tính toán và thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái kho xỉ tại nhà máy đạm ninh bình

Trong đó, cơ cấu nguồn điện đến năm 2030 phấn đấu có 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sử dụng điện mặt trời mái nhà tự sản, tự tiêu phục vụ tiêu thụ tại chỗ, không bán điện vào hệ

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Quy hoạch điện VIII được Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định, phê duyệt ban hành vào ngày 15/05/2023, định hướng rõ về chủ trương phát triển nguồn điện, lưới điện truyền tải, công nghiệp và dịch vụ về năng lượng tái tạo thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm

2050 Trong đó, cơ cấu nguồn điện đến năm 2030 phấn đấu có 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sử dụng điện mặt trời mái nhà tự sản, tự tiêu (phục vụ tiêu thụ tại chỗ, không bán điện vào hệ thống điện quốc gia) Điện mặt trời trên mái nhà được coi là một nguồn năng lượng tự chủ, không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia hay các nguồn năng lượng nhập khẩu Sử dụng điện mặt trời trên mái nhà không chỉ tăng tính chủ động mà còn giảm thiểu rủi ro và sự phụ thuộc vào các nguồn điện truyền thống Chuyển đổi sang sử dụng năng lượng tái tạo từ điện mặt trời trên mái nhà là một giải pháp hiệu quả để giảm phát thải khí nhà kính, tiết kiệm chi phí năng lượng, đặc biệt phù hợp với các cơ sở và doanh nghiệp sản xuất có nhu cầu điện năng lớn Điện mặt trời trên mái nhà không chỉ giúp các doanh nghiệp giảm chi phí sản xuất mà còn mang lại lợi thế cạnh tranh trên thị trường quốc tế, đặc biệt khi Việt Nam tham gia các hiệp định thương mại toàn cầu Các quốc gia nhập khẩu ngày càng yêu cầu các doanh nghiệp xuất khẩu chứng minh quy trình sản xuất xanh, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội Hơn nữa, việc chuyển đổi này phù hợp với xu hướng toàn cầu và cam kết của Chính phủ Việt Nam tại COP 26 về chiến lược cắt giảm phát thải khí nhà kính Trên cơ sở đó, việc thiết kế tính toán cũng như đánh giá hiệu quả đầu tư cho một dự án năng lượng điện mặt trời lắp đặt tại các cơ sở, doanh nghiệp sản xuất là thật sự cần thiết Thông qua việc đánh giá đó để có thể cung cấp cho các chủ đầu tư, các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất một góc nhìn tổng thể hơn trong việc ra quyết định đầu tư, phát triển năng lượng điện mặt trời áp mái tại Việt Nam Từ những góc nhìn thực tế trên, nhóm em đã quyết định lựa chọn đề tài “TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI KHO XỈ NHÀ MÁY ĐẠM NINH BÌNH ”

Nội dung nghiên cứu

Trình bày cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời, thực trạng phát triển hiện nay của điện mặt trời trên Thế giới và ở Việt Nam Đồng thời, tìm hiểu về cấu tạo hệ thống điện năng lượng mặt trời hiện nay cũng như ưu, nhược điểm của các mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời, đặc biệt là về hệ thống điện mặt trời nối lưới

Thực hiện khảo sát, tìm hiểu thông tin dự án để lên phương án tính toán, thiết kế bố trí phương án lắp đặt, áp dụng các tiêu chuẩn hiện hành vào việc lựa chọn các tấm quang điện cũng như các thông số thiết bị như biến tần, thiết bị bảo vệ, máy biến áp, Kết quả thiết kế được thể hiện qua các phần mềm chuyên dụng như Autocad, Sketchup và PVsyst Thực hiện tính toán kinh tế cho hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái kho xỉ nhà máy Đạm Ninh Bình thông qua việc tính toán chi phí lắp đặt, chi phí O&M, dòng tiền dự án để giúp nhà đầu tư biết được tính khả thi của dự án cũng như hiệu quả khi đầu tư.

Phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu

Để tiến hành nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu lý thuyết đã được áp dụng Các kiến thức chuyên sâu về năng lượng tái tạo và các tài liệu liên quan đã được tìm hiểu và tổng hợp nhằm mục đích nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời, tạo nền tảng lý thuyết cho đề tài nghiên cứu.

− Phương pháp quan sát: Tiến hành quan sát khu vực để lấy thông tin cho dự án

− Phương pháp nghiên cứu định lượng: Đo đạc và thiết lập bảng thông tin về vị trí, diện tích lắp đặt, mặt bằng hiện hữu, để lên phương án thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời một cách hiệu quả

− Phương pháp toán học: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế trong việc lập và đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án

− Phương pháp chuyên gia: Tìm đến chuyên gia trong lĩnh vực liên quan để đưa ra những đánh giá, nhận xét, góp ý và bổ sung kiến thức còn thiếu khi thực hiện đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu nhằm thiết kế và tính toán hệ thống điện mặt trời áp mái cho kho xỉ Nhà máy Đạm Ninh Bình, đồng thời đánh giá hiệu quả đầu tư của dự án Kết quả nghiên cứu chứng minh tính khả thi và khả năng sinh lời của dự án, thuyết phục chủ đầu tư triển khai lắp đặt hệ thống nhằm khai thác nguồn năng lượng tái tạo hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế và nâng cao hình ảnh xanh của doanh nghiệp.

Phạm vi nghiên cứu

− Phạm vi không gian: Kho Xỉ, Lô Đ7, Khu công nghiệp Khánh Phú, Xã Khánh Phú, Huyện Yên Khánh, tỉnh Ninh Bình

− Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện trong khoảng ba tháng, từ ngày 10/03/2024 đến ngày 10/06/2024.

Nội dung của đề tài

− Chương 2 Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời

− Chương 3 Tính toán, thiết kế mô phỏng về hệ thống điện mặt trời áp mái kho xỉ nhà máy Đạm Ninh Bình 1004 kWp

− Chương 4 Đánh giá hiệu quả đầu tư và kinh tế của hệ thống điện mặt trời nhà máy Đạm Ninh Bình

− Chương 5 Kết quả và thảo luận

− Chương 6 Kết luận và kiến nghị

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Lý thuyết cơ bản về năng lượng mặt trời

2.1.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng đầu tiên trên thế giới, được con người tận dụng từ trước khi biết cách tạo ra lửa Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng bức xạ và nhiệt xuất phát từ mặt trời như là một lò phản ứng hạt nhân tự nhiên Mặt trời giải phóng những gói năng lượng nhỏ gọi là photon, di chuyển quãng đường 93 triệu dặm từ mặt trời đến trái đất trong khoảng 8,5 phút Mỗi giờ, lượng photon này tác động lên hành tinh của chúng ta đủ để tạo ra nguồn năng lượng mặt trời đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu trong cả năm Con người khai thác, lưu trữ và chuyển đổi năng lượng mặt trời thông qua tấm pin năng lượng Đây được xem là nguồn nguyên liệu sạch thân thiện với môi trường và giúp giảm thải hiệu ứng nhà kính

2.1.2 Các ứng dụng thực tiễn của năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời cung cấp ánh sáng và nhiệt lượng Hai dạng chuyển hóa phổ biến từ nguồn năng lượng này là:

Hình 2.1 Máy nước nóng năng lượng mặt trời

− Nhiệt năng: Chuyển đổi bức xạ nhiệt của mặt trời thành nhiệt năng Nhiệt năng sau đó sẽ được sử dụng cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt như thiết bị, máy móc sản xuất, hệ thống sưởi, hệ thống chiếu sáng, hoặc đun nước tạo hơi quay cho tuabin điện

− Điện năng: Chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành nguồn điện phục vụ cho hoạt động sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt của con người

Tình hình phát triển

“Năng lượng mặt trời đang trở thành một nguồn năng lượng tái tạo phát triển rộng rãi trên toàn cầu Trong những năm gần đây, sử dụng năng lượng mặt trời đã trở thành một giải pháp năng lượng bền vững và kinh tế hơn.”

