Nghiên cứu mô hình lai ghép các nguồn năng lượng mới và tái tạo đối với các khu tái định cư và vùng sâu vùng xa

giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu mô hình lai ghép nguồn lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa ngành: mạng hệ thống điện mà số: 02.06.07 NGUYễN HữU MINH Người hướng dẫn khoa học: ts NGUYễN LÂN TRáNG hà nội 2005 Lời nói đầu Để hoàn thành luận văn này, tác giả vô biết ơn hướng dẫn đạo tận tình TS Nguyễn Lân Tráng, môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình cô công tác Viện Năng lượng quan tâm, giúp đỡ suốt thời gian học tập vừa qua Xin chân thành cảm ơn trung tâm bồi dưỡng sau đại học - Đại học Bách khoa Hà Nội Tác giả mong nhận bổ sung, góp ý hoàn thiện nội dung từ thầy cô, chuyên gia, bạn bè đồng nghiệp nhằm nâng cao tính khả dụng luận văn TRNG I HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện MỞ ĐẦU Cho tới nhiều năm sau nữa, diện tích quy mơ dân số nông thôn Việt Nam chiếm tỷ trọng lớn tòan quốc Như nhu cầu tiêu thụ lượng khu vực chiếm phần đáng kể nhu cầu nước Tuy nhiên họ dùng dạng lượng chỗ như: chất đốt sinh vật, sức kéo động vật người hỗ trợ phần lượng thương mại: điện, than, dầu Hiện nhiều vùng sâu vùng xa hay hải đảo xa xôi nguồn điện lưới kéo tới đến không đảm bảo điều kiện tiêu kinh tế Trong năm vừa qua nước ta đạt tiến đáng kể cơng xóa đói giảm nghèo phát triển xã hội Tuy nhiên Việt Nam quốc gia nghèo với 78% tổng số dân 90% dân nghèo tập trung nơng thơn Chính phủ Việt Nam nhận thức rõ dịch vụ cung cấp điện công cụ quan trọng giúp người dân nông thôn cải thiện chất lượng sống tăng thu nhập Vì lượng chiếm vị trí quan trọng định việc phát triển kinh tế - xã hội Nhằm đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng cho kinh tế đất nước, ngồi việc áp dụng cơng nghệ sản xuất, biến đổi sử dụng lượng, địi hỏi phải đa dạng hố nguồn cung cấp, khai thác tối đa nguồn lượng nước cách có hiệu Bên cạnh việc đầu tư mở rộng thêm khu công nghiệp khai thác nguồn lượng sơ cấp(than, dầu, khí đốt), xây dựng thêm nhà máy điện sử dụng nguồn thủy năng, lượng hoá thạch lượng nguyên tử việc phát triển nguồn điện sử dụng lượng tái tạo có quy mơ vừa nhỏ (như nhà máy điện địa nhiệt, thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng mặt trời, sinh khối, ) khuyến khích Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện Đây xu hướng giới nhằm khắc phục cạn kiệt dần nguồn tài nguyên thiên nhiên, giảm bớt ô nhiễm ảnh hưởng xấu tác động đến mơi trường chung sống tồn nhân loại Tiềm nước ta nguồn lượng tái tạo lớn phân bố tương đối đồng tất vùng Trong đó, tiềm thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng mặt trời khí sinh học chiếm vị trí đáng kể Do vậy, việc cung cấp lượng cho vùng sâu, vùng xa chương trình lượng nông thôn cần tập trung nghiên cứu phương án khai thác sử dụng hiệu nguồn thủy nhỏ, lượng mặt trời, lượng gió, khí sinh học…Trước mắt, cần ưu tiên giải vấn đề cung cấp chất đốt cung cấp điện cho phụ tải khu vực nông thôn Ở Việt nam nay, điện khí hố nơng thơn sách lớn Đảng Nhà nước Trong trình thực hiện, nhiều địa phương miền núi nằm cách xa lưới điện quốc gia, địa hình khó khăn, phức tạp Hơn nữa, diện tích lãnh thổ xã miền núi thường lớn (có xã có diện tích gần tỉnh đồng bằng), dân cư rải rác nên trung tâm xã dễ kéo điện lưới đến lại xã khơng thể kéo điện lưới đến địa hình q khó khăn, phức tạp điều kiện kinh tế khơng cho phép Thậm chí, số khu vực đưa dân đến tái định cư để xây dựng cơng trình thủy điện Hịa Bình thực cách hàng chục năm đến chưa có nguồn điện sử dụng, cơng trình thủy điện cung cấp lượng điện lớn cho hệ thống điện quốc gia Đó thực tiễn cần phải quan tâm giải dứt điểm Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày cao cần phải nghiên cứu kết hợp phát triển lưới điện quốc gia với việc