đồ án kỹ thuật điện điện tử Nghiên cứu, tính toán áp dụng DSM vào phụ tải chiếu sáng

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Phát điện, truyền tải và phân phối điện là vấn đề thiết yếu của toàn xã hội. Nếu không có điện, sẽ rất khó hoặc thậm chí không thể tạo ra các sản phẩm hoặc nhiều cơ sở vật chất khác cho con người Mặc dù việc khai thác các nguồn năng lượng đã trở nên khó khăn hơn, đặc biết là nhiên liệu hóa thạch nhưng do nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng nhanh buộc ngành Điện phải xây dựng thêm nhiều nhà máy mới. Vì thế, việc quy hoạch phát triển nguồn Điện đóng vai trò rất quan trọng. Một trong những giải pháp tiết kiệm năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng mà nhiều nước trên thế giới và Việt Nam áp dụng đó là chương trình quản lý nhu cầu điện năng DSM (Demand Side Managent). DSM là tập hợp các giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ - Kinh tế - Xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách hiệu quả và tiết kiệm. DSM nằm trong chương trình tổng thể Quản lý nguồn cung cấp (SSM) - Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng (DSM). DSM được xem như một nguồn cung cấp điện rẻ và sạch nhất. Chính vì vậy em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, tính toán áp dụng DSM vào phụ tải chiếu sáng” làm tiểu luận kết thúc môn học “Quản lý nhu cầu điện năng” của mình. Do trình độ và khả năng còn hạn chế nên tiểu luận không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy cũng như của các bạn đồng môn để tiểu luận được hoàn chỉnh hơn. Em xin trân thành cảm ơn! Học viên 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DSM 1.1Khái niệm về DSM: DSM là tập hợp các giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ - Kinh tế - Xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách hiệu quả và tiết kiệm. DSM nằm trong chương trình tổng thể Quản lý nguồn cung cấp (SSM) - Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng (DSM). DSM được xem như một nguồn cung cấp điện rẻ và sạch nhất. Bởi DSM giúp chúng ta giảm nhẹ vốn đầu tư xây dựng them các nhà máy điện, tiết kiệm tài nguyên, giảm bớt sự ô nhiễm môi trường. Không chỉ vậy, nhờ DSM, người tiêu thụ có thể được cung cấp điện năng với giá rẻ và chất lượng cao hơn.Thực tế, kết quả thực hiện DSM tại các nước trên thế giới đã đưa ra kết luận là DSM có thể giảm >10% nhu cầu dùng điện với mức phí chỉ vào khoảng (0,3: 0,5) chi phí cần thiết xây dựng nguồn và lưới để đáp ứng lượng điện năng tương ứng. 1.2 Chiến lược của DSM: DSM được xây dựng trên cơ sở hai chiến lược chủ yếu sau: • Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện. • Điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất. Dưới đây sẽ trình bày tóm tắt các nội dung của 2 chiến lược này. 1.2.1. Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ tiêu thụ: Chiến lược nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dung điện nhằm làm giảm nhu cầu tiêu thụ điện một cách hợp lý. Nhờ đó có thể giảm vốn đầu tư phát triển nguồn và lưới đồng thời khách hang sẽ phải trả ít tiền điện hơn. Ngành điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng. Chiến lượng này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: 2 • Sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao. • Giảm thiểu sự tiệu phí năng lượng một cách vô ích 1.2.2. Điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh thế nhất: Chiến lược này bao gồm các giải pháp chủ yếu sau: • Điều khiển trực tiếp dòng điện: Cắt giảm đỉnh, lấp thấp điểm, chuyển dịch phụ tải, biện pháp bảo tồn, tăng trưởng dòng điện, biểu đồ phụ tải linh hoạt. • Lưu trữ nhiệt • Điện khí hóa • Đổi mới hóa CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG DSM VÀO PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG 3 Cụ thể là tính toán hiệu quả dự án khi sử dụng đèn chiếu sáng tiết kiệm điện (TKĐ). Lượng nhu cầu công suất đỉnh có thể tránh được chính bằng hiệu của lượng công suất đỉnh khi không áp dụng và khi có áp dụng các biện pháp DSM. Công suất và điện năng tiết kiệm do áp dụng DSN sẽ được đưa vào tính toán trong quá trình. Qui hoạch tổng thể nguồn lực (IRP), sau đó đưa ra các phương án để lựa chọn giải pháp tối ưu cho quy hoạch điện. Để phục vụ tính toán, số liệu phụ tải chiếu sáng sẽ được thu nhập trong quá trình đi khảo sát thực tế và từ các phòng ban chức năng. Mặt khác thường sử dụng chương trình máy tính để tính toán và trong đề án này sử dụng chương trình WASP – 3 tính toán qui hoạch lưới điện. 2.1. Các tài liệu cho điều tra số liệu: Để xác định được điện năng tiêu thụ nói chung và nhu cầu điện năng cho phụ tải chiếu sáng nói riêng cần lập bảng điều tra số liệu. Bảng mẫu điều tra phải gồm các câu hỏi dễ hiểu, từ đó sẽ có nhiều câu trả lời có chất lượng và tập hợp được những thông tin hữu ích nhất. Việc điều tra, khảo sát phải cung cấp được những thông tin sau: a. Những thông tin chung về hộ gia đình: • Tên, địa chỉ, số người trong 1 hộ • Nhà kiểu gì (vì kiểu, loại nhà sẽ chỉ ra loại đèn và số lượng đèn sử dụng). b. Những thông tin về đèn điện: • Các loại đèn sử dụng, số lượng từng loại đèn, công suất đèn và vị trí lắp. • Thu thập những thông tin rải rác để xác minh và dự đoán cách thức sử dụng đèn. Thời gian sử dụng của từng loại đèn cụ thể • Kiểu loại và công suất của ballast c. Những thông tin về thói quen của khách hàng: • Những thiết bị điện khác: Kiểu và số lượng mỗi loại, công suất và 4 thời gian sử dụng mỗi loại • Hoá đơn điện hoặc là % của tổng chi phí • Tìm hiểu về nhãn mác các thiết bị điện hiện đang sử dụng trong gia đình • Các khía cạnh có tính giáo dục khách hàng (Ví dụ: Ý thức tiết kiệm năng lượng nói chung và DSM nói riêng cũng như tinh thần tham gia vào các chương trình DSM thí điểm….) Ngoài ra việc khảo sát và thu thập dữ liệu còn cung cấp thông tin về: • Sự gia tăng dân số và số lượng khách hàng. • Số người trung bình trong từng loại hộ gia đình • Thông tin liên quan đến các nhà sản xuất đèn • Chi phí, nhãn hiệu hãng chế tạo và các đặc tính kỹ thuật khác Kết quả khảo sát cho chúng ta biết đầy đủ về đặc điểm các loại đèn trong các