Báo cáo tính toán chi phí Điện năng cho hệ thống Điện năng lượng tái tạo

Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu này là có hạn và gây ra những vấn đề môi trường và biến đổi khí hậu, vì vậy con người đã tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế được gọi là năng lượng tái

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TÍNH TOÁN CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI

TẠO

GVHD:Thầy Phạm Quốc Khanh

Môn học:TT Năng lượng tái tạo ( phần điện )

SVTT:Nguyễn Văn Khiêm

STT:23

Hồ Chí Minh ngày 09, tháng 10, năm 2023

LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng đã đóng một vai trò quan trọng trong đời sống của con người Cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên diễn ra vào cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19 đã thúc đẩy quá trình sản xuất và sử dụng năng lượng Quá trình công nghiệp hóa đã làm tăng nhu cầu năng lượng trên thế giới Trong đó nhiên liệu hóa thạch là nguồn năng lượng chính cho nền kinh tế toàn cầu Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu này là có hạn và gây ra những vấn đề môi trường và biến đổi khí hậu, vì vậy con người đã tìm ra những nguồn năng lượng mới thay thế được gọi là năng lượng tái tạo, nguồn năng lượng này liên tục được bổ sung bởi các quá trình tự nhiên bao gồm năng lượng gió, năng lượng mặt trời, nhiên liệu sinh học, thủy điện, năng lượng sóng và năng lượng thủy triều mà có thể khai thác bất cứ lúc nào nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của thế giới Cùng với tính thực tế của vấn đề này, và giao nhiệm vụ từ GVHD môn học

Năng lượng tái tạo phần điện, em xin thực hiện đề tài “chi phí trong 200 giờ vận hành của

hệ thống điện tại một trang trại nuôi tôm công nghiệp” 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.

Sinh viên

NGUYỄN VĂN KHIÊM

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

………

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

.………

……….

……….

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1.Giới thiệu

Mức tiêu thụ năng lượng cho nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam, đặc biệt là ngành nuôi tôm,

đã tiếp tục tăng đáng kể trong những năm gần đây do việc mở rộng sản xuất tôm để đáp ứng nhu cầu lương thực.Hầu hết nhu cầu năng lượng tại các trang trại nuôi tôm được tiêu thụ bởi

hệ thống sục khí sử dụng động cơ điện để điều khiển máy sục khí để cải thiện lượng oxy hòa tan trong ao nuôi Ngoài ra, mức tiêu thụ năng lượng lớn từ Động cơ điện cho hệ thống sục khí và bơm dẫn đến chi phí vận hành cao và gây hiệu ứng nhà kính sự bốc hơi ga Mặc dù đã

có nhiều cải tiến về thiết kế và vận hành thiết bị sục khí và ngay cả các nguồn năng lượng tái tạo đã được áp dụng, thiết bị sục khí cơ học vẫn tiêu thụ điện năng cao với chi phí thấp chuyển oxy từ không khí Vì vậy, bài báo đề xuất một thiết kế tối ưu cho hệ thống sục khí tiên tiến ở mà máy điện phân chạy bằng năng lượng tái tạo có thể tạo ra oxy tinh khiết tại chỗ theo sự thay đổi nồng độ oxy hòa tan trong ao nuôi tôm Các kết quả tối ưu thu được từ phương pháp di truyền tinh hoa thuật toán tối ưu hóa với chi phí vòng đời và lượng khí thải CO2 là các hàm mục tiêu được thực hiện ở các khu vực không nối lưới và các chế độ nối lưới được so sánh với hệ thống sục khí cơ học được cung cấp bởi lưới điện quốc gia Sự so sánh về mặt chi phí vòng đời và kết quả phát thải CO2 mà hệ thống hybrid cung cấp bởi gió

và quang điện nguồn điện với lưới điện quốc gia dự phòng là cấu hình tốt nhất cho trang trại nuôi tôm được điều tra vì nó không chỉ mang lại khả năng cạnh tranh tốt hơn về chi phí vòng đời và lượng khí thải thấp mà còn mang lại doanh thu Mặc dù những cải tiến về thiết bị sục khí cơ học nhưcũng như ứng dụng nguồn năng lượng xanh cho tômnuôi trồng thủy sản đã được thực hiện, những hạn chế chính của hệ thống sục khí cơ học tiêu thụ năng lượng cao

và lượng oxy vận chuyển thấp hơn so với hệ thống sục khí bằng oxy tinh khiết Oxy tinh khiết đã được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình công nghiệp như quá trình đốt cháy, chất bán dẫn sản xuất và xử lý nước thải nhờ nâng cao hiệu quả của hệ thống Dù vậy, có rất

