Tính toán, thiết kế hệ thống lưu trữ điện năng bằng ắc quy

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ụ .7 Danh mục hình vẽ, thị Ề 1.1 ị 10 10 ữ 1.2 1.2.1 Ắ 1.2.2 Ắ ệ 1.2.4 B 1.2.5 1.2.6 11 .11 12 ụ 1.2.3 ệ ệ 13 ữ .13 ữ 13 ệ .15 ữ siêu dẫn từ 17 1.2.7 ậ 1.2.8 1.3 ệ ữ ệ 17 19 1.4 ữ .20 1.5 20 1.6 ệ ế 1.7 1.8 21 ế 22 ậ 23 B .26 ế 2.1 ế ệ B ắ 2.1.1 ế 2.1.2 ế 2.3 ế ệ ế ế ệ B ề ệ ế ệ ữ ữ ữ ệ ệ ắ , 3.2.2 ụ .37 39 à , F .40 40 ắ ế .41 ệ , 41 ệ ệ 3.3 B 36 a% 39 ể , 3.1.4 ị B 34 .39 , 3.2.1 B ắ 3.1.2 3.2 32 39 ỷ ệ ề ắ ắ ữ ệ 3.1.3 ệ ệ B 3.1.1 28 ệ 33 ệ 2.4 3.1 26 B ệ 2.5 à 2.1.3 2.2 26 41 B 42 3.3.1 ệ .42 3.3.2 , 43 ắ 3.3.3 43 ắ 3.4 44 B , .48 ế 48 ệ à 51 53 ế ữ ệ B 56 ậ 63 ẾT QU VÀ BÀN LUẬN 64 Ế Ậ Ế 66 67 Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác T c giả ế Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt A: ệ thống lưu tr điện AL-TES: ăng lượng lưu tr siêu BESS: ưu tr lượng C: ng c quy n từ ng h n n Thủy điện t ch CAES: c quy a l – Niken CB: c quy ana i oxi h a h CES: c quy poli sunfua Brom CF: ăng lượng lưu tr l nh CL: c nhiệt đ thấp Co: c quy lượng m thanol trực tiếp CO: ệ số m o d: ông suất tham hảo DCE : ông suất hệ thống DMFC: ng t ng Th i gian xả EboBESS: ung lượng xả EbwBESS: i tr hiệu F: Fo:  ng c c ng điện ậc cao chuy n đ i lượng àm m c tiêu Th i gian c o cao m i: hi ph tiết iệm hi s In,hd: hi ph l p đ t vận hành hệ thống KW : ch làm việc hệ thống KWC : hi ph phải trả hi hông c hệ thống KWD : hi ph phải trả hi c hệ thống l: ng hệ thống Tu i th hệ thống Op : iệu suất qu trình s c xả lượng P(t): ăng lượng cung cấp cho chế đ s c PB: ăng lượng cung cấp th i gian xả PCS: hi ph vốn an đ u PSB: hi ph vốn vận hành Psh: T lệ tăng trư ng tải PHS: ự thay đ i tải QB : hi u ài trung chuy n : hi ph vốn Sa: hu c u ph tải tối đa SL : hi ph phải trả năm Smax: hi ph phải trả năm thứ n SMES: gi i suất TB : T lệ chiết hấu Te: hi ph vay THD: hi ph VRB: ông suất cực đ i iên WBCh: T ng lượng cung cấp WBDCh: hi ph lượng h c WT : hi ph s c lượng ZEBRA: hi ph xả lượng gi ụ ảng : c t nh thuật c c hệ thống lưu tr điện năng…………………… ảng : hi ph vốn hệ thống …………………………………………38 ảng 3: ệ số α, β, γ.………………………………………………… ………… ảng : c tham số đ c trưng cho thay đ i tải gi ………………… Danh mục hình vẽ, thị ình : c quy điện h a………………………………………………………… ình : ô hình l p đ t ho t đ ng hệ thống ình 3: ối quan hệ gi a c c thông số liên quan đến ình : c thành ph n hệ thống ình : đ thiết ế hệ thống chuy n đ i lượng ……………………… …………………… ……………………………………… ình 6: i u đ nhu c u tải tu n ngày ch c ……………………3 th i m nhu c u cao ……………………………………………………………………………… ình 7: i u đ nhu c u ph tải tu n ngày c th i m nhu c u cao ……………………………………………………………………………… ình 8: hi ph iên lượng điện………………………………………… ình 9: ự thay đ i tải gi ……………………………………………… ình 0: i u đ s c xả gi i cao m tải ……………………… ình : i u đ s