Theo Báo cáo thường niên năm 2021 của Hiệp hội năng lượng mặt trời châu Âu (Solar Power Europe), năm 2020 đã chứng kiến việc lắp đặt hơn 137.000 MW điện mặt trời trên toàn cầu Đây được xem là những con số nổi bật, vượt qua các tác động tiêu cực của đại dịch COVID-19 Trong năm 2020, tổng công suất điện mặt trời được lắp đặt mới trên thế giới đạt con số "kỷ lục" là 138.200 MW, tăng 18% so với năm 2019 Điều này đã đưa tổng công suất điện mặt trời toàn cầu lên 773.200 MW

Trong đó, có tới 5 quốc gia hiện đang có tổng công suất điện mặt trời dẫn đầu trong năm 2020, bao gồm các nước như Trung Quốc (48.200 MW), Mỹ (19.200 MW), Việt Nam (11.600 MW), Nhật Bản (8.200 MW) và Australia (5.100 MW).[1]

Hình 2.2 Biểu đồ công suất năng lượng mặt trời tích lũy toàn cầu giai đoạn 2016 - 2020 và dự báo giai đoạn 2021 - 2025 (Nguồn: www.solarpowereurope.org)

Theo Hiệp hội năng lượng mặt trời châu Âu, lĩnh vực năng lượng điện mặt trời sẽ tăng thêm 163.200 MW trong năm 2021 và tăng trên 200.000 MW vào năm 2022 trong giai đoạn 2021 – 2025 Đến năm 2025, tốc độ này dự kiến sẽ đạt 266.000 MW/năm Tổng công suất tích lũy điện mặt trời toàn cầu sẽ đạt từ 1,9 - 2,1 triệu MW vào cuối năm 2025 Các thị trường lớn nhất về sự phát triển điện mặt trời trong giai đoạn 2021 - 2025 sẽ bao

6 gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Đức, Nhật Bản, Úc, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Hà Lan và Việt Nam

Việt Nam được xem là một trong những quốc gia có tiềm năng lớn để khai thác năng lượng mặt trời

Vị trí địa lý và khí hậu thuận lợi: Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, được thiên nhiên ban tặng với vị trí địa lý thuận lợi Với diện tích rộng lớn và việc tiếp nhận ánh sáng mặt trời suốt năm, Việt Nam có tiềm năng lớn để khai thác năng lượng mặt trời.

Lượng ánh sáng Mặt trời dồi dào: Với cường độ ánh sáng cao và lượng giờ nắng hàng ngày, tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam ở mức đáng kể Theo các nghiên cứu, mỗi mét vuông của lãnh thổ Việt Nam nhận được khoảng 4-5 kWh ánh sáng Mặt trời mỗi ngày, tương đương với hơn 1.500 kWh ánh sáng Mặt trời mỗi năm.

Phân bố đồng đều và phong cách sống dân cư phù hợp: Việt Nam có một phân bố đồng đều về ánh sáng Mặt trời trên toàn quốc, từ miền Bắc đến miền Nam Điều này tạo ra cơ hội để khai thác năng lượng mặt trời ở các khu vực đô thị, nông thôn, khu công nghiệp và các khu du lịch.

Chính sách hỗ trợ và khuyến khích đầu tư: Chính phủ Việt Nam đã áp dụng nhiều chính sách hỗ trợ và khuyến khích đầu tư vào năng lượng mặt trời Điều này bao gồm ưu đãi thuế, giảm giá đất, cơ chế mua lại điện, và các quy định liên quan để thúc đẩy phát triển các dự án năng lượng mặt trời [2]

Tính đến hết năm 2022, tổng công suất lắp đặt của hệ thống điện Việt Nam là 80.704

MW Trong đó, điện mặt trời chiếm 16.567 MW, chiếm khoảng 20,5% (trong đó có hơn 9.000 MW là điện mặt trời mái nhà)

Hình 2.3 Hiện trạng cơ cấu công suất nguồn điện tại Việt nam tính đến cuối năm 2022

Theo Dự thảo Quy hoạch Điện VIII của Chính phủ, công suất lắp đặt điện mặt trời dự kiến sẽ tăng từ 17 GW trong giai đoạn 2020-2025 lên khoảng 20 GW vào năm 2030 Điện mặt trời được kỳ vọng sẽ chiếm 17% trong tổng cơ cấu nguồn điện vào năm 2025 và sẽ tăng lên 24% vào năm 2030

Hình 2.4 Định hướng công suất nguồn điện theo Quy hoạch điện 8 (nguồn: Bộ Công

❖ Hiện trạng điện mặt trời mái nhà ở Việt Nam

Tính đến ngày 31/12/2023 các tổng công ty điện lực, công ty điện lực đang thực hiện hợp đồng mua bán ĐMTMN với các tổ chức, cá nhân tại 103.509 hệ thống, với công suất lắp đặt khoảng 9.595.853 kWp được lắp đặt theo cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam (theo Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg và Quyết định số 13/2020-QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ) Theo số liệu tổng hợp, tổng sản lượng điện phát lên hệ thống điện quốc gia trong năm 2023 là 11,135 tỷ kWh, chiếm 3,97% tổng sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu toàn hệ thống [3]

Mặc dù cơ chế mới cho điện mặt trời vẫn chưa được ban hành, nhưng từ năm 2021 đến nay vẫn có nhiều hệ thống ĐMTMN được lắp đặt sử dụng theo tiêu chí “tự sản, tự tiêu”.

Tổng công suất đặt của các hệ thống ĐMT miền Nam trong cả nước lớn hơn 500 kWp chiếm tỷ lệ khoảng 76% (chủ yếu tập trung ở miền Nam và miền Trung), trong khi đó đối với các hệ thống < 50 kWp (chiếm 10,96%) Các hệ thống ĐMTMN đều tập trung ở tại các khu vực miền Nam (57,94%) và miền Trung (31,96%), Thành phố Hồ Chí Minh (3,69%) Còn tỷ lệ công suất lắp đặt ĐMTMN tại miền Bắc chỉ đạt 6,07%, Hà Nội đạt 0,35% [3]

Các chủ đầu tư phát triển ĐMTMN chủ yếu lắp đặt trên mái nhà trang trại chăn nuôi, trồng trọt (chiếm 59,73% công suất đặt) Tiếp theo đến lắp đặt trên mái nhà kho, nhà xưởng khu công nghiệp (chiếm 23,19%) Còn lại lắp đặt trên mái nhà ở riêng lẻ, công trình dân dụng như: Văn phòng công ty, đơn vị hành chính sự nghiệp, trung tâm thương mại dịch vụ, cơ sở tôn giáo, bệnh viện, trường học, công trình hạ tầng kỹ thuật (chỉ chiếm 17,07%) [3]

Cấu tạo của hệ thống năng lượng điện mặt trời

Hệ thống điện năng lượng mặt trời chủ yếu bao gồm các thành phần chính sạu:

− Các tấm pin quang điện: Các tấm pin thực hiện việc nhận ánh sáng năng lượng mặt trời và chuyển đổi quang năng thành điện năng dựa trên hiệu ứng quang điện

− Bộ biến tần (Inverter): Có chức năng chuyển đổi nguồn điện DC từ tấm pin NLMT sang điện AC để sử dụng và hòa vào lưới điện Quốc Gia

− Hệ thống ắc quy lưu trữ (trong trường hợp không hòa lưới điện): Đảm nhận việc lưu trữ điện năng phát ra từ các tấm pin NLMT phục vụ cho tải sử dụng

− Các phụ kiện khác: Bao gồm kẹp, dàn khung, dây dẫn DC, dây dẫn AC, thanh

9 rail có nhiệm vụ nâng đỡ, kết nối giữa các thành phần với nhau trong hệ thống

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động một cách đơn giản như sau:

Các tấm pin NLMT được lắp đặt ở mái nhà hoặc những nơi thuận lợi để tiếp thu nhiều ánh nắng mặt trời nhất, nơi ít bị ảnh hưởng bởi bóng che Khi đó, tấm pin sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều dựa vào hiệu ứng quang điện Dòng điện một chiều này sẽ được bộ biến tần chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều cùng tần số, công suất phù hợp với điện lưới Sau đó dòng điện được đưa đến cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà hoặc hòa vào lưới điện Quốc gia Nếu hệ thống có ắc quy dự trữ, hệ thống này sẽ sử dụng năng lượng mặt trời để sạc cho các ắc quy lưu trữ

2.3.2 Một số thiết bị và vật tư chủ yếu cho điện mặt trời Để chuẩn bị cho một hệ thống điện mặt trời áp mái, chúng ta cần lên danh sách các vật tư, bóc tách khối lượng cần thiết cho phù hợp với điều kiện thực tế hệ cần lắp đặt và theo nhu cầu của chủ đầu tư Dưới dây là một số vật tư chính cần thiết để thi công hệ thống điện mặt trời

Bảng 2.1 Bảng một số vật tư chính lắp đặt điện mặt trời

STT VẬT TƯ HÌNH ẢNH

4 Khung đỡ dàn pin NLMT

Phụ kiện lắp đặt hoàn thiện:

+Thanh ray nhôm, ốc innox 304

+ Kẹp tấm pin – Kẹp Giữa/ Kẹp biên

+ Đầu nối cáp điện MC4

Hệ thống pin lưu trữ

Các loại hệ thống điện năng lượng mặt trời hiện nay

Hiện nay, có 3 hình thức lắp đặt hệ thống điện mặt trời phổ biến bao gồm: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On Grid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off Grid) và hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid)

2.4.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On Grid)

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới (On Grid) được xem là hệ thống điện mặt trời đấu nối hòa vào lưới điện của Điện lực và bám theo nhu cầu tải sử dụng

Cấu tạo cơ bản của hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm các thành phần cơ bản sau:

− Tấm pin năng lượng mặt trời: Chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

− Biến tần hòa lưới (inverter): Biến đổi dòng điện DC từ tấm pin sang dòng điện AC để cho tải sử dụng.

− Thiết bị chống phát ngược lên lưới (Zero Export): là thiết bị bám theo tải sử dụng, đảm bảo không có lượng điện dư thừa từ hệ thống điện mặt trời đẩy lên lưới

Hình 2.5 Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới hoạt động song song với lưới điện, đảm bảo nguồn điện liên tục cho các thiết bị điện trong gia đình Khi lượng điện mặt trời phát ra không đủ, điện lưới sẽ bổ sung để đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng, luôn ưu tiên sử dụng nguồn điện mặt trời trước Ngược lại, nếu hệ thống sản xuất điện dư thừa so với nhu cầu, lượng điện dư sẽ được đẩy ngược vào lưới điện.

12 lưới điện quốc gia Tuy nhiên, hiện nay nhà nước vẫn chưa có chính sách mua điện mặt trời trở lại nên hệ thống sẽ tự động cân bằng lượng điện mặt trời tạo ra với nhu cầu sử dụng để không có điện dư thừa phát lên lưới (chế độ Zero Export)

2.4.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off Grid)

Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập (Off Grid) được xem là hệ thống điện mặt trời lắp đặt không kết nối với lưới điện Quốc Gia, độc lập hoàn toàn với lưới điên và sử dụng bình lưu trữ để lưu trữ và phát điện

Cấu tạo cơ bản của hệ thống gồm các thành phần cơ bản sau:

− Tấm pin năng lượng mặt trời: Chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

− Inverter độc lập: Biến đổi dòng điện DC từ tấm pin sang dòng điện AC để sử dụng cho tải sử dụng.

− Bộ lưu trữ điện: Lưu trữ điện năng từ tấm pin năng lượng mặt trời để sử dụng khi cần thiết

Hình 2.6 Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

Hệ thống điện mặt trời độc lập không kết nối với lưới điện, sử dụng bình lưu trữ để lưu trữ điện năng, vì vậy phụ tải sẽ luôn được cấp điện, ngay cả khi mất điện lưới Tuy nhiên, hệ thống sẽ sử dụng bình lưu trữ hoặc ắc quy để lưu trữ điện năng nên chi phí đầu

13 tư ban đầu cao cũng như chi phí bảo dưỡng, bảo trì hàng năm lớn Do đó, hệ thống này chỉ thích hợp với những khu vực vùng sâu, vùng xa, khu vực chưa có lưới điện của Điện lực

2.4.3 Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid)

Hệ thống điện năng lượng mặt trời kết hợp (Hybrid) được xem là sự kết hợp giữa 2 giải pháp hệ thống điện mặt trời hòa lưới và độc lập

Cấu tạo cơ bản của hệ thống gồm các thành phần cơ bản sau:

− Tấm pin năng lượng mặt trời: Có chức năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

− Inverter kết hợp (Hybrid Inverter): Biến đổi dòng điện DC từ tấm pin sang dòng điện AC cho các thiết bị tải sử dụng kết hợp lưu trữ điện năng

Hình 2.7 Hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp

Hệ thống điện mặt trời kết hợp là hệ thống vừa nối lưới từ Điện lực và sử dụng hệ thống lưu trữ (pin sạc, ắc quy) để cung cấp điện cho phụ tải sử dụng Trong điều kiện bình thường, phụ tải sẽ được ưu tiên cấp từ hệ thống điện mặt trời, nếu thiếu sẽ lấy một phần từ điện lưới bù vào Trong trường hợp mất điện lưới, phụ tải sẽ được cấp điện từ hệ thống lưu trữ Tuy nhiên, với chi phí đầu tư ban đầu cao hơn hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới do phải sử dụng hệ thống lưu trữ Vì vậy, hệ thống này chỉ phù hợp với đối tượng là các khách hàng đang sử dụng điện từ lưới điện của Điện lực và có nhu cầu cấp điện liên tục, ổn định

Bảng 2.2 Bảng so sánh giữa các loại hệ thống điện NLMT hiện nay

Loại hệ thống Hòa lưới Hòa lưới kết hợp lưu trữ Độc lập Định nghĩa

Hệ thống được kết nối trực tiếp với lưới điện quốc gia

Kết hợp ưu điểm của hệ thống hòa lưới và độc lập

Hệ thống độc lập với lưới điện quốc gia Ưu điểm

- Chi phí đầu tư thấp

- Bán lại điện dư thừa cho EVN khi có chính sách mua bán điện

- Cung cấp điện ổn định 24/7

- Tối ưu hóa hiệu quả sử dụng điện

- Điều tiết nạp xả lượng điện dư thừa giờ trưa

- Lưu trữ điện sử dụng vào ban đêm hoặc khi mất điện

- Phù hợp cho khu vực chưa có lưới điện

- Phụ thuộc vào lưới điện quốc gia

- Mất điện khi mất lưới điện quốc gia

- Chi phí đầu tư cao

- Tuổi thọ lưu trữ phụ thuộc vào sản phẩm Ứng dụng

- Khách hàng có kết nối lưới điện

- Nhu cầu sử dụng điện chủ yếu vào ban ngày

- Khách hàng muốn sử dụng điện ổn định

- Tối ưu hóa hiệu quả sử dụng điện

- Khách hàng không có kết nối lưới điện

- Nhu cầu điện sử dụng vào ban đêm

Thời gian hoàn vốn Nhanh Lâu Lâu nhất

Các phần mềm sử dụng trong dự án

AutoCAD là phần mềm soạn thảo đồ họa vector 2D và 3D được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế kỹ thuật, bao gồm xây dựng, nội thất, cơ khí, điện tử, Phần mềm này được phát triển bởi hãng Autodesk và ra mắt lần đầu tiên vào năm 1982