hộ hiện nay, thói quen sử dụng đèn của các khách hàng cũng như cung cấp cho chúng ta dữ liệu về phụ tải chiếu sáng. Những thông tin ban đầu về mức độ nhiệt tình tham gia vào chương trình DSM thí điểm cũng có thể nhận được từ kết quả khảo sát. 2.2. Phân tích số liệu khảo sát và xây dựng cách thức tiêu thụ điện 2.2.1. Xây dựng biểu đồ phụ tải chiếu sáng theo trình tự thời gian Xây dựng biểu đồ phụ tải chiếu sáng theo trình tự thời gian là một phần quan trọng của kết quả điều tra khảo sát. Đầu tiên là dựng biểu đồ phụ tải của hộ gia đình mẫu. Từ những người được phỏng vấn, chúng ta có thể biết số lượng đèn theo từng chủng loại trong mỗi giờ, mỗi ngày đối với từng hộ gia đình được khảo sát. Sau đó, công suất đèn chiếu sáng mỗi giờ của những hộ được khảo sát có thể tính bằng cách cộng tổng số công suất đèn và ballast của tất cả các chủng loại đèn trong hộ. Đối với mỗi loại đèn, tổng công suất sơ bộ là một hàm số, 5 của số hộ gia đình, số lượng đèn và chấn lưu trung bình trong 1 hộ, công suất của đèn và của ballast (đối với trường hợp đèn sợi đốt công suất của chấn lưu bằng 0). Phương trình tổng quát có thể viết như sau: Tổng số P i = P i * (Pl i + Pb i ) Trong đó: N i : Số lượng đèn loại i Pl i : Công suất của đèn loại i Pb i : Công suất ballast của đèn loại i (= 0 đối với đèn tròn) Dựa vào các câu trả lời khảo sát về thời gian sử dụng, chúng ta có thể vẽ được biểu đồ phụ tải của phụ tải chiếu sáng cho các hộ mẫu khác nhau. Việc phân loại hộ gia đình thành một vài nhóm khác nhau (Thành thị, nông thôn, miền núi, hộ giàu, trung bình, nghèo…), nhằm xây dựng được một bức tranh chính xác hơn về phụ tải toàn quốc từ số lượng không lớn các hộ khách hàng được khảo sát. Bước này sẽ cung cấp thông tin về thời gian phụ tải chiếu sáng đạt đỉnh, tỷ trọng của công suất chiếu sáng trong giờ cao điểm. 2.2.2. Tổng hợp biểu đồ phụ tải của các hộ dùng điện Từ khảo sát, cách thức sử dụng của một hộ cụ thể nói chung được xác định bằng một loạt các hệ số sử dụng. Nhu cầu sử dụng ở một giờ nhất định có thể được suy ra bằng phương trình sau: D ij = N i* F ij* F ij : D ij : Nhu cầu tại giờ j của loại phụ tải i N i : số lượng các phụ tải loại i C i : Độ tham gia của mỗi phụ tải loại i F ij : Số phần trăm tham gia hoạt động của phụ tải i ở giờ j Do đó: E i = j ∑ D ij E i : Điện năng yêu cầu của loại phụ tải i trong một khoảng thời gian nhất định D ij : Nhu cầu tại giờ j của các thành phần phụ tải i 6 Lượng tiêu thụ điện năng hàng tháng được tính qua tỉ lệ phần trăm tham gia hàng tháng trong lượng tiêu thụ điện năng hàng năm, có nghĩa là: ME ij = AE i * M ij Trong đó: ME ij : Lượng tiêu điện năng của ngành i trong tháng j AE i : Lượng tiêu thụ điện năng hằng năm trong ngành i M ij : Phần trăm điện năng tiêu thụ hằng năm của ngành i trong tháng j. Khi mà điện năng hàng năm được tính toán và phân bố theo các giờ trong ngày tuỳ theo cách thức sử dụng điện, cách sử dụng là một dãy các hệ số sử dụng chỉ ra số phần trăm của điện năng tiêu thụ hàng tháng trong một giờ nhất định. Do đó, nhu cầu phụ tải có thể