ít nghiên cứu về việc sử dụng oxy từ quá trình điện phân nước để lĩnh vực nuôi trồng thủy sản Ngoài ra không có tài liệu nghiên cứu trước đây về thiết kế tối ưu cho trang trại nuôi tôm được cung cấp năng lượng tái tạo để sản xuất oxy tại chỗ bằng cách máy điện phân.

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.

2 Số liệu tính toán

 Hệ thống điện gió có công suất 80 kW.

 Hệ thống điện mặt trời có công suất 76 kWp.

 Dung lượng hệ thống Pin lưu trữ 20 kWh.

HÌNH 1.2 Bảng Thông số của tấm PV 250 Wp

HÌNH 1.3 Bản Thông số kỹ thuật cho hệ thống tuabin gió

HÌNH 1.5 Bảng thông số hệ thống lưu trữ điện năng

HÌNH 1.6 Bảng Thông số kỹ thuật cho một máy phát điện chạy diesel

CHƯƠNG II Tính toán

1 Năng lượng mặt trời

1.1 Tính toán số lượng và bố trí các tấm PV cho hệ thống

− Vì STT là 23 nên có được công suất PV 76 kW Với việc sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời có công suất được cho trong đề bài là 250 W thì số lượng tấm pin cần cho hệ thống điện mặt trời của trang trại tôm này là: 𝑛 ¿ 76000

* Công suất PV tối đa:120kW

* Điện áp đầu vào tối đa : 1100V

* Điện áp định mức : 600V

* Điện áp khởi động : 250 w

* Dải điện áp MPPT : 200V ~ 1000V

* Dòng điện đầu vào tối đa : 26A

* Dòng điện ngắn mạch tối đa : 32A

 Đầu ra AC :

* Công suất đầu ra định mức : 80kW

* Công suất biểu kiến đầu ra tối đa : 88kVA HÌNH 2,1 INVERTER Growatt MAX 80KTL3

* Công suất đầu ra tối đa : 88kW

* Điện áp lưới định mức : 3/N/PE, 220/380V - 230/400V

* Tần số lưới định mức 50Hz / 60Hz

* Dòng điện đầu ra lưới điện định mức : 128A

* Dòng điện đầu ra tối đa : 133.7A

* Hệ số công suất : >0.99 ( -0.8 đến +0.8 )

* Tổng độ méo sóng hài : < 3%

 Hiệu suất MPPT tối đa : 99,9

 Bảo vệ tích hợp :

* Bảo vệ ngược cực DC, giám sát lưới điện

* Bảo vệ quá dòng đầu ra, bảo vệ ngắn mạch

* Bảo vệ nhiệt độ, bảo vệ chống tách đảo

* Chống sét lan truyền DC/AC Type II

* Tích hợp AFCI bảo vệ mạch hồ quang DC

* Tích hợp cầu dao AC/DC và chức năng chống PID (tùy chọn)

 Thông số chung :

* Cấu trúc liên kết : Cấu trúc liên kết : không biến áp

* Biên nhiệt hoạt động : -30 ~ 60ºC

* Cách thức làm mát : Quạt làm mát dự phòng thông minh

* Bảo vệ chống xâm nhập : IP66

* Độ cao tối đa cho phép để hoạt động : 4000m

* Kích thước biến tần : 860 x 600 x 300 (mm)

* Trọng lượng : 86 kg

 Kết nối đặc trưng :

* Kết nối DC : Đầu nối MC4

* Kết nối AC : Thiết bị đầu cuối OT (tối đa 185mm²)

LINk SẢN PHẩm: 80ktl3-lv/

https://www.dhcsolar.com/san-pham/bien-tan-growatt-80-kw-max- Ta thấy công suất PV ngõ vào tối đa của bộ inverter là 88 kW > 16 kW

 Cần phải phân bố đều các dãy với số lượng tấm PV bằng nhau nên chọn hệ thống PV bao gồm 38 chuỗi, mỗi chuỗi mắc nối tiếp 8 tấm PV • Kiểm tra công suất của hệ thống:

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

2 Năng lượng gió

2.1 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:

Công suất của hệ thống tuabin gió được trình bày như sau:

Theo đề bài ta có: 𝑃𝑤𝑖𝑛𝑑

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.