c xả gi i cao m tải ……………………… ình : ình 3: ô ph ng nhu c u công suất tu n……………………………… ối quan hệ gi a chi ph lượng công suất…………………… ình : ng đ c t nh tải ngày………………………………………… ình ối quan hệ gi a v i TB………………………………………… T i l i c n đ lưu tr lượng c th lượng điện? ưu tr lượng m t ph n quan tr ng sản xuất, ngành công nghiệp d ch v , ngành công nghiệp lượng tái t o tư ng lai, tất thiết b điện t i đ ng mà s ng hàng ngày lượng đ i, s d ng pin lithium-ion ếu hông c lưu tr i-ion , thập k điện tho i thông minh, iPad, iPod hông c sựu ph t tri n ngày hôm ên c nh giải trí, lưu tr lượng đ ng m t vai trò quan tr ng sản xuất công nghệ cao, đ c n thiết đ có m t ngu n điện liên t c v i t n số hông đ i Ta c th thấy m t o c o m i năm ngành công nghiệp oa yếu điện ỳ 80 t đô la chủ cải thiện tình tr ng việc lưu tr điện quan tr ng Trên gi i c ng đ c nhi u đ tài, công trình nghiên cứu nh m giải vấn đ cấp thiết thực tế T i ph ng th nghiệm quốc gia an ia đ c m t chư ng trình xuyên suốt nghiên cứu v hệ thống lưu tr điện v i c c công trình nghiên cứu công ố từ nh ng năm 987 đến năm c đ ch nghiên cứu luận văn nh m giúp cho nh ng h ch hàng công nghiệp, h ch hàng sản xuất inh oanh, nhà phân phối điện,… c th c m t c ch tiếp cận m i v chi ph đ u tư, ứng thực tế ng hệ thống giải vấn đ ta vào tìm hi u c nay, nh ng thành nghiên cứu ứng cứu nh ng đ c t nh c vào u iện ản c c hệ thống lưu tr ng đ đ t Từ đ sâu vào nghiên ản hệ thống , lên thiết ế t ng quan v hệ thống, đưa c c tiêu ch đ nh gi , xây ựng hệ thống ph hợp v i u iện c th nh m tối ưu h a chi ph hệ thống hư ng ph p nghiên cứu ta tìm hi u từ t ng quan hệ thống sau đ sâu vào phân t ch chi tiết c c thành ph n, c c đ c t nh hệ thống, mối quan hệ gi a c c thành ph n hệ thống đ Từ đ c nh ng đ nh gi , thiết ế hệ thống cho ph hợp v i yêu c u thực tế uận văn nh ng đúc ết cô đ ng c th v hệ thống lưu tr điện ng c quy, giúp cho nhà nghiên cứu, nhà sản xuất, nhà phân phối điện c c i nhìn sâu s c h n v hệ thống Ề 1.1 ị Trong vài thập k qua, c nhi u c c t chức c nhân đ thực nghiên cứu nhi u công việc phát tri n đ nh gi c c công nghệ m i m ng lư i hệ thống lưu tr lượng h ng công trình nghiên cứu có th theo dõi tr l i vào đ u năm c nhà nghiên cứu Arli Graham Sterling , nhà hoa h c tr đến từ MIT , ông đ t đ u nghiên cứu thiết b lưu tr lượng ti m năng[1] Trong luận án mình, ông ành riêng đ thiết kế m t hệ thống lưu tr lượng nh đà ng cho ứng ng c o cao m tải lư i điện ng ngư i đ u tiên tuyên bố r ng hệ thống lưu tr nh đà hông inh tế thi v m t k thuật năm 80, phòng thí nghiệm quốc gia Sandia đ gi a nh ng t đ u nghiên cứu hệ thống lưu tr lượng M t nh ng chủ đ hàng lo t nghiên cứu c ng luận án hệ thống lưu tr lượng c quy(BESS) đ c nh ng nghiên cứu tìm hi u v ph t tri n công nghệ sản xuất c quy c c năm 999 ng o c o i m tra từ nh ng năm 98 đến nh ng c ng đ c m t