Tiểu luận Đề tài tính toán chi phí Điện năng cho hệ thống Điện nltt tại trang trại nuôi tôm công nghiệp

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 ứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TIỂU LUẬN

Đề Tài: Tính toán chi phí điện năng cho hệ thống điện NLTT tại trang trại nuôi tôm công nghiệp

Môn Học: Năng Lượng Tái Tạo (Phần Điện)

Mã Môn Học: RENE346745_05

Giáo Viên Hướng Dẫn: Thầy Phạm Quốc Khanh

Sinh Viên Thực Hiện: Vương Triều Vĩ

Lớp: 22LC42DN3

Mã Số Sinh Viên: 22842215

Số Thứ Tự: 24

Tháng 06, Năm 2024

Mục Lục

Lời Mở Đầu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 5

1 Giới thiệu 5

2 Số liệu tính toán 6

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG NLTT 8

2.1 Năng lượng mặt trời 8

2.2 Dò điểm công suất cực đại cho hệ thống pin năng lượng mặt trời theo từng bức xạ mặt trời 11

2.3 Năng Lượng Gió 13

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH 16

3.1 Giờ đầu tiên 16

3.2 Tương tự như trên trong 5 giờ đầu tiên: 17

3.3 Giờ thứ 6 18

3.4 Tương tự như trên ta tổng hợp được số liệu tính toán 200 giờ như sau: 19

 Kết luận: 24

 Góp ý giáo viên: 24

 Tài liệu tham khảo: 24

“Tính toán chi phí điện năng cho hệ thống điện NLTT tại 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, 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

Ký tên sinh viên thực hiện

Vương Triều Vĩ

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn

Điểm: …… Chữ Ký Giáo Viên Hướng Dẫn

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 33 kW

 Hệ thống điện mặt trời có công suất 37 kWp

 Dung lượng hệ thống Pin lưu trữ 87 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 tham gia

để cung cấp điện cho tải 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 thống pin lưu trữ, khi hệ thống pin lưu trữ đầy lượng điện

dư sẽ bị xả ra ngoài

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

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG NLTT

2.1 Năng lượng mặt trời

− Vì STT là 24 nên có được công suất PV 37 kW Với việc sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời có công suất được cho trong đề bài là 250 W ở hình 1.2 thì số lượng tấm pin cần cho hệ thống điện mặt trời của trang trại tôm này là: 𝑛 =37000250 = 148 (tấm)

Dựa vào hệ thống pin năng lượng mặt trời ta chọn INVERTER SUN-40K-SG01HP3-EU-BM4

Hình 2.1 Inverter Sun-40K-SG01HP3-EU-BM4

Dữ liệu đầu pin vào

Chiến lược sạc cho pin liti-ion Tự thích ứng với BMS

Dữ liệu đầu vào chuỗi PV

Dòng điện đầu vào PV hoạt động

Số lượng trình theo dõi MPP/Số

Dữ liệu đầu vào / Đầu ra AC

Công suất hoạt động đầu vào/đầu ra

Công suất biểu kiến đầu vào/đầu ra

Công suất đỉnh (không nối lưới)

Dòng điện đầu vào/đầu ra AC định

Tần số/Phạm vi lưới đầu vào/đầu ra

Phạm vi điều chỉnh hệ số công suất 0,8 dẫn đầu-0,8 tụt hậu

Tổng độ méo hài hiện tại THDi <3% (công suất danh nghĩa)

Hiệu quả

Giám sát mạng điện, Giám sát bảo vệ đảo, Phát hiện lỗi chạm đất, Công tắc đầu vào DC

Bảo vệ giảm tải quá áp, phát hiện dòng điện dư (RCD), cấp

Chế độ màn hình GPRS/WIFI/Bluetooth/4G/LAN (Tuỳ chọn)

Dữ liệu chung

Độ ẩm môi trường xung quanh cho

Kích thước tủ (W*H*D) [mm] 527*894*294 (Không bao gồm đầu nối và giá đỡ)

Sự bảo đảm

5 năm/10 nămThời gian bảo hành tùy thuộc vào địa điểm lắp đặt cuối cùng của Biến tần, Thông tin thêm vui lòng tham khảo