 Thế số vào công thức ta được:

𝑃𝑤𝑖𝑛𝑑 =80× 13 v33−33

−33 =0,03686635945.v3-0,99539170507

2.2.2 Xây dựng đồ thị công suất theo vận tốc gió của hệ thống tuabin gió Từ phương trình

xây dựng ở trên ta lập được bảng số liệu sau:

(KW)

Cường

độ BXMT

(W/m2)

Công suất điện mặt trời

PV

(KW)

Chênh lệch NLTT &

Tải

Pim (KW)

Công suất điện gió &

mặt trời

Pgen (KW)

Công suất thực

tế máy phát bù vào

Pdg (KW)

Suất tiêu hao nhiên liệu

(L/H)

Chi phí nhiên liệu

2.3 Giờ đầu tiên

HÌNH 2.3.1 Lưu đồ tính toán công suất điện gió tạo ra tại mỗi giờ

 Giả sử tại thời điểm ban đầu trạng thái của pin là hoàn toàn đầy

 (SOC(0) = SOCmax =( 0,9) 𝑃𝑑𝑖𝑠 = 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑚𝑎𝑥 = 2 (k 𝑊)

 Như vậy công suất của máy phát cần bù vào là: (Công suất đầu ra thực tế của máy điện diesel) 𝑃𝐷𝐺 = − 𝑃𝑖𝑚 − 𝑃𝑑𝑖𝑠 = 46,0150 −2kw= 44,0150(kW)

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

SOC(1) =SOC(0) × (1- σbat)+ Pℑ

n × Ebat=0,9× (1−00 ,2)+ 46,0150

0 , 9 ×20 = 2.5566(kW)

Để đảm bảo liên tục cung cấp điện ta chọn máy phát có công suất định mức bằng 50kW Từ

đó ta tính được suất tiêu hao nhiên liệu của của máy phát điện trong giờ đầu tiên:

 Suy ra tổng công suất phát điện của gió và mặt trời là: Pgen = Ppv + Pwind = 75,7(kW)

 Ta có công suất không cân bằng và cần được cung cấp từ bộ lưu trữ:

Vì 𝑃𝑔𝑒𝑛 là tổng công suất của gió và mặt trời đã đáp ứng đủ điện năng

 Như công thức tính trên để tính toán cho 200 giờ tiếp theo

(W/m2 )

Công suấtđiện mặttrời PV

(KW)

ChênhlệchNLTT &

Tải

Pim (KW)

Công suấtđiện gió

& mặttrời

Pgen (KW)

Công suấtthực tếmáy phát

bù vào

Pdg (KW)

Suất tiêuhao nhiên

liệu (L/H)