15 Để thuận lợi cho việc thiết kế, nhóm sử dụng phần mềm trong việc thiết kế mặt bằng nhà xưởng, chia chuỗi string, bố trí các tấm PV, hệ thống máng cáp và đi dây cho hệ thống năng lượng mặt trời, từ đó có thể lên các phương án lắp đặt, bố trí hợp lý cũng như chính xác khối lượng công việc

SketchUp là phần mềm mô phỏng 3D được phát triển bởi công ty Trimble, một công ty chuyên phát triển phần mềm ứng dụng cho ngành xây dựng SketchUp được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực kiến trúc, nội thất và đồ họa 3D

Việc mô phỏng dự án trên phần mềm Sketchup sẽ giúp chúng ta có cái nhìn trực quan, dễ hình dung và sinh động hơn về dự án

2.5.3 Phần mềm mô phỏng PVsyst

PVSyst được coi là giải pháp phần mềm toàn diện cho nghiên cứu, đánh giá, mô phỏng và phân tích hệ thống PV (Quang điện) Phần mềm này được nhiều kiến trúc sư, kỹ sư và nhà nghiên cứu tin dùng để mô phỏng, ứng dụng và thiết kế các hệ thống điện mặt trời.

Nhóm sử dụng phần mềm để mô phỏng dự án điện mặt trời, đánh giá sự tương thích giữa các tấm PV và Inverter, dự đoán sản lượng điện tạo ra hằng năm phục vụ cho bài toán phân tích hiệu quả đầu tư

Hình 2.10 Phần mềm mô phỏng PVsyst

Các phương pháp phân tích dự án

2.6.1 Giá trị hiện tại ròng (NPV)

NPV (Giá trị hiện tại ròng) là giá trị hiện tại của dòng tiền chi ra và thu vào dự kiến của một khoản đầu tư tại thời điểm hiện tại Đây là thước đo giúp các nhà đầu tư xác định lợi nhuận hoặc thua lỗ dự kiến của khoản đầu tư, từ đó quyết định việc có triển khai dự án hay không.

Ct: Chi phí năm t r: Suất chiết khấu n: Thời gian hoạt động của dự án

NPV là chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá dự án theo nguyên tắc:

NPV0: đầu tư hiệu quả

NPV càng lớn dự án càng có hiệu quả

2.6.2 Tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR)

Phương pháp tỷ lệ hoàn vốn nội bộ (IRR) của một dự án được định nghĩa là lãi suất chiết khấu làm cho NPV của dự án tại đó bằng 0 Đó chính là lãi suất thoả mãn đẳng thức:

Ct: Chi phí năm t r: Suất chiết khấu n: Thời gian hoạt động của dự án

Dự án lựa chọn theo tiêu chí IRR lớn hơn hoặc bằng suất sinh lợi tối thiểu mà nhà đầu tư mong đợi

2.6.3 Phương pháp tỷ số lợi ích – chi phí (B/C) Đây là phương pháp phân tích mang tính phổ biến và áp dụng rộng rãi nhất Tỷ số lợi ích – chi phí được tính bằng cách đem chia hiện giá ròng của ngân lưu lợi ích và hiện giá ròng của ngân lưu chi phí, với suất chiết khấu là chi phí cơ hội vốn Dự án sẽ được lựa chọn nếu giá trị tỷ số B/C lớn hơn hoặc bằng 1

2.6.4 Phương pháp thời gian hoàn vốn có chiết khấu DPP (Discounted Payback Period)

Phương pháp thời gian toàn vốn có chiết khấu là khoảng thời gian cần thiết để tổng giá trị hiện tại tất cả dòng thu nhập trong tương lai của dự án vừa đủ bù đắp số vốn đầu tư bỏ ra ban đầu

Cách tính thời gian hoàn vốn có chiết khấu sẽ giúp doanh nghiệp có cái nhìn chính xác hơn bởi nó xem xét đến giá trị thời gian của tiền tệ Thời gian hoàn vốn càng ngắn thì dự án đó càng hấp dẫn và thu hút các nhà đầu tư

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI KHO XỈ NHÀ MÁY ĐẠM NINH BÌNH 1004 KWP

Giới thiệu về dự án tại nhà máy Đạm Ninh Bình

Kho xỉ của Nhà máy Đạm và hóa chất Ninh Bình được xây dựng trong khuôn viên KCN Khánh Phú với tổng diện tích 5.952m 2 Kho xỉ của Nhà máy được xây dựng kết hợp với nghiên cứu, sản xuất các loại phân bón cho cây trồng

Do vậy, việc đầu tư lắp đặt nguồn năng lượng xanh để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện cho sản xuất nghiên cứu phân bón cho cây trồng, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tại chỗ đáp ứng phát triển kinh tế bền vững và sản phẩm hình thành dưới dạng sản phẩm xanh đáp ứng yêu cầu cạnh tranh cho xuất khẩu

Thông tin chính của dự án như sau:

− Tên dự án: Nhà máy điện mặt trời áp mái kho xỉ nhà máy Đạm Ninh Bình

− Vị trí lắp đặt: Kho xỉ của NM Đạm và hóa chất Ninh Bình

− Vị trí dự án: Lô Đ7, Khu công nghiệp Khánh Phú, xã Khánh Phú, huyện Yên Khánh, Ninh Bình

− Toạ độ địa lý của dự án có toạ độ địa lý như sau: 20°14'41.4"N 106°01'38.8"E

Hình 3.1 Vị trí dự án trên Google Earth

Dự án được nằm trong KCN Khánh Phú, kết nối các đường giao thông nội khu KCN

Vị trí KCN Khánh Phú được kết nối với tuyến đường QL10 nằm về phía Tây Nam và cách vị trí đường cao tốc (CT01) về phía tây khoảng 1,8km

Khu vực có bức xạ mặt trời hàng năm khoảng 1.248 kWh/m 2 , tương đương khoảng 3,5kWh/m 2 /ngày Đây là khu vực bức xạ tương đối tốt so với khu vực miền Bắc để phát triển năng lượng mặt trời

Mục tiêu của dự án

Dự án được xây dựng đạt được các mục tiêu sau:

− Giảm tiêu thụ điện từ điện lưới, điện than nội bộ nhà máy vào ban ngày

− Tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo tự nhiên để sản xuất ra năng lượng phục vụ cho nghiên cứu và sản xuất

− Giảm chi phí truyền tải, giảm nguồn huy động từ hệ thống điện, giảm áp lực thiếu điện của Miền Bắc

− Sản phẩm nghiên cứu và sản xuất được tạo ra đáp ứng các tiêu chí về sản phẩm xanh, giảm phát thải môi trường và đạt được tín chỉ cacbon, nâng cao về sản phẩm và chất lượng xuất khẩu đi các thị trường châu Âu (cam kết về giảm phát thải CO2 của thế giới)

Để thực hiện cam kết COP26, Việt Nam đặt mục tiêu phát triển bền vững về năng lượng xanh, đồng thời giảm chi phí năng lượng hóa thạch Bằng cách chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch, Việt Nam có thể tiết kiệm được rất nhiều tiền và góp phần bảo vệ môi trường, hướng tới tương lai năng lượng bền vững.

− Đáp ứng yêu cầu của QĐ 500 của Thủ tướng Chính Phủ phê duyệt.

