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: 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 mặ

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng Chúng đượccoi là giải pháp hàng đầu để giải quyết các vấn đề thiếu điện năng, ô nhiễm môi trường do cáckiểu khai thác điện năng truyền thống, cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, Hiện có rất nhiều mô hìnhđiện 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 lượngtái tạo, em xin thực hiện đề tài “Tính toán chi phí điện năng cho hệ thống điện năng lượng táitạo” Đề tài này giúp em tìm hiểu, hiểu được cách vận hành của hệ thống, từ đó tính toán chi phívận hành để xem tính khả thi của mô hình và đưa ra những giải phát để tiết kiệm được chi phívận hành

Để hoàn thành được bài báo cáo, em đã nhận được sự giúp đỡ, giải đáp thắc mắc, chỉ dẫntận tình đến từ thầy Phạm Quốc Khanh Tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn, Em xin gửi lờicảm 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 điệnchắc chắn không tránh khỏi những sai phạm, song với mong muốn làm quen với việc tính toán cũngnhư có được kinh nghiện hữu ích cho việc học tập, cũng như công việc làm sau này Em rất mongđược 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 2023 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 10

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH 12

3.1 Tính toán công suất chênh lệch 12

3.2 Tính toán chi phí 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

Hình 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 điệnphân, ), không có sự tham gia của hệ thống điện lưới quốc gia

 Hệ thống điện gió có công suất 50 kW

 Hệ thống điện mặt trời có công suất 38 kW

 Dung lượng hệ thống Pin lưu trữ 66 kWh

 Máy phát điện diesel có công suất 50 kW

 Tổng công suất tải 50 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 (mặttrời và gió), nếu hệ thống điện NLTT không cung cấp đủ công suất cho tải thì sử dụng điện từ hệthống Pin lưu trữ Trong trường hợp Pin lưu trữ cạn hoặc cung cấp không đủ thì máy phát điện

sẽ tham gia để cung cấp điện cho tải Nếu hệ thống điện NLTT phát ra lớn hơn nhu cầu tiêu thụđiện của tải thì lượng điện dư tạo ra sẽ được nạp vào hệ thống pin lưu trữ, khi hệ thống pin lưutrữ đầy lượng điện dư sẽ bị xả ra ngoài

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 tìmđiểm 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 điểmPmax 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

Thông tin kỹ thuật tấm pin năng lượng mặt trời sử dụng trong hệ thống

Hệ thống điện mặt trời tạo ra công suất lớn nhất là 38kW, với mỗi tấm pin có Pmax=250 W thì hệ thống cần sử dụng 152 tấm pin

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

Loại: Inverter iMars BG40KTR (surge) 40KW 3 Pha 380V

Thông số kỹ thuật đầu vào:

Đầu vào (DC)

Số lượng MPPT/Số nhánh trên từng MPPT 2/4 hoặc 2/2 tích hợp hộp đấu dây

Phù hợp với chuẩn VDE0126-1-1, N4105, CQC, G59/3, C10/11, AS4777/3100, PEA

Hệ thống

Hiệu suất MPPT

Mức tiêu thụ điện vào ban đêm nhỏ hơn 0.5 W

1:2010, PEA, ZVRT

 Ta thấy công suất PV ngõ vào tối đa của bộ inverter là 40,8 kW > 38 kW

 Cần phải phân bố đều các dãy với số lượng tấm PV bằng nhau nên chọn hệ thống PV bao gồm 19 chuỗi, mỗi chuỗi mắc nối tiếp 8 tấm PV

 Kiểm tra công suất của hệ thống: P =8*19*250=38000(W)

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

9Xây dựng mô hình hệ thống PV trong matlab:

Nhập thông số cho tấm PV:

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

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

Bảng thông số của hệ thống tuabin điện gióNguyên 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 gióđịnh 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-P load

Ƞ

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, cònnếu 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 / EbatNgược 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 ≤P ch max

Pdis ≤P dis max

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

P ch max

=0,1*Ebat

P dis max=0,1*EbatBảng thông số hệ thống lưu trữ điện năng

SOC

SOC

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 liệuc2: 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=3128,37 W

Vậy tổng công suất ntll là: Pgen=0+3128,37=3128,37 (W)

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

Pim= Pgen-P load

Ƞ =3128,37 -

50000

0 , 98 =-47892.03 (W)

Công suất của hệ thống là 50kW tại mọi thời điểm:

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

P dis max

=0,1*Ebat=0,1.66000=6600 (W)Tại thời điểm trước giờ đầu tiên trang thái của pin là hoàn toàn đầy=>SOC(0)=SOCmax =0,9

=>Pdis=P dis max=6600 WVậy công suất cần xả ra để nạp cho hệ thống của máy phát là:

PDG=-Pim-Pdis=47892.03-6600=41292.03 W

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

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

=0,9*(1-0,02) - 0 , 9 66000 41292 03 =0.186848

Ở giờ thứ 2:

Ppv=0 W

Pw= 1171.76 W

Vậy tổng công suất ntll là: Pgen=0+1171.76=1171.76 (W)

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

1 5.46 3128.371797 0 0 -47892.03637 14.2344701 41292.03637 12.81102313

2 4.27 1171.762281 0 0 -49848.64588 16.3402518 49848.64588 14.70622658

3 12.77 47360.39016 0 0 -3660.018002 4.97323043 3660.018002 4.475907387

4 12.36 42885.53585 0 0 -8134.872311 6.07449208 8134.872311 5.467042868

Tổng suất tiêu hao nhiên liệu của máy phát sau 200 giờ là: 2203.27 (L)

Như vậy ta xác định được sau 200 giờ vận hành sử dụng hết 2203.27 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*2203.27 = 1982.941 ($)