Báo cáo môn học thực tập năng lượng tái tạo Đề tài tính toán chi phí vận hành của hệ thống Điện cho một trang trại nuôi tôm

TONG QUAN VE HE THONG ° Sa wi Ảo nuôi Hình I: hệ thông sục khí tiên tiễn cho trang trại nuôi tôm có sự tham gia của NLUTT Hệ thống điện này gồm có sự tham gia của năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION

BAO CAO MON HOC THUC TAP NANG LUONG TAI TAO

DE TAL:

TÍNH TOÁN CHI PHI VAN HANH CUA HE THONG ĐIỆN CHO MỘT TRANG TRẠI NUÔI TOM

GVHD: ThS Phạm Quốc Khanh

SVTH:

MSSV:

STT: 36

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Chữ ký của GVHD

I TONG QUAN VE HE THONG

°

Sa

wi

Ảo nuôi

Hình I: hệ thông sục khí tiên tiễn cho trang trại nuôi tôm có sự tham gia của NLUTT

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, may điện phân ), không có sự tham gia của hệ thông điện lưới quốc gia

-_ Hệ thống điện gió có công suất 10 kW

- Hé thong điện mặt trời có công suất 64 kWp

- Dung lượng hệ thông Pin lưu trữ 70 kWh

- May phat dién diesel co céng suat 50 kW

Tong công suất tải 50 kW tại mọi thời điểm trong năm

Nguyên tắc hoạt động của hệ thông là ưu tiên sử dụng điện từ hệ thống dién NLTT

(mặt trời và gió), nêu 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 điện

từ hệ thống Pm 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 tái Nếu hệ thống điện NLTT phát ra lớn hơn nhu cầu

tiêu thụ điện của tải thì lượng điện dư tạo ra sẽ được nạp vào hệ thông pm lưu trữ, khi hệ thông

pin lưu trữ đầy lượng điện dư sẽ bị xả ra ngoài

* SÓ LIỆU BÀI TOÁN ĐƯA RA:

Bang 8.1 Công suất định mức của hệ thống điện độc lập

STT Công suất điện gió Công suất điện mặt | Dung lượng hệ thông lưu trữ

(kW) trời (kWp) (kWh)

Bảng 8.2 Thông số của tắm PV 250 Wp

PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MONO 250 W

Công suất tắm pin NL mặt trời | Pmax 250W

Điện áp hở mạch Voc | 37.37V

Hiệu suất quang năng mô-đun | % 17.6 %

Nhiệt độ hoạt động Tpv | - 40oC ~ 80oC

Bảng 8.3 Thông số kỹ thuật cho hệ thống tuabin gió

Bang 8.4 Bang thong số hệ thống lưu trữ điện năng

Ký hiệu Định nghĩa Giá trị Đơn vị

Đà hiệu suât bộ nghịch lưu 98 % SOC, ;, Trạng thái pin thấp nhất của hệ thông pin | 0.2

SOC ax Trạng thái pin cao nhất của hệ thống pin | 0.9

Gs Tốc độ tự xả theo giờ của hệ thong pin 0.02 %/h Miz Hiệu suất của hệ thông pin 90 %

Bảng 8.5 Thông số kỹ thuật cho một máy phát điện chạy diesel

Ký hiệu Định nghĩa Giá trị Đơn vị

ơì Hệ số chặn và độ dốc của đường cong 0.08145 L/kWh

tiêu thụ nhiên liệu

e, Hệ sô chặn và độ dốc của đườngcong | 0.2461 |L/kWh

tiêu thụ nhiên liệu

PB cdi Chi phí nhiên liệu diesel 0.9 $/L

Il TÍNH TOÁN

2.1 Năng lượng mặt trời

2.1.1 Tính toán số lượng và bố trí các tắm PV cho hệ thông

- _ Vì STT là 36 nên có được công suất PV 64 kW

Với việc sử dụng tâm pin năng lượng mặt trời có công suất được cho trong đề bài là 250

W thì số lượng tam pin cần cho hệ thống điện mặt trời của trang trại tôm này là:

64

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

+Loa: Inverter INVT iMars BG 60 kW

+ Thông 36 ky thuat dau vao:

Model BG160KTR

Dau vao (DC)

Cong suat DC dau vao toi da (W) 7200

Điện áp DC đâu vào tôi đa (V) 1100

Dải điện áp hoạt động của MPPT 570-950

Số lượng MPPT / Số chuỗi ngõ vào trên từng 1/14

MPPT

Dong DC cực đại (A) trên từng MPPT x số 120x1

MPPT

Dau ra (AC)

Cong suat dinh mirc dau ra (W) 60000

Dong dign AC toi da (A) 96

Điện áp định mức đầu ra (V) / Tân số lưới dién | 230/400V;220/380V, 3L+N+PE/3L+PE,

(Hz) 50Hz/60Hz

Hiéu suat

Hiéu suat Euro 98,00%

Bao vé

Chế độ báo vệ Tích hợp thiết bi đóng ngắt DC, bảo vệ ngăn

mạch AC, bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá điện

áp, bảo vệ cách ly, bảo vệ chống dòng rò, tự

động ngừng khi mật điện lưới, bảo vệ quá

nhiệt, phát hiện sự cố chạm đất, v.v

Thong tin chung

Ngôn ngữ màn hình LCD Anh, Trung Quoc, Duc, Ha Lan

Ngưỡng nhiệt độ hoạt động -25°C~+60°C (suy giảm công suật khi nhiệt độ

trên 45°C) Kích thước (C x R x S mm) 810x645x235

Khối lượng (kg) 53

Cac tiéu chuan DIN VDE 0126-1-1:2013, VDE-AR-

N4105:2011, DIN VDE V 0124-100:2012, IEC 61727(1EC62116), AS/NZS 4777.2:2015, NB/T32004-2013, IEC 60068-2-1:2007, IEC 60068-2-2:2007, IEC 60068-2-14:2009, IEC 60068-2-30:2005, IEC 61683:1999, C10/11:2012, G59/3-2:2015+B56, EN 50438:2013, Leader, ZVRT, PEA

Cac chimg chi TEC 62109-1:2010, IEC 62109-2:2011, EN

61000-6-2:2005, EN 61000-6-3:2007/A1:2011 Bao hanh 5 năm / 10 năm (gói mở rộng)

¢ Ta thấy công suất PV ngõ vào tôi đa của bộ inverter là 72 kW > 64 kW

© Cần phải phân bố đều các dãy với số lượng tắm PV bằng nhau nên chọn hệ thông PV bao gồm 16 chuỗi, mỗi chuỗi mắc núi tiếp 16 tam PV

5

® Kiểm tra công suất của hệ thông: P =l6*16*250=64000(W)

e Kiém tra lai dién áp cực đại của hệ thống PV:

V?y=n„*Vo¿=16%37,37=603.2(V )

Ta thay 603.2 (V) nam trong giải điện áp PV đầu vào của bộ inverter (570V — 950V),

64000 W phù hợp ngõ vào tối da cua inverter

Do đó ta bố trí 256 tấm pin năng lượng mặt trời thành 16 chuỗi, mỗi chuỗi mắc nối tiếp 16 tắm là hợp lý

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

- _ Xây dựng mô hình hệ thống PV trong matlab:

Sun irradiance

25

Cell temperature

Lo }—

Discrete

Voltage

- _ Nhập thông số cho tắm PV:

PV array (mask) (link)

Implements a PV array built of stings of PV modules connected in parallel Each string consists of modules connected in series

Allows modeling of a variety of preset PY modules available from NREL System Advisor Model (Jan, 2014) as well as user-defined PV module

Input 1 = Sun irradiance, in W/m2, and input 2 = Cell temperature, in deg.C

Array data

Parallel strings |16

Series-connected modules per string 16

Module data

Module: | User-defined

31.65

Voltage at maximum power point Vmp (V)

Display 1-V and P-V characteristics of

Plot Model parameters Light-generated current 1L (A) | 8.4552 Diode saturation current 10 (A) | 3.0836 Diode ideality Factor 1.0094 Shunt resistance Rsh (ohms) 201.3226 Series resistance Rs (ohms) | 0.12395