Tiềm năng năng lượng mặt trời khu vực dự án

3.3.1 Dữ liệu năng lượng bức xạ mặt trời của Việt Nam

Dựa theo Bản đồ tiềm năng năng lượng mặt trời do Bộ Công Thương ban hành tháng 01/2015, năng lượng mặt trời chủ yếu tập trung ở khu vực phía Nam và Tây Bắc của Việt Nam Tiềm năng năng lượng mặt trời dạng pin quang điện đạt từ 0,8-1,2 GWh/năm, trong khi dạng tập trung đạt từ 60-100 GWh/năm

Với khí hậu nhiệt đới của Việt Nam, nguồn năng lượng mặt trời có thể được sử dụng quanh năm Vùng có tiềm năng điện mặt trời tốt nhất nằm ở khu vực Thừa Thiên Huế và miền Nam

Các tỉnh miền Bắc nước ta, cụ thể là vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai ) và Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh ), sở hữu tiềm năng năng lượng mặt trời lớn với mức bức xạ nhiệt trung bình 4 kWh/m2/ngày và số giờ nắng khoảng 1.800 - 2.100 giờ/năm Nhờ vậy, các tỉnh thành miền Bắc có thể khai thác hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời Hiện nay, công nghệ năng lượng mặt trời đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới Với những tiến bộ và hiệu suất cao, việc đầu tư và phát triển điện mặt trời tại miền Bắc Việt Nam sẽ mang lại hiệu quả đáng kể.

Hình 3.2 Bản đồ bức xạ mặt trời trực tiếp tại Việt Nam

Tiềm năng ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố tương đối đều trong suốt cả năm

Bảng 3.1 Số liệu bức xạ mặt trời tại các khu vực

Cường độ BXMT (kWh/m 2 /ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1.600 – 1.750 3,3 – 4,1 Trung bình

Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2.000 – 2.600 4,9 – 5,7 Rất tốt

Trung bình cả nước 1.700 – 2.500 4,6 Tốt

3.3.2 Dữ liệu năng lượng bức xạ mặt trời tại khu vực dự án

Huyện Yên Khánh nằm cách Trung tâm tỉnh Ninh Bình 11 km theo Quốc lộ 10 Phía Tây Bắc giáp Thành phố Ninh Bình, phía Bắc và Đông Bắc giáp hai huyện Nghĩa Hưng và Ý Yên, tỉnh Nam Định Phía Nam giáp huyện Kim Sơn và phía Tây Nam giáp huyện Yên

Yên Khánh thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa và gần biển, nên có môi trường mát mẻ Tuy nhiên, thời tiết vẫn chia thành hai mùa rõ rệt Mùa hạ có nắng nóng và chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam Mùa đông, gió mùa Đông Bắc ảnh hưởng khá lớn và có sương muối, nhưng không nhiều như các huyện phía Bắc của tỉnh Dữ liệu từ nguồn số liệu GLOBAL cho thấy dự án năng lượng mặt trời tại vị trí này được phân bố đều suốt cả năm Trừ những ngày có mưa, hầu hết các ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện và đáp ứng nhu cầu sinh hoạt

Hình 3.3 Dữ liệu bức xạ mặt trời tại Ninh Bình

− Số giờ nắng trung bình tại Ninh Bình là trong năm khoảng: 1.600-1.700 giờ

− Bức xạ trực tiếp trung bình đạt 725,7kWh/m2/năm

− Bức xạ theo phương ngang đạt 1377,2 kWh/m2/năm

− Bức xạ theo phương nghiêng đạt 1398,6kWh/m2/năm

Với công nghệ tiến tiến của các tấm pin hiệu suất cao như hiện nay thì thời tiết khí hậu ôn hòa vẫn đảm bảo phát điện hiệu suất cao.

Các tiêu chuẩn sử dụng trong thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị

3.4.1 Phạm vi và đối tượng

Tiêu chuẩn thiết kế này đưa ra các yêu cầu thiết kế cho các dự án điện mặt trời trên mái nhà nói chung theo hệ thống tiêu chuẩn quốc tế IEC và ISO Bao gồm:

− Tất cả thành phần liên quan đến hệ thống điện mặt trời

− Bộ biến tần chuyển đổi DC/AC, tủ MDB

− Hệ thống đo đếm điện năng

− Hệ thống tiếp địa, chống sét làn truyền và các hệ thống phụ trợ khác

− Các cơ sở hạ tầng lân cận khu vực dự án

− Hệ thống giá đỡ PV, máng cáp DC và AC và hệ thống phòng cháy chữa cháy

3.4.2 Tiêu chuẩn áp dụng thiết kế điện nhất thứ

− TCVN 9385-2012 Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.

− Hệ thống nối đất, chống sét cho trạm biến áp dùng tiêu chuẩn IEEE-Std 80-2000:

"Guide for safety in AC Grounding System".

− QCVN QTĐ-7: 2009/BCT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện Tập 7: Thi công các công trình điện.

− QCVN QTĐ-8:2010/BCT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện Tập 8: Quy chuẩn kỹ thuật điện hạ áp.

3.4.3 Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết bị nhất thứ

Lựa chọn thiết bị, vật liệu nhất thứ được áp dụng theo tiêu chuẩn sau:

− Tiêu chuẩn máy biến áp: IEC 60076

− Tiêu chuẩn thiết bị đóng cắt trọn bộ điện áp trên 1kV đến 52kV: IEC 62271-200

− Tiêu chuẩn cách điện: IEC 60273, 60383, 60305

− Tiêu chuẩn dây dẫn: IEC 60189

− Tiêu chuẩn cáp lực: IEC 60502, IEC 60228

− Dây trần dùng cho đường dây tải điện: TCVN 5064-1994

3.4.4 Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết bị điều khiển, bảo vệ

− Thử nghiệm phóng điện tĩnh: IEC 60255-22-2, IEC 61000-4-2.

− Nhiễu loạn quá độ: IEC 61000-4-4, IEC 60255-22-4

− Ảnh hưởng điện từ trường: IEC 61000-4-8(9), IEC 60255-25

− Ảnh hưởng nguồn cung cấp: IEC 61000-4-11, IEC 60255-11

− Thử nghiệm sự phân bố tần số cao: IEC 60255-22-3, IEC 61000-4-3

− Thử nghiệm xung điện áp: IEC 60255-22-1.

Tính toán, lựa chọn thiết bị và thiết kế hệ thống

Nhà máy đạm Ninh Bình tọa lạc tại tỉnh Ninh Bình thuộc miền Bắc Việt Nam có nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 23-26°C, vì vậy mà tạo ra tiềm năng lớn cho việc phát triển điện mặt trời Ninh Bình nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô, chịu ảnh hưởng của mùa đông lạnh giá của miền Bắc Nhiệt độ trung bình năm là 25,6°C, nhưng vào mùa đông, nhiệt độ ở vùng đồng bằng có thể xuống dưới 11°C, và ở các vùng núi thậm chí còn thấp hơn thế Độ ẩm trung bình trong không khí đạt 86%, cùng với lượng mưa trung bình từ 1950 đến 2400mm vì thế rất phù hợp cho việc lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời

Dữ liệu khí tượng về Ninh Bình được sử dụng trong phần mềm Pvsyst là từ dữ liệu Meteonorm, một nguồn dữ liệu trong thiết kế mô phỏng hệ thống điện mặt trời được công nhận và đánh giá cao bởi cộng đồng khoa học và các nhà nghiên cứu hàng đầu trên toàn cầu

Hình 3.4 Mô phỏng dữ liệu tại vị trí dự án bằng phần mềm PVsyst

Dựa theo bảng dữ liệu trên, ta quan sát và đánh giá để tính được số giờ nắng trung bình hàng ngày tại Nhà máy Đạm Ninh Bình dựa theo thông số từ cột GlobHor:

Bảng 3.2 Thông tin khảo sát dự án

Vị trí Khu vực Kích thước hình học

Nhà máy Đạm Ninh Bình Kho Xỉ

Dài Rộng Độ dốc Loại tole

Dựa vào các số liệu khảo sát, chúng ta có thể sử dụng phần mềm AutoCAD để thực hiện việc bố trí tấm pin trên mặt bằng mái hiện có Qua quá trình này, chúng ta có thể tối ưu hóa số lượng tấm pin và đảm bảo rằng công suất được bố trí phù hợp với các tiêu chuẩn thiết kế