Chi phínhiên liệu

0 8.23 19.5555 0 0.0000 -31.4650 19.5555 31.4650 11.8160 10.634410

1 4.27 1.8748 0 0.0000 -49.1456 1.8748 49.1456 16.1672 14.550510

2 2.66 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965810

3 5.09 3.8663 0 0.0000 -47.1542 3.8663 47.1542 15.6771 14.109410

4 2.69 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965810

5 7.35 13.6430 166.83 18.7792 -18.5982 32.4222 18.5982 8.6495 7.784610

6 8.39 20.7775 414.74 48.4949 18.2520 69.2724 -18.2520 0.0000 0.000010

7 2.29 0.0000 666.38 79.4130 28.3926 79.4130 -28.3926 0.0000 0.000010

8 1.83 0.0000 831.34 99.9594 48.9390 99.9594 -48.9390 0.0000 0.000010

9 3.44 0.5053 932 112.6998 62.1847 113.2051 -62.1847 0.0000 0.000011

0 11.81 59.7313 915.22 110.4520 119.1629 170.1833 -119.1629 0.0000 0.000011

1 2.17 0.0000 666.38 79.4130 28.3926 79.4130 -28.3926 0.0000 0.000011

2 13.24 80.0000 414.74 48.4949 77.4745 128.4949 -77.4745 0.0000 0.000011

3 9.91 34.8845 166.83 18.7792 2.6433 53.6637 -2.6433 0.0000 0.000011

4 11.28 51.9170 0 0.0000 0.8966 51.9170 -0.8966 0.0000 0.000011

5 8.58 22.2905 0 0.0000 -28.7299 22.2905 28.7299 11.1429 10.028611

6 2.89 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965811

13.2120

11

9 1.84 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965812

0 5.9 6.5762 0 0.0000 -44.4442 6.5762 44.4442 15.0102 13.509212

1 6.12 7.4551 0 0.0000 -43.5653 7.4551 43.5653 14.7939 13.314512

2 1.25 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965812

3 5.34 4.6184 0 0.0000 -46.4020 4.6184 46.4020 15.4920 13.942812

4 7.83 16.7023 0 0.0000 -34.3182 16.7023 34.3182 12.5182 11.266412

5 7.91 17.2503 0 0.0000 -33.7701 17.2503 33.7701 12.3833 11.145012

6 5.42 4.8745 0 0.0000 -46.1459 4.8745 46.1459 15.4290 13.886112

7 11.34 52.7659 0 0.0000 1.7455 52.7659 -1.7455 0.0000 0.000012

8 5.15 4.0402 0 0.0000 -46.9802 4.0402 46.9802 15.6343 14.070912

9 4.97 3.5305 179 20.2273 -27.2626 23.7578 27.2626 10.7818 9.703713

0 7.01 11.7040 445 52.2192 12.9028 63.9232 -12.9028 0.0000 0.000013

1 5 3.6129 715 85.5012 38.0937 89.1141 -38.0937 0.0000 0.000013

2 0.49 0.0000 892 107.6907 56.6703 107.6907 -56.6703 0.0000 0.000013

3 2.95 0.0000 1000 121.1791 70.1587 121.1791 -70.1587 0.0000 0.000013

4 8.84 24.4722 982 118.9825 92.4342 143.4547 -92.4342 0.0000 0.000013

5 10.87 46.3545 715 85.5012 80.8353 131.8557 -80.8353 0.0000 0.000013

6 0.86 0.0000 445 52.2192 1.1988 52.2192 -1.1988 0.0000 0.000013

7 10.38 40.2355 179 20.2273 9.4424 60.4628 -9.4424 0.0000 0.000013

8 7.58 15.0606 0 0.0000 -35.9598 15.0606 35.9598 12.9222 11.630013

9 0.44 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965814

0 11.11 49.5606 0 0.0000 -1.4598 49.5606 1.4598 4.4318 3.988614

1 5.47 5.0384 0 0.0000 -45.9820 5.0384 45.9820 15.3887 13.849814

2 10.71 44.2942 0 0.0000 -6.7262 44.2942 6.7262 5.7278 5.155014

3 7.3 13.3462 0 0.0000 -37.6742 13.3462 37.6742 13.3441 12.009714

4 1.1 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.9658

6 2.31 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965814

7 4.93 3.4221 0 0.0000 -47.5984 3.4221 47.5984 15.7865 14.207814

8 4.46 2.2753 0 0.0000 -48.7451 2.2753 48.7451 16.0687 14.461814

9 13.54 80.0000 0 0.0000 28.9796 80.0000 -28.9796 0.0000 0.000015

0 11.25 51.4960 0 0.0000 0.4756 51.4960 -0.4756 0.0000 0.000015