sử dụng dạng lượng khác (như thủy điện nhỏ, điện mặt trời, điện gió, khí sinh học ) Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện Với kiến thức tiếp thu thời gian học tập, nghiên cứu lớp Cao học khoá 2003 - 2005, ngành Hệ Thống Điện Trung tâm đào tạo Sau Đại học thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội qua giảng dạy Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sỹ thuộc Trung tâm đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo, Tiến sỹ Nguyễn Lân Tráng – giảng viên Bộ môn Hệ Thống Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà nội với thầy cô giáo khoa Trung tâm Năng lượng tái tạo-Viện Năng Lượng, học viên mạnh dạn viết luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu mơ hình lai ghép nguồn lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa” Nội dung luận văn gồm chương: Chương I: Đánh giá tổng quan nguồn lượng tái tạo Chương II: Mô hình lai ghép nguồn phát điện có sử dụng lượng tái tạo Chương III: Ứng dụng mơ hình lai ghép sử dụng lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa Chương IV: Kết luận kiến nghị Khn khổ chun đề chưa đề cập hết nội dung cần quan tâm, viết cịn khiếm khuyết mắc phải, học viên viết đề tài xin lượng thứ Xin chân thành cảm ơn Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI 1.1- Khái quát tình hình khai thác, sử dụng số nguồn lượng tái tạo Các nguồn lượng tái tạo (renewable energy resources) nguồn lượng sinh ra, tái tạo theo thời gian hoạt động tự nhiên không khai thác tự tiêu hủy gọi lãng phí Năng lượng tái tạo biết đến tên gọi khác theo tính chất ưu việt môi trường xã hội như: lượng xanh (green energy), lượng (clean energy) Tiềm nguồn lượng tái tạo giới coi vơ tận phân bố không đồng đều, tùy thuộc vào điều kiện địa lý, điều kiện tự nhiên khu vực trái đất Có nhiều dạng lượng tái tạo, nhiên có số dạng nghiên cứu sâu hơn, ứng dụng nhiều phát triển rộng như: thủy (hydraulic energy); lượng gió (wind energy); lượng mặt trời (solar energy); lượng sinh khối (biomass); khí sinh học (biogas); địa nhiệt (geothermal energy), lượng thủy triều (tidal energy) Hầu hết dạng lượng khai thác dạng điện năng, nhiệt nước nóng Phạm vi ứng dụng nguồn lượng tái tạo rộng hầu hết ngành kinh tế (như: khoa học vũ trụ, điện lực, thông tin liên lạc, bảo đảm hàng hải, y tế, hóa chất, du lịch ) phục vụ đời sống sinh hoạt nhân dân, đặc biệt vùng nông thôn, miền núi Các nguồn lượng tái tạo ngày quốc gia, tổ chức giới quan tâm nhiều nghiên cứu, phát Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện triển khai thác ứng dụng Việc khai thác nguồn lượng này, vấn đề phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên vùng, khu vực tùy theo điều kiện kinh tế - xã hội sách quốc gia, vùng lãnh thổ Trong 10 năm trở lại công ty lượng hàng đầu giới Sell (USA), Siemens (Đức), BP (Anh), Kyocara, Sanyo (Nhật) có đầu tư lớn cho nguồn NLM&TT họ xác định NLM&TT thị trường kỷ 21 Các quốc gia cơng nghiệp phát triển định hướng nguồn lượng tương lai nguồn NLM&TT 1.1.1- Trên giới 1.1.1.1- Năng lượng gió Từ năm 60 kỷ trước, turbine gió phát điện nghiên cứu, ứng dụng với qui mô công suất nhỏ ngày lớn dần Mỹ nước đầu việc phát triển ứng dụng turbin gió phát điện, tiếp đến nước: Hà lan, Đan mạch, Cộng hoà liên bang Đức, Ấn độ, Tây ban nha Các turbine gió phát điện thường có cơng suất lớn, từ 50 kW đến 1.000 kW Ở Mỹ chế tạo thử nghiệm số turbine gió có cơng suất từ 2.000 kW đến 3.000 kW Song nay, loại turbine gió phát điện có cơng suất từ 250 kW đến 650 kW ứng dụng phổ biến Các turbine gió thường xây dựng thành cụm mà người ta thường gọi cánh đồng gió phát điện với qui mô công suất thường từ 20 MW đến 100 MW Khoảng 30 năm sau đó, số quốc gia châu Âu, Mỹ Ấn độ có đột biến mạnh mẽ việc phát triển ứng dụng động gió phát điện Nước Đức dẫn đầu giới tổng cơng