tính theo công thức: d d ij ijh ijh ME * UE D = Trong đó: d ijh D : Nhu cầu của ngành i trong tháng j, giờ h và kiểu ngày d d ijh UF : Hệ số sử dụng định ra phần trăm của điện năng tiêu thụ hàng tháng của ngành i trong tháng j, giờ h và kiểu ngày d. Các hệ số sử dụng này được xác định từ hoá đơn điện hiện có của các khách hàng chính trong mỗi ngành. Phụ tải giờ điển hình sau đó được tính trung bình cho từng kiểu ngày và giờ trong ngày. Các giá trị này được chia cho lượng tiêu thụ điện năng hàng tháng thông thường để đạt được các hệ số sử dụng tương ứng. Một khi đã biết được phụ tải tổng và các hệ số sử dụng này thì có thể xây dựng được biểu đồ phụ tải của điện năng tiêu thụ theo ngành. Bước đầu tiên trong việc lựa chọn các chương trình DSM thích hợp là xác định và lựa chọn công nghệ DSM đối với từng loại khách hàng. Có thể dùng một biểu đồ lựa chọn để loại trừ các phương án DSM kém hiệu quả. Với cách tiếp cận này thì trước tiên cần xác định hệ số bảo toàn phụ tải (CLF) của tất cả các chương trình DSM để dựng đồ thị của nguồn lực phía nhu cầu trong 7 biểu đồ sàng lọc. CLF là tỉ lệ của lượng tiết kiệm phụ tải hàng trăm so với lượng tiết kiệm phụ tải đỉnh. CLF của mỗi chương trình được dựng đồ thị theo chi phí tính hàng trăm cùng với đường cong chi phí của các phương án phía cung cấp. Sau đó thì các chương trình DSM nằm dưới đường cong chi phí cung cấp sẽ được lựa chọn để tính toán áp dụng. 2.3. Các phương án DSM đối với chương trình chiếu sáng. 2.3.1. Các chiến lược cơ bản của chương trình DSM chiếu sáng. • Thay thế đèn sợi đốt bằng đèn compact mới: Các loại đèn tròn hoặc Halogen có công suất: 25, 40, 60, 75, 100 W được thay thế bằng các loại đèn compact 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 20 W… • Thay thế đèn huỳnh quang bằng đèn huỳnh quang tiết kiệm hơn (đèn tuýp gầy).  Đèn tuýp 20 W thay bằng đèn tuýp gầy 18 W  Đèn tuýp 40 W thay bằng đèn gầy 36 W  Thay ballast điện từ đang dùng – 12 W bằng loại điện tử - 5W 2.3.2. Thiết lập các kịch bản chiếu sáng để tính toán Từ số liệu thu được, ta nhận thấy đèn sợi đốt đang dùng chủ yếu là loại 100 W. Phần lớn các đèn huỳnh quang là loại 40 W (dài n1.2m) với công suất ballast là 12W. Vì thế trong đề án này chủ yếu tính về hai loại bóng đèn phổ biến kể trên ở Việt Nam. Đồng thời đề xuất hai kịch bản chiếu sáng DSM có tính khả thi cao. • Trường hợp DSM1: Giả định tất cả các đèn TKĐ đều phải nhập khẩu. Vì thế, chi phí của đèn TKĐ sẽ khá cao, khó mà thuyết phục được khách hàng sử dụng các loại đèn này thay cho loại đèn truyền thống. Trường hợp này được gọi là trường hợp nhập khẩu. • Trường hợp DSM2: Giả định tình hình sẽ thay đổi: Sau 5 năm triển khai chương trình chiếu sáng DSM (từ 2010 đến 2015), do ngành điện 8 nhận thấy lợi ích của dự án đối với cả khách hàng và Điện lực, đã quyết định đầu tư để thành lập các nhà máy sản xuất Đèn TKĐ trong nước. Giả sử từ năm 2016 tất cả đèn TKĐ đều sử dụng loại một địa, giá của đèn TKĐ giảm nhiều so với giá đèn nhập khẩu. Trường hợp này được gọi là trường hợp sản xuất trong nước. 