Hình 3.5 Mặt bằng Kho Xỉ đang được xây dựng

Hình 3.6 Mặt bằng Kho Xỉ được vẽ trên phần mềm AutoCAD

3.5.3 Tính toán lựa chọn tấm pin NLMT

Phần này trình bày các thông số kỹ thuật cơ bản của những thiết bị chính trong nhà máy điện mặt trời, phù hợp với các tiêu chuẩn chung của công nghiệp điện mặt trời trên thế giới Phần tính toán mô phỏng sau đó sẽ sử dụng thông số kỹ thuật của các nhà sản xuất cụ thể, phù hợp với những tiêu chuẩn trên

❖ Nguyên tắc lựa chọn chủng loại tấm pin:

Nguyên tắc lựa chọn chủng loại pin như sau:

− Tấm pin quang điện có công nghệ tiên tiến và ổn định sẽ được lựa chọn

− Tấm pin quang điện được lựa chọn theo đặc điểm của nguồn năng lượng mặt trời và điều kiện xây dựng tại công trường

Tế bào quang điện đơn thể là đơn vị tối thiểu một tấm pin quang điện Các loại tế bào quang điện chủ yếu bao gồm tế bào quang điện silic đơn tinh thể, đa tinh thể, tế bào màng mỏng silic vô định hình và pin quang điện dạng tập trung…

Hình 3.7 Phân loại các công nghệ pin quang điện

❖ Lựa chọn công suất tấm pin quang điện Đối với dự án Điện mặt trời áp mái kho xỉ, thông qua nghiên cứu thị trường và đặc tính của tấm pin quang điện công suất lớn với công nghệ tiên tiến hiện nay, tấm pin quang điện với công suất lớn sẽ được ưu tiên sử dụng để giảm diện tích và công suất lắp đặt của tấm pin quang điện Hiện nay với công nghệ Pin mặt trời ngày càng phát triển với công nghệ tiên tiến do đó hiệu suất các tấm pin được nâng cao với hiệu suất vào khoảng từ 20- 23%, do đặc điểm khí hậu miền Bắc, đặc điểm sử dụng của nhà máy, mặt bằng bố trí, kích thước nhà Kho xỉ, do đó thiết kế lựa chọn sử dụng tấm pin silic đơn tinh thể với công suất 560Wp/tấm hãng Jinko với hiệu suất lên tới 21,38% cho dự án

❖ Sự suy giảm công suất tấm pin

Tùy theo mỗi loại công nghệ tấm pin NLMT mà có sự suy giảm hiệu suất khác nhau Các tấm pin NLMT hiện nay thường có hệ số suy giảm công suất trung bình từ 0,3-1%/năm Hầu hết các nhà chế tạo đều công bố mức độ suy giảm cao nhất là 0,55% năm đối với cả hai loại Poly và Mono-crystaline và giá trị này được sử dụng để tính toán sản lượng điện hàng năm tạo ra từ hệ thống điện NLMT

Hình 3.8 Sự suy giảm hiệu suất của tấm pin Jinko [7]

Hình 3.9 Tấm pin mắt trời JinkoSolar 560Wp

Hình 3.10 Kích thước tấm pin mắt trời JinkoSolar 560Wp Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật tấm pin JinkoSolar 560Wp [7]

Thông số kỹ thuật Giá trị Đặc tính điện

Công suất định mức Pmpp 560 Wp Điện áp định mức Umpp 41,09 V

Thông số kỹ thuật Giá trị

Dòng điện định mức Impp 13,63 A Điện áp hở mạch UOC 49,82 V

Dòng điện ngắn mạch ISC 14,21 A

Hiệu suất chuyển đổi 21,68 % Điện áp tối đa của hệ thống (tiêu chuẩn IEC) 1000/1500VDC

Dòng điện định mức tối đa của cầu chì chuỗi 25A

Sai số công suất 0÷3% Đặc tính nhiệt độ

Hệ số nhiệt độ của Pmpp -0,35 %/ o C

Hệ số nhiệt độ của VOC -0,28 %/ o C

Hệ số nhiệt độ của ISC 0,048 %/ o C Đặc tính cơ học

Loại tế bào quang điện P type Mono-crystalline

Số lượng tế bào quang điện 144 (6x24)

Khối lượng 28kg Độ dày tấm kính phủ 3,2 mm

Hộp nối dây Tiêu chuẩn IP68

Dây nối 4mm 2 , chiều dài 1,45m

Dựa trên số liệu khảo sát thực tế với tổng diện tích mái là 5.952 m2, nhóm thiết kế đã triển khai áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống điện mặt trời, đồng thời phối hợp tính toán chính xác để đưa ra kết quả rằng dự án có thể lắp đặt được tối đa 1794 tấm pin Jinko công suất 560Wp.

Hình 3.11 Mặt bằng bố trí tấm pin trên mái xưởng Kho Xỉ

❖ Tính toán số tấm pin phù hợp với hệ thống

Dựa vào bảng 3.3, ta có dải điện áp vận hành của MPPT nằm trong khoảng từ 200 – 950V và điện áp lớn nhất mà Inverter có thể chịu được là Umax = 1100V Tổng điện áp hở mạch của mỗi String phải nhỏ hơn giá trị Umax để đảm bảo an toàn Đồng thời, điện áp đầu vào tối thiểu để khởi động được ghi trên biến tần là Umin = 200V Do đó, Ustr phải lớn hơn 200V

Dựa vào bảng 3.3, ta có Uoc của tấm PV là 49,82V nên ta có công thức sau:

Số tấm pin trên mỗi String: 𝑣 𝑚𝑖𝑛

49,82 4.01 ≤ 𝑣 𝑠𝑡𝑟 ≤ 22.07 Vậy suy ra số tấm pin cho mỗi String sẽ từ 4 đến 22 tấm pin

❖ Tiến hành chia String cho Inverter:

Khi đã xác định được số lượng tấm PV và Inverter cần dùng cho hệ thống thì chúng ta tiến hành chia các tấm PV cho mỗi String sao cho phù hợp với các thống số kỹ thuật của Inverter, phù hợp với cách bố trí các tấm PV trên mặt bằng thể hiển ở Hình 3.11 để thuận

30 tiện cho việc đi dây DC về phía nhà Inverter Sau quá trình tính toán và phân b ố phù hợp thì ta được bản vẽ chia String như sau:

Hình 3.12 Bản vẽ chia String

Hình 3.13 Bảng chia số lượng tấm PV và công suất cho từng Inverter

Hình 3.14 Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống

3.5.4 Lựa chọn bộ nghịch lưu – Inverter

❖ Bộ chuyển đổi inverter được lựa chọn được căn cứ theo các thông số sau:

− Tính tin cậy và khả năng thu hồi

− Hiệu suất đầu ra của Inverter

− Dạng sóng đầu ra của Inverter

− Dải điện áp DC đầu vào của Inverter

Các chỉ số kỹ thuật chính của Inverter bao gồm công suất định mức, hệ số công suất đầu ra, điện áp và dòng điện định mức đầu vào, tỷ lệ điều chỉnh điện áp, tỷ lệ điều chỉnh tải, hệ số sóng hài, tỷ lệ biến dạng sóng hài, độ méo và số lượng đỉnh Inverter nối lưới có các chức năng sau:

− Công nghệ tự tối ưu hoá MPPT

− Chức năng hiển thị và giao diện truyền thông

− Chức năng bảo vệ đầy đủ

− Dải điện áp DC đầu vào rộng

− Giao diện người máy, thiết lập thông số bằng phím nhấn

− Vận hành kết hợp song song các Inverter, vv…

Vì công suất, dòng điện và điện áp đầu ra của tấm pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ, nên chúng liên tục thay đổi trong quá trình hoạt động Do đó, thiết bị chuyển đổi (Inverter) phải có khả năng hoạt động linh hoạt để thích ứng với tấm pin quang điện và nhanh chóng xác định điểm tối ưu của điện áp và dòng điện đầu ra trong mọi điều kiện, đảm bảo công suất đầu ra luôn đạt mức tối đa.