báo cáo chi tiết k thuật liên quan đến ứng ph t tri n mô hình c quy Kẽm / Brôm nghiên cứu i l r vào năm 1999[5] ng ng đ san lấp m t ph ng tải v i ến nh ng năm 000 h đ tđ u nghiên cứu nh ng ết hợp việc lưu tr điện vào thực tế, đưa h i niệm cấu trúc cho hệ thống math rs, ouglas , A hil, A as,…[12] v i c c nghiên cứu ến th ng 00 v i nghiên cứu y r, James M.,Iannucci, Joseph J., Corey, Garth P v lợi ch việc lưu tr lượng s tay phân t ch đ mô tả m t mức đ cao công nghệ chung đ nh gi lợi ích ti m từ t nh hiệu inh tế v việc s d ng hệ thống lưu tr điện cho c c ứng d ng tiện ch liên quan đến điện[6] 02/2010 Eyer, Jim, Corey, Garth đ đưa nghiên cứu v tr cho lư i điện: Lợi ích th trư ng - 10 ng d n ến th ng ăng lượng lưu nh gi ti m năng”[7] time_max2=20; S_real=zeros(36,481); time_diff1=[9 11 18]; for Smax=7e6:0.5e6:10e6 for Smin=5.5e6:0.5e6:6.5e6; Smax_delta=Smax-Smin; for time_diff=[9 11 18] if time_diff>11 min_error = realmax('double'); for a=0.5e6:0.01e6:5.5e6 error_D=Smax-(-a.*exp(-(16-8time_max1).^2/(2.*(time_diff./3).^2))+(Smin+a)); if error_D < min_error && error_D>=0 min_error_D = error_D; a_best=a; end end if Smax==10e6&&Smin==5.5e6 display('here we go') a_best end magni_S=((t8+8) *-a_best.*exp(-(t-8time_max2).^2/(2.*(time_diff./3).^2)))+ones(1,801)*(Smin+a_best); else magni_S=((t 8+8) *-Smax_delta.*exp(-(t8-time_max2).^2/(2.*(time_diff./3).^2)))+ones(1,801)*(Smax); end 54 S_real(9*((Smax-7e6)/0.5e6)+3*((Smin5.5e6)/0.5e6)+find(time_diff1==time_diff),:)=magni_S( find(t==0):1:find(t==24)); plot(t_day,S_real(9*((Smax-7e6)/0.5e6)+3*((Smin5.5e6)/0.5e6)+find(time_diff1==time_diff),:)./1e6,'LineWidth',1); hold on hold on xla l Th i gian h , ontsiz ,6 ; yla l titl ông suất W , ontsiz ,6 ; ng đ c t nh tải , ontsiz , ; set(gca,'FontSize',6,'FontWeight','bold'); grid on; xlim([0,24]); set(gca,'XTick',[-4:4:120]); ylim([5,10]); end end end hold off for a=28:1:30 plot(t_day,S_real(a,:)./1e6,'LineWidth',1); hold on xla l Th i gian h , ontsiz , ; ylabel('Công suất titl W , ontsiz , ; ng đ c t nh tải , ontsiz , ; set(gca,'FontSize',10,'FontWeight','bold'); grid on; xlim([0,24]); set(gca,'XTick',[-4:4:120]); 55 ylim([5,10]); end load_best=S_real(28,:) ết mô ph ng sau: Đường đặc tính tải 10 9.5 Công suất(MW) 8.5 7.5 6.5 5.5 : 12 Thời gian(h) 16 20 24 Từ đ th ta nhận thấy r ng m t ngày nhu c u ph tải c nh ng th i m thấp cao Ta c n phải x c đ nh th i m thấp cao đ c m t chiến lượng ho t đ ng hiệu 4.4 ệ B Th o phân t ch chư ng m c đ đ nh gi , thiết ế hệ thống cho ph hợp v i nh c u s ng ta c n phải tối ưu h a qu trình s c xả, th qua thông số chi ph lượng h c đ phân t ch iả s ta c mối quan hệ gi a chi ph công suất th o thông số đ mô ph ng m c đư ng đ c t nh tải ngày mô tả hình 56 ta c th xây ựng, đ nh gi hiệu hệ thống chư ng trình matlap sau: for b=1:1:1 for efficiency=0.55:0.15:0.85 