Nhập vào các bức xạ mặt trời theo đề bài, sau đó dò tìm diém céng suat cyc dai doi voi

tùng bức xạ

125.121 546 16.54 9030.84 166.828 553 22.06 12199.18

179 555 23.68 13142.4 311.055 569 41.15 2341435 414.74 576 54.87 31605.12

445 578 58.88 34032.64 499.785 581 66.12 38415.72 623.508 586 82.49 48339.14 666.418 588 88.16 51838.08

699 589 92.47 54464.83

715 590 94.58 55802.2 831.344 593 110 65230

892 595 118 70210 915.224 596 121.1 72175.6

932 596 123.3 73486.8

982 597 129.9 77550.3

1000 598 1323 79115.4 2.2 Năng lượng gid

2.2.1 Xây dựng phương trình xác định công suất của hệ thong tuabin gió theo vận tốc gió

7

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

: Prated

5 , Region: Region

28 1; : 3

>

Wind speed

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

Theo đề bài ta có: P„„a

0(v<v ,hoặc v> vụ)

vv,

pr.——4(v)<vsv,)*épr(v,<v<vo)

V„—YV, Thể các thông số dé cho vào (*) ta được phương trình :

_ 64000 *v?—3°

P vind = 137-37 =29.493v”—796.3133 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:

§

6 3574.1747

7 9319.7857

8 14304.1027

9 20704.0837

10 28696.6867

ll 38458.8697

12 50167.5907

13 63999 8077

14 64000

15 64000

16 64000

17 64000

18 64000

19 64000

20 64000

21 64000

22 64000

23 64000

24 64000

25 64000

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

WIND

80000

70000

60000

50000

40000

30000

20000

10000

2.3 Tính toán chỉ phí vận hành của hệ thống trong 200 giờ

s* Trong giờ đầu tiên

Giờ Cường độ Tốc độ

BXMT (W/m2) gid (m/s)

" Cường độ bức xạ mặt trời là 0 (W/m2) —› Pp, = 0 kW

._ Tốc độ gió 5,46 (m/s) —> Pwind = 29.493+ 5,463 — 796 3 13 3= 4004.3017(W) Suy ra tổng công suất phát điện của gió và mặt trời là: Pzen = Ppv + Pwua = 4004.3017(W)

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

Pz=P, gen „——“”~=4004.3017— 098 =—47016.10(w )Công sut tải là 50kw tại mọi thời điểm

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

Pi =0,1% E,,,=0,1 *64000= 6400(W)

10

Pmax = 0,1.Ebat = 0,1.26000 = 2600 (W)

Giả sử tại thời điểm ban đầu trạng thái của pin là hoàn toàn day (SOC(@) = SOC max = 0,9)

Pasa Pi, =6400(W)

Như vậy công suất của máy phát cần bù vào là: (Công suất đầu ra thực tế của máy dién diesel)

Ppe=—Px—P„„=47016.10— 6400= 40616.10(W }

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

Ps

£0.9(1-0.02|— 9707-1 =0.0657

Đề 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:

FCpc=c,+Ppr+c¿* Ps¿=0,08145% 50+0,2461x40.616= 14.068( L)

Suy ra chi phí nhiên liệu cho vận hành máy phát điện trong giờ đầu tiên là:

Cy = FC pe * P sieset = 14.068 * 0,9= 12.66 C$)

s‹% Trong giờ thứ 2

" Cường độ bức xạ mặt trời là 0 (W/m2) —› Pp, = 0 kW

« Téc dé gid 5,46 (m/s) > Pwind = 29.493 « 4,273 — 796.3133 = 1499.848(W) Suy ra tổng công suất phát điện của gió và mặt trời là: P„e; = Ppv + Pwind = 1499.848(W)

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

P= Pog) == 1499.848 “Fo =—49520.5592 (w )Công suất tải là 50kw tại mọi thời điểm

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

Pặp"=0,1* E,„=0,164000= 6400(W )

Pmax = 0,1.E = 0,1.64000 = 6400 (W)

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

11

_ 49520.5592 _

0.964000 °°

20.0657 *{1—0.02 |

Do đó công suất xả tôi đa mà hệ thông lưu trữ có thé xa ở giờ thứ 2 là:

P„„=| SOC, #|1— Ø,„

—SOC nin

*Noar* E yar 40.0657 *0.98 —0.2 |*0.9 «64000 =— 7811.3664(W)

Như vậy công suất của máy phát cần bù vào là: (Công suất đầu ra thực tế của máy dién diesel)

Ppec=— P„—P „=49520.5592+7811.3664—57331.9256 (W }

Đề 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 máy phát điện trong giờ thứ 2:

FC pp = ee, *P po + Co* Pyg =0,08145 * 50+ 0,2461 *57.331= 18.18 (L)

Suy ra chị phí nhiên liệu cho vận hành máy phát điện trong giờ thứ 2 là:

Cag = FCne*# Pz„„¡= 18.18 *0,9= 16.36 6$)

Đề 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 thứ 2:

Do SOG,¡< SOC„„=0.2 hệ thông lưu trữ không còn có thê xả thêm được nữa trừ khi được sạc lại nên: P„¿=0Ũ ¬ Pp¿=—Ps

Như vậy công suất của máy phát cần bù vào là: (Công suất đầu ra thực tế của máy dién diesel)

Pp¿=—P—P„,=49520.5592 +7811.3664—=57331.9256(W )

Đề 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 máy phát điện trong giờ thứ 2:

FC po C,*P po + Co * Pog =0,08145 * 50+ 0,2461%57331.9256 = 12.41(L)

Suy ra chị phí nhiên liệu cho vận hành máy phát điện trong giờ thứ 2 là:

Cog = FC yo P jiegr= 12.41 *0,9= 11.17 6$) diesel

s$ Trong giờ thứ 3

Cường độ bức xạ mặt trời là 0 (W/m2) —› Pạy = 0 kW

« Téc dé gid 12,77 (m/s) —> Pwind =29.493 + 12/773— 796.3133=(W)

Suy ra tổng công suất phát điện của gió và mặt trời là: P„e; = Ppv + Pwina = 60621.1(W)

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

Prag _ =60621.1 50000 098

=9600.7(w)

Vì P„„>P„„z nên không cần sử dụng dung lượng của bộ lưu trữ nên máy phát không làm

việc Suy ra chi phí nhiên liệu cho vận hành máy phát điện là: 0¿$)

Trạng thái của hệ thống pin còn lại sau khi xả là SOC@¿; = 0,2 (sau giờ thứ 2 hệ thống

lưu trữ không còn có thể xả thêm được nữa trừ khi được sạc lại —› Pas = 0 — Ppe = -

Pim) Trong trường hợp nếu Pin > 0 không cần sử dụng dung lượng của bộ lưu trữ nên

may phát không làm việc Suy ra chỉ phí nhiên liệu cho vận hành máy phát điện là: 0ó8) s* Tương tự như trên ta tổng hợp được số liệu tính toán trong 200 giờ như sau:

giờ vận tốc(m/s)

1

5.46

4.27

12.77

12.36

4.94

13.98

12.98

6.98

11.02

4.44

10.37

12.15

7.75

8.17

9.63

13.33

4.83

4004.3

1499.85

60621.1

54893.3

2759.18

64000

63701.2

9233.32

38673.4

1785.16

32093

52102.7

12932.2

15287.4

25542.6

64000

2526.92

0

1000

10540

27200

44360

55620

62510

61360

44360

27200

10540

Pim -47016.10645 -49520.5592 9600.708974 3872.912463 -48261.22871 12979.59184 12680.80037 -41787.08438 -1807.02974 -22035.24683 25432.6232 56702.31781 24421.80921 25626.9473 18882.18938 40179.59184 -37953.4919

0.36 0.2

6400 -7811.4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Pdg(w)

40616.10645 57331.9256

0

0 48261.22871

0

0 41787.08438 1807.02974 22035.24683

37953.4919

FCdg(L/H)

14.0681238 18.18188689

0

0 15.94958839

0

0 14.35630147 4.517210019 9.495374246

13.41285436

Cdg(s)

12.66131142 16.3636982

0

0 14.35462955

0

0 12.92067132 4.065489017 8.545836821

12.07156892