Với dự án điện mặt trời Kho Xỉ tại nhà máy Đạm Ninh Bình với công suất 1004kWp, nhóm đã đề xuất với chủ đầu tư sử dụng 8 con inverter Sunways 110kW Inverter này có hiệu suất cao lên tới 98,8%, giá thành hợp lý và thuận tiện trong việc lắp đặt và quản lý hệ thống hoạt động

❖ Các thông số chính của Inverter như sau:

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Inverter Sunways 110kW [8]

Thông số kỹ thuật Giá trị Đầu vào (DC) Điện áp tối đa 1100V

Dòng điện lớn nhất đầu vào 10x26A

Dòng điện ngắn mạch lớn nhất 10x40 A Điện áp khởi động 200V

Dải điện áp vận hành của MPPT 200-950 V Điện áp đầu vào định mức 620 V

Giám sát dòng điện Giám sát từng chuỗi pin Đầu ra (AC)

Thông số kỹ thuật Giá trị

Công suất đầu ra định mức 110 kW Điện áp đầu ra 230/400 V

Dòng điện đầu ra lớn nhất 174,8A

Khả năng điều chỉnh hệ số công suất 0,8 Độ méo sóng hài (THD) 0, IRR > Itc, B/C > 1, thời gian hoàn vốn càng ngắn càng có lợi cho đầu tư.

Dữ liệu và các giả thiết

4.3.1 Nguồn thu của dự án

Dự kiến nguồn doanh thu của dự án dựa vào việc tận dụng lượng điện năng phát ra từ hệ thống điện mặt trời phục vụ cho sản xuất của nhà máy, từ đó tiết kiệm được một khoảng chi phí thay vì sử dụng điện lưới

Giá bán điện của EVN cho nhà máy Đạm Ninh Bình được tính căn cứ theo khung giá bán điện sản xuất của Tập đoàn điện lực Việt Nam ban hành ngày 08/11/2023 về việc điều chỉnh mức giá bán lẻ điện bình quân như sau:

Hình 4.1 Biểu giá bán điện đối với các ngành sản xuất [6]

Hình 4.2 Quy định về giờ của EVN [6]

Nhà máy Đạm Ninh Bình sử dụng điện áp từ 22 đến 110kV Nhà máy thuộc nhóm khách hàng được hưởng giá bán lẻ cho các ngành sản xuất, nên giá điện sản xuất cấp điện áp từ 22 đến 110kV đã được áp dụng.

− Giờ cao điểm: 3.093 VNĐ/kWh

− Giờ thấp điểm: 1.084 VND/kWh

− Giờ bình thường: 1.669 VNĐ/kWh

Do là một nhà máy Đạm lớn của miền Bắc nên lượng điện năng cần trong hoạt động sản xuất là rất lớn, do đó nhà máy sẽ tiêu thụ gần như 100% công suất điện mặt trời tạo ra Nhà máy hoạt động chủ yếu từ 8 giờ 00 sáng đến 17 giờ 00 chiều Vì thế, nhóm sẽ lấy khung giờ từ 9 giờ 00 đến 16 giờ 00 (07 giờ) làm khung giờ hoạt động của hệ thống ĐMT, trong khung giờ này sẽ có giờ cao điểm sẽ từ 9 giờ 30 đến 11 giờ 30 (02 giờ), còn lại là giờ bình thường (05 giờ) Do đó, điện tiêu thụ của nhà máy ở khung giờ cao điểm ước tính sẽ chiếm khoảng 25%, 75% còn lại là giờ bình thường Do đó ta có công thức tính giá bán điện trung bình để đưa vào bài toán phân tích kinh tế:

Giá điện tự sản xuất từ hệ thống điện mặt trời được tính theo công thức: Gtb = 3,093 * 0,25 + 1,669 * 0,75 = 2,025 VND/kWh So với giá mua điện lưới là 2.228 (đã bao gồm VAT 10%) thì đơn giá điện trung bình tiết kiệm được từ hệ thống điện mặt trời là 2.025 VND/kWh.

Theo kết quả mô phỏng, tính toán công suất thu được trong một năm tại địa điểm dự án theo như thể hiện trong phần mềm Pvsyst thì P = 983.4 MWh/year

Hệ thống sản xuất được 983.4 MWh trong một năm và sự suy giảm hiệu suất của hệ thống là 0.55%/năm (theo thông số kĩ thuật tấm pin) Giả sử với mức tăng giá điện hàng năm là 3% thì doanh thu của nhà máy đến từ số tiền tiết kiệm được từ điện mặt trời năm đầu tiên được tính như sau:

Doanh thu = Sản lượng điện năm đầu (MWh) * Đơn giá điện (VND)

Doanh thu năm tiếp theo = Sản lượng điện năm trước * (1-0.55%) * Đơn giá điện năm trước * (1+3%)

Theo phương án đấu nối đề xuất, Nhà máy điện mặt trời Ninh Bình sẽ kết nối với hệ thống điện quốc gia qua lưới truyền tải 110Kv Dự kiến dự án được đầu tư với tổng công suất lắp đặt là 1004 kWp với tổng mức đầu tư ước tính ban đầu là 12.200.000.000 VNĐ, chi tiết vật tư trang thiết bị, vật liệu dự án được thể hiện ở bảng 4.1

Bảng 4.1 Chi phí trang thiết bị, vật liệu dự án

STT THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU ĐƠN

HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN (PV MODULE)

1 Tấm pin PV – Jinko 560Wp Tấm 1794 3.946.800.000

4 Cáp điện 0,6/1kV Cu/PVC 1x4mm 2 Gói 1 299.150.000

5 Cáp điện 0,6/1kV Cu/DSTA/PVC 3Cx35mm 2 Gói 1 46.656.000

6 Cáp điện 0,6/1kV Cu/XLPE/DSTA/PVC 1Cx300mm 2 Gói 1 20.000.000

7 Cáp truyền thông RS485 kèm phụ kiện đấu nối Gói 1 20.000.000

8 Ống luồn cỏp vặn xoắn HDPE ỉ50/40 Gúi 1 50.000.000

9 Ống luồn cỏp vặn xoắn HDPE ỉ32/25 Gúi 1 60.000.000

11 Phụ kiện lắp đặt đấu nối tấm pin Lô 1 1.200.000.000

HỆ THỐNG CAMERA – CHIẾU SÁNG

1 Đèn năng lượng mặt trời tại vị trí trạm biến áp Kiosk, nhà inverter và tại thang leo mái Bộ 6 15.600.000

2 Hệ thống camera trong phòng inverter và xung quanh Cam 6 7.800.000

TRẠM BIẾN ÁP + XÂY DỰNG TRẠM

1 Máy biến áp 10/0,4kV-1000kVA Cái 1 600.000.000

2 Tủ RMU 1 VCB; 1 LSB Bộ 1 23.000.000

3 Tủ hạ thế 1600A với 10 đầu vào 250A Cái 1 40.000.000

4 Vỏ tủ Kiosh IP 54 Cái 1 15.000.000

5 Phụ kiện lắp đặt đấu nối Lô 1 10.000.000

CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN VÀ TIẾP ĐỊA CHO HỆ THỐNG VÀ NHÀ

