiếp tục không khả thi khi chi phí đầu tư giảm từ 20 % đến 60 % Dự án sẽ hấp dẫn về mặt kinh tế khi chi phí đầu tư giảm từ 65 % trở lên so với tổng chi phí ban đầu
• Giả thuyết 3: Giả thuyết 1 và giả thuyết 2 xảy ra đồng thời
Mục đích của giả thuyết này là xét các trường hợp nhà máy Hacom Solar bị cắt giảm sản lượng và đồng thời chi phí đầu tư ban đầu cũng sẽ giảm Có 6 trường hợp cắt giảm bao gồm:
❖ Trường hợp 1: Chi phí đầu tư giảm 30 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % -
❖ Trường hợp 2: Chi phí đầu tư giảm 40 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % -
❖ Trường hợp 3: Chi phí đầu tư giảm 50 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % -
❖ Trường hợp 4: Chi phí đầu tư giảm 60 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % -
❖ Trường hợp 5: Chi phí đầu tư giảm 65 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % -
❖ Trường hợp 6: Chi phí đầu tư giảm 70 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % -
50 % Ở giả thuyết 3, sáu trường hợp cắt giảm được trình bày lần lượt ở biểu đồ hình 4.4
Hình 4.4: Đồ thị giá trị hiện tại ròng thể hiện cho giả thuyết 3
Dựa vào hình 4.4, với sáu trường hợp trên, dự án sẽ không khả thi về mặt kinh tế từ trường hợp 1 đến trường hợp 4 do NPV nhỏ hơn 0 Dự án sẽ hấp dẫn từ trường hợp 5: “Chi phí đầu tư giảm 65 % và sản lượng bị cắt giảm từ 10 % đến 50 % trở đi” Điều đó cho thấy chi phí đầu tư cao ảnh hưởng rất lớn đến việc ứng dụng công nghệ BESS
Giả thuyết 3 mang tính thực tế hơn vì: một số nhà máy điện mặt trời hiện nay đang bị cắt giảm công suất phát lưới từ 50 % đến 60 %, thậm chí là bị cắt giảm hoàn toàn công suất phát tùy theo khung giờ, khiến doanh thu của các nhà đầu tư giảm và đối mặt với nguy cơ phá sản BESS sẽ là giải pháp được ưu tiên hàng đầu để lưu trữ lượng điện dư thừa đó, giúp tạo thêm doanh thu; ngoài ra, chi phí đầu tư giảm cũng sẽ giúp các doanh nghiệp, các nhà đầu tư tiếp cận gần hơn với mô hình công nghệ này [25].