2.4. Dự đoán mức độ thâm nhập thị trường của các kịch bản 2.4.1. Thị phần Để tính thị phần của chương trình DSM, phải tính toán được chi phí cho cả đời sống dự án được quy về hằng năm (annualized life cycle cost) của khách hàng trong cả 2 trường hợp áp dụng DSM và không áp dụng DSM. Chi phí này bao gồm vốn đầu tư, chi phí khuyến khích, chi phí điện năng, chi phí vận hành và chi phí bảo trì. Thị phần của sản phẩm DSM có thể tính: Thị phần j: SH = (1/cost(j)) a / i ∑ (1/cost(i)) a Trong đó j là sản phẩm của chương trình DSM và i đại diện cho các sản phẩm DSM cạnh tranh khác trên thị trường, i bao gồm cả j. Giá trị “a” tương ứng với tầm quan trọng tương đối của chi phí trong việc xác định thị phần. Nếu 0<a<2, chi phí là không quan trọng. Nếu a>3, chi phí là quan trọng. 2.4.2. Mức độ thâm nhập thị trường Trong đề án này, sử dụng một mô hình chung (Harrel và Lavone, 1991) để ước tính mức độ thâm nhập thị trường của chương trình chiếu sáng DSM. Mức độ thâm nhập trong năm n + 1 khi biết mức độ thâm nhập năm n là: PN n + 1 = PN n + { SH – PN n } (F) (R) (E)/3. Trong đó PN n : Mức độ thâm nhập vào thị trường của sản phẩm trong năm n, (n = 0, 1, 2…) SH: thị phần sau cùng của sản phẩm F: độ chấp nhận công nghệ mới của thị trường, tính theo hàm của PN i/ F=exp(PN n – 1. 9 [...]... truyền thống DSM1 (nhập khẩu) DSM2 (Sản xuất trong nước) Biểu đồ 4: So sánh chi phí điện năng tiết kiệm và chi phí điện năng SX 19 Nhân xét: Dựa vào kết quả tính toán chúng ta có thể đưa ra một số nhận xét như sau: • Trong cả hai trường hợp có áp dụng DSM, tổng chi phí cho IRP thấp hơn rất nhiều so với trường hợp không áp dụng DSM ó là do các dự án DSM đã giúp tiết kiệm nhu cầu công suất cũng như điện năng... ưu Kết hợp vận hành các nhà máy Kết hợp phát điện Tác động đến môi trường Tổng chi phí qui hoạch Chi phí DSM Tổng vốn đầu tư Hình 2: Quy hoạch nguồn lực hợp nhất Trong trường hợp có áp dụng các phương án DSM, chúng ta tính đến một số đặc điểm như: • Các phương án DSM sẽ làm thay đổi biểu đồ phụ tải: Có thể xác định bằng tính toán và ước đoán • Vốn đầu tư DSM bằng chênh lệch giữa vốn đầu tư cho đèn thường... cấp điện, do đó thời gian sử dụng có tầm quan trọng đặc biệt Nhu cầu điện trong cùng giờ có thể bao gồm các thành phần phụ tải khác nhau của các khách hàng khác nhau Chúng ta xem xét hai trường hợp có cùng giờ sử dụng trong thời gian ban ngày và ban đêm Phụ tải ban ngày chủ yếu bao gồm ngành thương mại và công nghiệp và 1 phần rất nhỏ của phụ tải chiếu sáng sinh hoạt, trong khi vào ban đêm, phụ tải chiếu. .. hoạch điện (qui về năm 2010) Chi phí AEG = 2030 ∑ n = 2010 17 Dien nang san xuat (t)* DF(t) CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ CỦA CHƯƠNG TRÌNH DSM CHIẾU SÁNG ĐỐI VỚI HTĐ VIỆT NAM 3.1 Phân tích tác động của chương trình DSM chiếu sáng đến quy hoạch hệ thống điện Việc đánh giá sẽ được tính toán trong giai đoạn 2010-2030 đã nêu ra trong chương 2: + Trường hợp truyền thống (không có DSM) : Tất cả chi phí sẽ được tính đến... hợp trên sẽ tính toán với các tỉ lệ chiết khấu khác