1 9.7 32.6515 0 0.0000 -18.3689 32.6515 18.3689 8.5931 7.733815

2 9.17 27.4321 0 0.0000 -23.5883 27.4321 23.5883 9.8776 8.889815

3 2.38 0.0000 179 20.2273 -30.7931 20.2273 30.7931 11.6507 10.485615

4 2.42 0.0000 445 52.2192 1.1988 52.2192 -1.1988 0.0000 0.000015

5 5.28 4.4313 715 85.5012 38.9121 89.9325 -38.9121 0.0000 0.000015

6 6.81 10.6478 892 107.6907 67.3181 118.3385 -67.3181 0.0000 0.000015

7 8.4 20.8554 1000 121.1791 91.0141 142.0345 -91.0141 0.0000 0.000015

8 8.27 19.8566 982 118.9825 87.8187 138.8391 -87.8187 0.0000 0.000015

9 11.48 54.7817 715 85.5012 89.2625 140.2829 -89.2625 0.0000 0.000016

0 0.38 0.0000 445 52.2192 1.1988 52.2192 -1.1988 0.0000 0.000016

1 0.01 0.0000 179 20.2273 -30.7931 20.2273 30.7931 11.6507 10.485616

2 11.63 56.9968 0 0.0000 5.9764 56.9968 -5.9764 0.0000 0.000016

3 10.57 42.5413 0 0.0000 -8.4791 42.5413 8.4791 6.1592 5.543316

4 13.2 80.0000 0 0.0000 28.9796 80.0000 -28.9796 0.0000 0.000016

5 9.55 31.1146 0 0.0000 -19.9058 31.1146 19.9058 8.9713 8.074216

6 5.54 5.2730 0 0.0000 -45.7474 5.2730 45.7474 15.3309 13.797816

7 6.12 7.4551 0 0.0000 -43.5653 7.4551 43.5653 14.7939 13.314516

8 13.05 80.0000 0 0.0000 28.9796 80.0000 -28.9796 0.0000 0.000016

9 6.56 9.4120 0 0.0000 -41.6084 9.4120 41.6084 14.3123 12.881117

0 13.91 80.0000 0 0.0000 28.9796 80.0000 -28.9796 0.0000 0.000017

1 3.55 0.6540 0 0.0000 -50.3664 0.6540 50.3664 16.4677 14.820917

2 3.29 0.3175 0 0.0000 -50.7029 0.3175 50.7029 16.5505 14.8954

4 9.62 31.8259 0 0.0000 -19.1945 31.8259 19.1945 8.7963 7.916617

5 1 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965817

6 13.53 80.0000 0 0.0000 28.9796 80.0000 -28.9796 0.0000 0.000017

7 8.57 22.2091 179 20.2273 -8.5840 42.4365 8.5840 6.1850 5.566517

8 5.61 5.5137 445 52.2192 6.7125 57.7329 -6.7125 0.0000 0.000017

9 0.42 0.0000 715 85.5012 34.4808 85.5012 -34.4808 0.0000 0.000018

0 2.36 0.0000 892 107.6907 56.6703 107.6907 -56.6703 0.0000 0.000018

1 4.77 3.0058 1000 121.1791 73.1645 124.1849 -73.1645 0.0000 0.000018

2 4.12 1.5828 982 118.9825 69.5449 120.5653 -69.5449 0.0000 0.000018

3 10.78 45.1881 715 85.5012 79.6689 130.6893 -79.6689 0.0000 0.000018

4 1.27 0.0000 445 52.2192 1.1988 52.2192 -1.1988 0.0000 0.000018

5 10.25 38.7056 179 20.2273 7.9126 58.9330 -7.9126 0.0000 0.000018

6 3.93 1.2423 0 0.0000 -49.7781 1.2423 49.7781 16.3229 14.690618

7 11.94 61.7589 0 0.0000 10.7385 61.7589 -10.7385 0.0000 0.000018

8 9.05 26.3306 0 0.0000 -24.6898 26.3306 24.6898 10.1487 9.133818

9 2.14 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965819

0 6.6 9.6035 0 0.0000 -41.4169 9.6035 41.4169 14.2652 12.838719

1 8.84 24.4722 0 0.0000 -26.5483 24.4722 26.5483 10.6060 9.545419

2 0.54 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965819

3 0.36 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965819

4 5.68 5.7604 0 0.0000 -45.2600 5.7604 45.2600 15.2110 13.689919

5 7.55 14.8707 0 0.0000 -36.1497 14.8707 36.1497 12.9689 11.672019

6 10.38 40.2355 0 0.0000 -10.7849 40.2355 10.7849 6.7267 6.054019

7 0.53 0.0000 0 0.0000 -51.0204 0.0000 51.0204 16.6286 14.965819

8 10.41 40.5940 0 0.0000 -10.4264 40.5940 10.4264 6.6384 5.974619

9 5.02 3.6684 0 0.0000 -47.3520 3.6684 47.3520 15.7258 14.153220

0 3.96 1.2940 0 0.0000 -49.7264 1.2940 49.7264 16.3102 14.6792