Tiểu luận năng lượng tái tạo Đề tài tính toán chi phí Điện năng cho hệ thống Điện năng lượng tái tạo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Hình 1.1: hệ thống sục khí tiên tiến cho trang trại nuôi tôm có sự tham gia của NLTT Hệ thống điện này gồm có sự tham gia của năng lượng gió, năng lượng

Trường đại học sư phạm kỹ thuật-TP.Hồ Chí Minh

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Tiểu Luận Năng Lượng Tái Tạo GVHD: Phạm Quốc Khanh Sinh Viên Thực Hiện: Lê Doãn Đức

MSSV: 22842187 Lớp: 22LC42DN3

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng Chúng được coi là giải pháp hàng đầu để giải quyết các vấn đề thiếu điện năng, ô nhiễm môi trường do các kiểu khai thác điện năng truyền thống, cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, Hiện có rất nhiều mô hình điện năng lượng tái tạo được sử dụng trong các hộ gia đình, trang trại,

Cùng với tính thực tế của vấn đề này, và giao nhiệm vụ từ GVHD môn học năng lượng tái tạo, em xin thực hiện đề tài “Tính toán chi phí điện năng cho hệ thống điện năng lượng tái tạo” Đề tài này giúp em tìm hiểu, hiểu được cách vận hành của hệ thống, từ đó tính toán chi phí vận hành để xem tính khả thi của mô hình và đưa ra những giải phát để tiết kiệm được chi phí vận hành

Để hoàn thành được bài báo cáo, em đã nhận được sự giúp đỡ, giải đáp thắc mắc, chỉ dẫn tận tình đến từ thầy Phạm Quốc Khanh Tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn, Em xin gửi lời cảm

ơn trân thành đến thầy Phạm Quốc Khanh, đến tác giả của những tài liệu em đã tham khảo Em xin trân thành cảm ơn!

Và cuối cùng, là một sinh viên lần đầu tiên bắt tay vào việc tính toán cho một công trình điện chắc chắn không tránh khỏi những sai phạm, song với mong muốn làm quen với việc tính toán cũng như có được kinh nghiện hữu ích cho việc học tập, cũng như công việc làm sau này Em rất mong được sự góp ý chỉ dẫn của các thầy cô cũng như các bạn để tiểu luận được hoàn thiện hơn nữa

Sinh viên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

…………

TP.Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2024 GVHD : Phạm Quốc Khanh

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG NLTT 6

2.1.Năng lượng mặt trời 6

2.2.Năng lượng gió 12

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH 14

3.1 Tính toán công suất chênh lệch 14

3.2 Tính toán chi phí 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

Hình 1.1: hệ thống sục khí tiên tiến cho trang trại nuôi tôm có sự tham gia của NLTT

Hệ thống điện này gồm có sự tham gia của năng lượng gió, năng lượng mặt trời, Pin lưu trữ, mát phát điện diesel, tải (chiếu sáng, bơm nước, hệ thống sử lý nước thải, máy khí nén, máy điện phân, ), không có sự tham gia của hệ thống điện lưới quốc gia

 Hệ thống điện gió có công suất 54 kW

 Hệ thống điện mặt trời có công suất 43 kW

 Dung lượng hệ thống Pin lưu trữ 62 kWh

 Máy phát điện diesel có công suất 60 kW

 Tổng công suất tải 60 kW tại mọi thời điểm trong năm

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống là ưu tiên sử dụng điện từ hệ thống điện NLTT (mặt trời và gió), nếu hệ thống điện NLTT không cung cấp đủ công suất cho tải thì sử dụng điện từ hệ thống Pin lưu trữ Trong trường hợp Pin lưu trữ cạn hoặc cung cấp không đủ thì máy phát điện sẽ

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG NLTT 2.1.Năng lượng mặt trời

Để đạt được hiệu quả cao nhất khi hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động, ta cần tìm điểm công suất cực đại của các tấm pin tại các mức bức xạ khác nhau

Tại điểm công suất cực đại Pmax ta có lần lượt giá trị Vmp và Imp , để tìm được điểm Pmax các hệ thống pin mặt trời thường được trang bị bộ MPPT để dò tìm điểm công suất cực đại,

từ đó điều chỉnh độ rộng xung của mạch boost để đưa tấm pin làm việc ở điểm công suất cực đại

Hình 1.2 Thông số của tấm PV 250 Wp

Hình 1.3: Thông số kỹ thuật cho hệ thống tuabin gió

Hình 1.4: Bảng thông số hệ thống lưu trữ điện năng

Hình 1.5: Thông số kỹ thuật cho một máy phát điện chạy diesel

Hệ thống điện mặt trời tạo ra công suất lớn nhất là 43kW, với mỗi tấm pin có Pmax=250 W thì hệ thống điện mặt trời của trang trại tômcần sử dụng:

n = 43

0.25 = 172 (tấm)