time_step=1/20; t=0:time_step:24; efficiency1=[0.55 0.7 0.85]; Discharging_bar=zeros(length(t),length(t)); Charging_bar=zeros(length(t),length(t)); Charging_bar_try=zeros(4*length(t),length(t)); W_charging_real=zeros(length(t),length(t)); W_discharging_real=zeros(length(t),length(t)); TB1=2:0.05:10; Benefit=zeros(1,36*length(TB1)); energy_charging=zeros(1,length(t)); Power_D=zeros(1,length(t)); Power_C=zeros(1,length(t)); Money_saving_D=zeros(1,length(t)); Money_waste_C=zeros(1,length(t)); Money_waste_C_new=zeros(1,length(TB1)); Money_saving_D_new=zeros(1,length(TB1)); Money_before_D=zeros(1,length(TB1)); Money_after_D=zeros(1,length(TB1)); Money_before_C=zeros(1,length(TB1)); Money_after_C=zeros(1,length(TB1)); S_charging1_ok_real=zeros(1,length(t)); S_discharging_real=zeros(1,length(t)); S_discharging_real_ok=zeros(1,length(t)); Price_waste_C=zeros(1*length(t),length(t)); 57 ng Price_Saving_D=zeros(1*length(t),length(t)); Price_waste_C_new=zeros(1*length(TB1),length(t)); Price_Saving_D_new=zeros(1*length(TB1),length(t)); Pmax=5e5; Power_B_D=zeros(1,length(t)); Power_A_D=zeros(1,length(t)); Power_B_C=zeros(1,length(t)); Power_A_C=zeros(1,length(t)); [M,TM] = max(load_best(b,:)); Smax=M; time_max=TM; [m,Tm] = min(load_best(b,1:TM)); Smin=m; time_min=Tm; step_discharging=(abs(Smax)-abs(Smin))/(length(t)); step_charging=(abs(Smax)-abs(Smin))/(4*length(t)); for TB=2:0.05:10 Wmax=Pmax*TB; WBch=Wmax/efficiency; min_error = realmax('double'); for a=1:1:4*length(t) Charging_bar_try(a,:)=(abs(Smin)+step_charging*a)*ones(1,length(t)); S_charging=Charging_bar_try(a,:)-abs(load_best(b,:)); S_charging(S_charging=Pmax)=Pmax;%Address the power limit S_charging(TM:end)=0;% find the charging power(Consider the case time) Power_all_try=zeros(1,length(t)); point_C_try=find(S_charging(1,:));%find the charging time Power_all_try(1,point_C_try)=S_charging(1,point_C_try); 58 energy_try=time_step.*cumsum(Power_all_try); point_negative_energy=find(energy_tryWBch); error=WBch-max(energy_try); if error < min_error&&isempty(point_negative_energy)==1&&isempty (point_energylimit)==1 min_error = error; pointc=a; energy_full=time_step.*cumsum(Power_all_try); S_charging1_ok_real=Charging_bar_try(a,:)-abs(load_best(b,:)); S_charging1_ok_real(S_charging1_ok_real=Pmax)=Pmax; S_charging1_ok_real(TM:end)=0;% find the charging power(Consider the case time) end end W_D=Wmax; min_error_D = realmax('double'); for d=1:1:length(t) Power_D(1,d)=(abs(Smax)-step_discharging*d); Discharging_bar(d,:)=Power_D(1,d).*ones(1,length(t)); S_discharging_real(1,:)=abs(load_best(b,:))-Discharging_bar(d,:); S_discharging_real(1,S_discharging_real(1,:)>=Pmax)=Pmax; S_discharging(1:Tm)=0; S_discharging_real(1,S_discharging_real(1,:)=Pmax)=Pmax; S_discharging(1:Tm)=0; S_discharging_real_ok(1,S_discharging_real_ok(1,:)