1 Chống sét và tiếp địa hệ thống + Nhà máy Gói 1 250.000.000

1 Walk way rộng 400mm, dày 2mm nhúng kẽm nóng m 515 309.000.000

3 Ốc+Tán bulong M8( thêm 2 con ecu để bắt tiếp địa) Lô 1 10.000.000

4 Bát kẹp biên Walk way ( kẹp 40mm)+ 1 Ốc rail M8 Lô 1 12.000.000

1 Cable tray W50xH50 + Nắp máng + Phụ kiện m 267 80.100.000

5 Cable tray W300xH100 + Nắp máng + Phụ kiện m 25.5 15.300.000

7 Gói phụ kiện phụ lắp đặt khác Lô 1 30.000.000

1 Thang lên mái + phụ kiện + Nhúng kẽm Cái 2 120.000.000

1 PCCC+ phụ kiện + lắp đặt Gói 1 50.000.000

THI CÔNG LẮP ĐẶT TOÀN NHÀ MÁY

1 Thí nghiệm nhà máy MWp 1 60.000.000

2 Kiểm định - Đánh giá kết cấu MWp 1 30.000.000

3 Thi công lắp đặt phần điện mặt trời kWp 1004 2.400.000.000

4.3.2.2 Chi phí vận hành và bảo trì (O&M)

Chi phí vận hành và bảo trì (O&M) của hệ thống được xác định dựa trên tỷ lệ phần trăm của tổng chi phí đầu tư dự án Nhóm giả sử chi phí O&M hàng năm là 1% tổng chi phí đầu tư và tăng dần theo từng năm Chi phí vận hành của hệ thống sẽ được tính toán như sau:

Chi phí O&M = 1% * (Tổng vốn đầu tư) (VND)

Chi phí O&M năm tiếp theo = Chi phí O&M năm trước * (1+1%) (VND)

Chi phí O&M hằng năm được liệt kê chi tiết trong bảng 4.3 và bảng 4.4

4.3.2.3 Chi phí thay thế thiết bị

Chi phí thay thế thiết bị trong dự án được xem là chi phí thay thế bộ nghịch lưu hay còn gọi là Inverter Thiết bị sau một thời gian sẽ cần được thay thế do các phát sinh hư hỏng trong nó Thông thường, Inverter sẽ có thời gian bảo hành từ 5 đến 10 năm tùy theo nhà sản xuất Với giả định tuổi thọ của Inverter là 10 năm, chi phí thay thế thiết bị được dự tính phát sinh ở năm thứ 10 của dự án như sau:

Chi phí thay thế thiết bị = Số lượng Inverter * đơn giá Inverter (VND)

Chi phí thay thế thiết bị được liệt kê chi tiết trong bảng 4.3 và bảng 4.4

4.3.2.4 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

Theo Thông tư 78/2014/TT-BTC ngày 18/6/2014, doanh nghiệp kinh doanh trong lĩnh vực năng lượng mới được hưởng ưu đãi đầu tư Cụ thể, theo Nghị định số

218/2013/NĐ-CP ngày 26/12/2013 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành Luật thuế thu nhập doanh nghiệp như sau:

− 4 năm đầu có lãi: Thuế suất 0%

− 9 năm tiếp theo: Thuế suất 5%

− 2 năm tiếp theo: Thuế suất 10%

− Các năm còn lại: Thuế suất 20% Đối với dự án tại nhà máy Đạm Ninh Bình, doanh thu của dự án là khoản chi phí tiết kiệm được sau khi lắp PV Vì thế, lợi nhuận sau thuế mà nhà máy thu được sẽ bằng doanh thu trừ đi chi phí O&M, chi phí thay thế thiết bị và thuế TNDN

Lợi nhuận sau thuế = Doanh thu – (Chi phí O&M +Chi phí thay thế thiết bị) – Thuế TNDN

Bảng 4.2 Các giả thiết sử dụng trong phân tích hiệu quả kinh tế

STT CÁC THÔNG SỐ KHÁC GIÁ TRỊ GHI CHÚ

1 Tổng vốn đầu tư ban đầu 12.200.000.000

2 Thuế TNDN 20% Ưu đãi 15 năm trong đó:

3 Chi phí O&M 1.0% Tổng vốn đầu tư

4 Chi phí thay thế thiết bị năm thứ 10 Thay thế Inventer

5 Vòng đời dự án 20 năm

7 Mức tăng giá điện trung bình 3%

8 Suy hao công suất hệ thống 0.55%

Từ các giá trị thông số cơ sở của dự án, nhóm xây dựng báo cáo thu nhập của dự án dựa trên doanh thu, chi phí và thuế thu nhập doanh nghiệp Kết quả dòng tiền dự án được trình bày trong bảng 4.3 và bảng 4.4

Bảng 4.3 Dòng tiền hằng năm của dự án từ năm thứ 1 đến năm thứ 10 ĐVT: (VND)

TT Khoản mục Năm 1 Năm 2 Năm 3 Năm 4 Năm 5

Tổng doanh thu hàng năm 2.191.015.200 2.244.333.555 2.298.949.412 2.354.894.346 2.412.200.700 Sản lượng điện NLMT 983.400 977.911 972.612 967.263 961.943 Đơn giá 2.228 2.295 2.364 2.435 2.508

II Tổng chi phí hàng năm 122.000.000 123.220.000 124.452.200 125.696.722 126.953.689

Chi phí bảo trì, bảo dưỡng

Chi phí thay thế thiết bị - - - - -

III Lợi nhuận trước thuế

Tổng doanh thu hàng năm

Sản lượng điện NLMT 956.652 951.391 946.158 940.954 935.779 Đơn giá 2.583 2.660 2.740 2.822 2.907

II Tổng chi phí hàng năm

Chi phí thay thế thiết bị - - - -

Bảng 4.4 Dòng tiền hằng năm của dự án từ năm thứ 11 đến năm thứ 20

Tổng doanh thu hàng năm 2.786.541.479 2.854.351.966 2.923.812.621 2.994.963.601 3.067.846.040

III Lợi nhuận trước thuế 2.651.777.580 2.718.240.428 2.786.339.967 2.856.116.221 2.927.610.186

Tổng doanh thu hàng năm 3.142.502.074 3.218.974.862 3.297.308.615 3.377.548.620 3.459.741.266

Sau khi đã tính được lợi nhuận sau thuế của dự án, nhóm tiến hành tính toán giá trị ròng hiện tại (NPV) quy đổi về thời điểm bắt đầu dự án với tỉ suất chiết khấu là 10%/năm Việc quy đổi này sẽ giúp so sánh được chính xác lợi ích và chi phí của dự án do đồng tiền bị mất giá và giá trị tương lại của một đồng tiền luôn nhỏ hơn giá trị hiện tại của đồng tiền đó

Bảng 4.5 Phân tích khả năng hoàn vốn có chiết khấu của dự án

Năm LN sau thuế Chênh lệch (chưa chiết khấu)

Hiện giá thu nhập (đã chiết khấu 10%)

Từ kết quả ngân lưu kinh tế trên, ta sẽ tiến hành phân tích hiệu quả kinh tế dựa trên các chỉ tiêu đánh giá đó là giá trị hiện tại ròng NPV, suất sinh lời nội tại IRR, chỉ số lợi ích/chi phí và thời gian hoàn vốn có chiết khấu của dự án Chi tiết các phân tích này được trình bày trong bảng sau đây:

Bảng 4.6 Các chỉ số kinh tế

Chỉ số kinh tế Đơn vị Kết quả

Giá trị hiện tại ròng (NPV) VND 7.128.624.073

Suất sinh lời nội bộ (IRR) % 18%

Thời gian hoàn vốn giản đơn (PP) Năm 5.4

Thời gian hoàn vốn có chiết khấu (DPP) Năm 8.5

Chỉ số lợi ích/chi phí (B/C) Tỉ lệ 1.58

Hình 4.3 Biểu đồ thời gian hoàn vốn có chiết khấu của hệ thống

Tiêu đề	Tính toán và thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái kho xỉ tại nhà máy đạm Ninh Bình
Tác giả	Nguyễn Duy Trường, Nguyễn Sơn Trường, Lê Văn Đức
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Xuân Viên
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Năng lượng tái tạo
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	14,27 MB