Dựa vào công suất đỉnh của điện mặt trời, ta chọn bộ inverter cho cả hệ thống:

Thông số kỹ thuật

 Ta thấy công suất PV ngõ vào tối đa của bộ inverter là 50 kW > 43 kW

 Cần phải phân bố đều các dãy với số lượng tấm PV bằng nhau nên chọn hệ thống PV bao gồm 43 chuỗi, mỗi chuỗi mắc nối tiếp 4 tấm PV

 Kiểm tra công suất của hệ thống: P =4*43*250=43000(W)

 Kiểm tra lại điện áp cực đại của hệ thống PV:

Dò điểm công suất cực đại cho hệ thống pin năng lượng mặt trời theo từng bức xạ mặt trời:

Xây dựng mô hình hệ thống PV trong matlab:

‘

Nhập thông số cho tấm PV:

Khi đã dò xong ta được kết quả:

Sau khi tính toán ta thu được công suất cực đại đối với từng bức xạ là:

2.2.Năng lượng gió

Xây dựng phương trình xác định công suất của hệ thống tuabin gió theo vận

tốc gió Đồ thị của công suất điện gió theo tốc độ gió có dạng như sau:

 Xác định công thức:

Tại mỗi thời điểm tốc độ gió sẽ khác nhau, với mỗi tốc độ gió khác nhau hệ thống điện gió sẽ tạo ra công suất khác nhau Công suất của hệ thống được tính bằng công thức sau đây:

Trong đó:

Pw : công suất hệ thống điện gió tạo ra

v:Tốc độ gió thực tế

vi: Tốc độ gió tuabin gió quay tạo ra điện

vr : Tốc độ gió định mức của tuabin gió

vo : Tốc độ gió bắt đầu dừng quay máy phát điện gió

Pr : Công suất định mức của hệ thống điện gió

Nguyên lý vận hành của hệ thống năng lượn gió:

+Ở trường hợp 1: nếu vận tốc thực tế nhỏ hơn vận tốc bắt đầu tạo ra gió và lớn tốc độ bắt đầu dừng máy phát điện gió thì hệ thống năng lượng gió sẽ không hoạt động=>Pw=0

+Ở trường hợp 2:nếu tốc độ gió ở trong khoảng lớn hơn tốc độ bắt đầu tạo ra gió và nhỏ hơn tốc độ gió định mức thì sẽ áp dụng công thức như trên

+Ở trường hợp 3:nếu tốc độ gió thực tế lớn hơn tốc độ định mức và nhỏ hơn tốc độ bắt đầu dừng gió thì công suất điện gió sẽ bằng với công suất định mức của hệ thống điện gió=>Pw=Pr

 Áp dụng công thức ta tính công suất gió ở giờ đầu tiên:

Ở giờ đầu tiên có v = 5.46 m/s

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH

3.1 Tính toán công suất chênh lệch

Chênh lệch NLTT và tải:

Pim= Pgen-PloadȠ

Trong đó:

Pim (t) : Công suất không cân bằng và cần được cung cấp từ bộ lưu trữ (W)

Pgen (t) : Tổng công suất phát điện của gió và mặt trời (W)

Pload (t) : công suất của hệ thống sục khí (W)

Nếu công suất của năng lượng tái tạo lớn hơn nhu cầu của tải thì không cần bật máy phát, còn nếu công suất của hệ thống năng lượng tái tạo không đủ để cấp cho tải thì ta sẽ bật máy phát để bù lượng công suất đó

Khi công suất của hệ thống phát điện tái tạo lớn hơn nhu cầu tải, tỉ lệ nạp đầy của bộ lưu trữ được xác định theo phương trình

SOC(t) = SOC(t -1)*(1-σbat ) + Pim (t)*ηbat / Ebat Ngược lại, nếu công suất hệ thống phát điện không đủ cấp cho tải, bộ lưu trữ xả công suất

ra bù đắp lượng thiếu hụt, khi đó tỉ lệ nạp đầy của bình được xác định theo phương trình

SOC(t) = SOC (t -1)*(1 - σbat ) + Pim (t) / (ηbat *Ebat )

Trong đó:

SOC(t): Trạng thái sạc hệ thống pin tại thời điểm t

SOC (t -1): Trạng thái sạc hệ thống pin tại thời điểm t-1 trước đó

σbat : Tốc độ tự xả theo giờ của hệ thống pin ( %/ h )

ηbat : Hiệu suất của hệ thống pin (%)

Ebat : Dung lượng lưu trữ của hệ thống pin (Wh)

Mức độ nạp xả của bình ác quy là có giới hạn và được xét theo điều kiện:

SOCmin ≤ SOC(t) ≤ SOCmax

Pch ≤ Pchmax

Pdis ≤ PdismaxCông suất nạp xả cực đại của hệ thống bình axit chì được giới hạn trong 10% dung lượng hệ thống lưu trữ Công suất nạp xả của hệ thống lưu trữ được xác định lần lượt trong 2 phương trình