nhau (lần lượt 14 là 10%, 12% và 14%) Để so sánh tổng chi phí quy hoạch, tất cả các giá trị được qui về năm 2010 và thời gian tính toán từ năm 2005 đến năm 2.7.1 Quy hoạch nguồn lực truyền thống (TRP) – không có DSM Số liệu về các nhà máy điện hiện có Số liệu về các nhà máy điện được chọn Biểu đồ phụ tải hệ thống và dự báo phụ tải (chưa có DSM) Mô hình... phát triển nguồn điện tối ưu Kết hợp vận hành các nhà máy Tác động đến môi trường Kết hợp phát điện Hình 1: Sơ đồ quy hoạch nguồn lực truyền thống 15 Tổng chi phí 2.7.2 Quy hoạch nguồn lực hợp nhất (IRP) – có áp dụng DSM Số liệu về các nhà máy điện hiện có Số liệu về các nhà máy điện dự kiến Biểu đồ phụ tải hệ thống và dự báo phụ tải (chưa có DSM) Mô hình quy hoạch phát triển nguồn điện tối ưu Kết hợp... trình chiếu sáng DSM là một trong những giải pháp tốt trong vấn đề tiết kiệm năng lượng khi được áp dụng với quy mô lớn và trong thời gian dài Chương trình này không chỉ mang lại lợi ích cho khách hàng xét đến khía cạnh tiết kiệm tiền điện mà còn mang lại lợi ích to lớn cho ngành điện về cắt giảm nhu cầu công suất và điện năng Chúng ta cần có các chính sách và giải pháp để chương trình DSM chiếu sáng. .. 2.5.2 Tiết kiệm năng tiêu thụ nhờ chương trình DSM Đề cập đến tiêu thụ điện trong chiếu sáng, chúng ta đã biết giữa khu vực nông thôn và khu vực thành phố cũng như giữa khu vực dân cư, thương mại 10 và công nghiệp thời gian sử dụng đèn chiếu sáng khác nhau Khách hàng ở thành phố có thời gian sử dụng đèn chiếu sáng lớn hơn ở nông thôn…Do đó, để xác định điện năng tiết kiệm nhờ đèn TKĐ, chúng ta phải... đêm, phụ tải chiếu sáng sinh hoạt lại chiếm tỷ trọng lớn Do đó, chi phí trên một KWh tiết kiệm sẽ khác Kế hoạch phát triển mở rộng nguồn điện tối ưu và nhu cầu nhiên liệu tương ứng sẽ được tính toán trong 2 trường hợp trên Cụ thể là sẽ tiến hành tính toán để so sánh tổng chi phí cho việc quy hoạch hệ thống điện trong ba trường hợp: i) trường hợp truyền thống – không có DSM, ii) có DSM- trường hợp sản... ta tính toán lượng điện năng tiết kiệm và tác động của nó đến quy hoạch hệ thống điện ra sao Cả ba trường hợp trên đều được tính toán với các mức chiết khấu khác nhau (10%, 12% và 14%), chưa xét đến các yếu tố môi trường Tất cả chi phí và đầu tư đều được dựa trên năm 2010 và đơn vị tính là USD Mục đích kiểm nghiệm cả ba trường hợp là nhằm xác định được lựa chọn tối ưu của dự án DSM, công suất và điện . phụ tải, biện pháp bảo tồn, tăng trưởng dòng điện, biểu đồ phụ tải linh hoạt. • Lưu trữ nhiệt • Điện khí hóa • Đổi mới hóa CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG DSM VÀO PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG 3 Cụ. nguồn cung cấp điện rẻ và sạch nhất. Chính vì vậy em đã chọn đề tài Nghiên cứu, tính toán áp dụng DSM vào phụ tải chiếu sáng làm tiểu luận kết thúc môn học “Quản lý nhu cầu điện năng” của. cung cấp sẽ được lựa chọn để tính toán áp dụng. 2.3. Các phương án DSM đối với chương trình chiếu sáng. 2.3.1. Các chiến lược cơ bản của chương trình DSM chiếu sáng. • Thay thế đèn sợi đốt bằng