Chính sách bảo hành

Lưới điện quy định

IEC 61727, IEC 62116, CEI 0-21, EN 50549, NRS 097, RD

140, UNE 217002,OVE-Richtlinie R25, G99, VDE-AR-N 4105

An toàn EMC/Tiêu chuẩn IEC/EN 61000-6-1/2/3/4, IEC/EN 1, IEC/EN

62109-2

Link Sản Phẩm:

https://www.deyeinverter.com/product/hybrid-inverter-1/sun25-30-40-

50ksg01hp3eubm2-3-4-25-50kw-three-phase.html?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTAAAR0SJeGDztAHsmWUikEQ6K50D22omgoTCehxA20ojV1tj3ms-0TMnOs4nmk_aem_AS-8HsWzTqYiI-

vmYGTFYl1YXfTAcrTDECzgd8dWmosIZWY3DJJ0nkmeeBVSHUFFD5Y3hwaFkoC7OcBDrXDw3wMj

 Ta thấy công suất tối đa của bộ inverter là 40 kW > 37 kW

 Ta cần phải phân bố đều các dãy với số lượng tấm PV bằng nhau nên chọn hệ thống PV bao gồm 37 chuỗi, mỗi chuỗi mắc nối tiếp 4 tấm PV

 Kiểm tra công suất của hệ thống: P =37*4*250=37000(W)

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

𝑉𝑃𝑉𝑚𝑎𝑥= 𝑛𝑛𝑡 ∗ 𝑉𝑂𝐶 = 4 ∗ 37,37 =150 (𝑉)

Điện áp cực đại ta tính được là 150 (V) nằm trong giải điện áp PV đầu vào của bộ inverter (150V – 850V), 37 kW phù hợp ngõ vào tối đa của inverter

Do đó ta bố trí 148 tấm pin năng lượng mặt trời thành 37 chuỗi, mỗi chuỗi mắc nối tiếp 4 tấm

là hợp lý

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

Hình 2.2 Mô hình hệ thống PV trong matlab

 Nhập vào các bức xạ mặt trời theo đề bài, sau đó dò tìm điểm công suất cực đại đối với bức xạ + bức

xạ 179 ( W/m2)

 Khi đã dò xong thì cho được kết quả như sau:

 Làm tương tự như trên cho các bức xạ khác ta lập được bảng công suất cực đại của từng bức

xạ theo đề như sau:

2.3 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:

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 lượng 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

 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 :

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

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH

3.1 Giờ đầu tiên

Pim (tại 1 giờ) = 2.064 - 60

0.98 = -59.160 (kW) (Công suất tải là 60kW tại mọi thời điểm)

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

𝑃𝑑𝑖𝑠𝑚𝑎𝑥 = 0.1 Ebat = 0.1 87 = 8.7 (kW)

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

(SOC(0) = SOCmax = 0,9)

 Ta thấy - Pim >𝑃𝑑𝑖𝑠𝑚𝑎𝑥 do đó hệ thống lưu trữ sẻ phải xả tối đa → Pdis = 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑚𝑎𝑥 = 8.7 (kW)

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

PDG = - Pim - Pdis = - (-59.160) – 8.7 = 50.460 (kW)

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

SOC(1) = SOC(0)*(1-σbat) - Pdis

(ηbat−Ebat ) = 0.9*(1-0.02) - 8.7

(0.9 87) = 0.771

 Để đảm bảo liên tục cung cấp điện ta chọn máy phát có công suất định mức bằng 60kW

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

3.2 Tương tự như trên trong 5 giờ đầu tiên:

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

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

Pim= 33 - 0.9860 = - 28.224 (Kw) (Công suất tải là 60 kW tại mọi thời điểm)

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

Pdismax = 0.1 Eba t = 0.1 87 = 8.7 (kW)

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

Vì SOCmin = 0.2

 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 87 = 5.825 (kW)

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

PDG = - Pim - Pdis = -(-28.224) – 5.825 = 22.399 (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 → PDG = - Pim)

 Suất tiêu hao nhiên liệu của của máy phát điện trong giờ thứ 6:

 Kết luận:

 Tổng suất tiêu hao nhiên liệu của máy phát sau 200 giờ là: 3157.050 (L)

 Như vậy ta xác định được sau 200 giờ vận hành sử dụng hết 3157.050 lít dầu cho máy phát

điện diesel

 Với mức giá 0.9 $/L, chi phí để vận hành hệ thống 200h là : CDG = 0.9 3157.050 = 2841.345$

 Chi phí trong 200 giờ vận hành của hệ thống điện tại một trang trại nuôi tôm công nghiệp

có tông công suất phụ tải 60 kW (tại mọi thời điểm trong năm) trong trường hợp không có

điện lưới quốc gia là:

+ Tổng chi phí: 2841.345 ($)

+ 1 ($) = 25.450 (đồng)

 2841.345 25.450 = 72.319.333 (Đồng)

 Góp ý giáo viên:

 Trong quá trình học tập và làm bài tiểu luận LNTT em rất biết ơn và cám ơn thầy đã chỉ bảo

hướng dẫn tận tình giúp đỡ chúng em hiểu biết sâu về ngành nghề mà chúng em đang theo học

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!

 Tài liệu tham khảo:

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

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

https://cuuduongthancong.com/s/nang-luong-tai-tao#google_vignette

https://lib.hcmut.edu.vn/ky-thuat-he-thong-nang-luong-tai-tao