Pchmax=0,1*Ebat

Pdismax=0,1*Ebat Bảng thông số hệ thống lưu trữ điện năng

Trong đó: FCDG : Suất tiêu hao nhiên liệu của máy phát điện diesel (L/h)

𝑃𝑟𝑎𝑡𝑒: Công suất đầu ra định mức của máy phát điện diesel (kW)

PDG : Công suất đầu ra thực tế của máy phát điện diesel (kW) c1 : Hệ số chặn và độ dốc của đường cong tiêu thụ nhiên liệu c2: Hệ số chặn và độ dốc của đường cong tiêu thụ nhiên liệu

Công suất đầu ra thực tế của máy phát điện được tính theo công thức:

PDG= -Pim-Pdis

Trong đó:

Pdis:Công suất xả của hệ thống lưu trữ

 Tính toán chi phí vận hành của hệ thống trong 200 giờ

Trong giờ đầu tiên ta có :

Ppv=0 W

Pw=3378,64W

Vậy tổng công suất ntll là: Pgen=0+3378,64=3378,64 (W)

Ta có công suất chênh lệch và cần được cung cấp từ bộ lưu trữ và máy phát :

Pim= Pgen-𝐏𝐥𝐨𝐚𝐝

Ƞ =3378,64 - 𝟔𝟎𝟎𝟎𝟎

𝟎,𝟗𝟖=-57845.84 (W) Công suất của hệ thống là 60kW tại mọi thời điểm:

Công suất xả tối đa của hệ thống lưu trữ là:

𝐏𝐝𝐢𝐬𝐦𝐚𝐱=0,1*Ebat=0,1.62000=6200 (W) Tại thời điểm trước giờ đầu tiên trang thái của pin là hoàn toàn đầy=>SOC(0)=SOCmax =0,9

=>Pdis=𝐏𝐝𝐢𝐬𝐦𝐚𝐱=6200 W Vậy công suất cần xả ra để nạp cho hệ thống của máy phát là:

CDG=FCDG*Pdiesel=17.59 *0.9=15.831 ($)

Trang thái còn lại của hệ thống pin sau khi xả là:

SOC(1) = SOC (0)*(1 - σbat ) + Pdis (t) / (ηbat *Ebat )

=0,9*(1-0,02) - 𝟎,𝟗.𝟔𝟔𝟔,𝟐 =0.104

Ở giờ thứ 2:

Ppv=0 W

Pw= 1406.11 W

Vậy tổng công suất ntll là: Pgen=0+1406.11 =1406.11 (W)

Ta có công suất chênh lệch và cần được cung cấp từ bộ lưu trữ và máy phát

3.1 Tương tự như trên trong 5 giờ đầu tiên:

 Làm như trên trong 5 giờ ta có bảng như sau





0.98 = - 7.224 (Kw) (Công suất tải là 60 kW tại mọi thời điểm)

 Công suất xả tối đa của hệ thống lưu trữ là:

Pmax = 0.1 Eba t = 0.1 62 = 6.2 (kW)

 Ta có dung lượng lưu trự còn lại lúc giờ thứ 5 : SOC(5) = 0.280

Vì SOCmin = 0.2

DG

 Do đó công suất xả tối đa mà hệ thống lưu trữ có thể xả ở giờ thứ 6 là:

Pdis = ( SOC(5).(1- σbat) – SOCmin ).ηbat Ebat = ( 0.280 (1-0.02) – 0.2 ) 0.9 62 = 4.151 (kW)

 Như vậy công suất của máy phát cần bù vào là:

PDG = - Pim - Pdis = -(-7.224) – 4.151= 3.073 (kW)

 Trạng thái của hệ thống pin còn lại sau khi xả là SOC(6) = 0,2 (sau giờ thứ 6 hệ

thống lưu trữ không còn có thể xả thêm được nữa trừ khi được sạc lại → Pdis = 0

Ppv (W) Pw gió

(kw)

Pgen(KW) Pim (kw) SOC

Pdis(KW)

PDG(kW)

FCDG(L/h) CDG ($)

Tổng suất tiêu hao nhiên liệu của máy phát sau 200 giờ là: 2802.203 (L)

Như vậy ta xác định được sau 200 giờ vận hành sử dụng hết 2802.203 lít dầu cho máy phát điện diesel Với mức giá 0.9 $/L, chi phí để vận hành hệ thống trong 200h là:

CDG = 0.9*2802.203 = 2521.982 ($)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

https://www.researchgate.net/publication/337174504_An_Optimal_Design_

on_Sustainable_Energy_Systems_for_Shrimp_Farms

https://drive.google.com/file/d/1oDzGFPu11gLjSytf1VU0BCsZKgLA3dCz/view