suất lắp đặt Tính đến năm 2000, Đức có tổng cơng suất lắp đặt 6.113 MW, Mỹ với 2.495 MW, Tây ban nha: 2.481 MW, Đan mạch: 2.301 MW Ấn độ 1.109 MW Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Số liệu bảng 1.1 cho thấy cơng suất dự án điện gió lắp đặt nước giới, tính đến năm 2002 (số liệu RE World Review Wind power Monthly 2002) Bảng 1.1: Công suất dự án điện gió lắp đặt giới đến năm 2002 Tổng TT Tên nước Tổng công suất TT Tên nước [ MW] công suất [ MW] Đức 8.753 14 Bồ đào nha 90 Mỹ 4.245 15 Áo 79 Tây ban nha 3.335 16 Aicập 68 Đan mạch 2.417 17 Pháp 60 Ấn độ 1.628 18 Maroc 54 Italy 697 19 Costarica 51 Anh 485 20 Phần lan 38 Hà lan 483 21 Các nước lại 37 Trung quốc 399 10 Nhật 312 22 Úc 21 11 Hylạp 205 23 Các nước Pacific 3,2 12 Canada 137 24 Các nước Bắc Phi 9,6 13 Nhật 120 25 Trung đông 14 Ireland 93 26 Các nước SNG châu Á 19,2 21 (Nguồn: Viện Năng lượng) Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện 1.1.1.2- Pin mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng khổng lồ, vô tận Hàng năm, nguồn lượng cấp xuống trái đất lượng lượng gấp 20.000 lần nhu cầu tiêu thụ lượng người Song đến nay, việc khai thác sử dụng nguồn lượng nhỏ bé so với tiềm Từ ngàn xưa người biết sử dụng lượng mặt trời để phục vụ cho sống như: phơi, sấy nơng, lâm hải sản sau thu hoạch Tuy nguồn lượng lớn song lại không tập trung, mà phân bố rải rác khơng liên tục Vì vậy, việc khai thác, sử dụng nguồn lượng phải đòi hỏi nghiên cứu ứng dụng trình độ cơng nghệ cao Một kỹ thuật nghiên cứu ứng dụng thành công phát triển mạnh công nghệ pin mặt trời Công nghệ phục vụ cho nhiều ngành khoa học tiên tiến nghiên cứu vũ trụ, thông tin liên lạc, dự báo thời tiết phục vụ thiết thực việc cung cấp điện cho sản xuất sinh hoạt sống người Các nước Mỹ, Nhật bản, Ấn độ, Trung quốc, Italy, Inđơnêsia, Thái lan, Philípin nước có sản lượng sản xuất ứng dụng pin mặt trời nhiều giới Tổng công suất lắp đặt ứng dụng pin mặt trời giới tính đến cuối năm 2001 (số liệu từ Viện Năng lượng) 1.950 MW, nước nhiều là: Nhật bản: 465 MW; Đức: 200 MW; Mỹ: 185 MW; Ấn độ : 96 MW; Hà lan: 40 MW; Italy: 37 MW 1.1.1.3- Địa nhiệt: Địa nhiệt lấy từ từ nóng độ sâu 200 mét đến 3.000 mét lịng đất (càng sâu nhiệt độ cao, nhiệt độ trung tâm trái đất đạt đến 4.200 0C) Do kiến tạo trái đất, magma lịng đất hâm nóng khối đá dòng nước ngầm Một số dòng nước ngầm Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện thoát lên gần bề mặt qua vết rạn lòng đất giữ lại khối đá (các hang khối đá không thấm nước) gọi hồ địa nhiệt (geothermal reservoir) Đây nguồn địa nhiệt khai thác để sử dụng Địa nhiệt sản xuất dạng nước nóng Địa nhiệt sử dụng để sản xuất điện Nguyên lý sản xuất điện từ địa nhiệt biểu sơ đồ: hình 1.1; hình 1.2; hình 1.3 hình 1.4 đây: Hình 1.1- Sơ đồ nhà máy điện địa nhiệt (Nguồn: U.S Department of Energy, http://www.eia.doe.gov/kids/renewable/geothermal.html) NguyÔn H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 101 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tên chi tiết Số Quy cách Đơn vị Trạm PV 5024 Wp Trạm 16.565 Tấm PV 75 Wp Tấm 67 265 17.755 Bộ điều khiển TC-70 Bộ 1.000 1.000 Acquy 36,288 Bộ 36,3 300 10.890 Bộ đổi điện 5.6 KW kW 4.000 4.000 Khung thép + móng 5.000 5.000 Chi phí xây dựng 6.000 6.000 Trạm 7.300 7.300 Máy phát điện 3.500 3.500 Chi phí xây lắp HT 3.800 3.800 km 3.000 6.000 Trạm Thủy điện nhỏ Đường dây hạ 6,5 kW 0,4 kV Lượng Đơn Giá Thành tiền Cộng 44.645 57.945 3.3.5.4- Nhận xét: Với mức đầu tư 57.954 USD tức khoảng 922 triệu đồng cho khoảng 50 hộ dân tương đối cao (khoảng 18,5 triệu đồng/hộ) Nếu so sánh với xây dựng điện lưới để cấp việc đầu tư cho sử dụng lượng tái tạo kinh tế vùng sâu, vùng xa, địa hình khó khăn, phức tạp Ngoại trừ đường dây hạ 51.945 USD tức khoảng 826 triệu đồng, mức đầu tư cho 50 hộ dân 16,5 triệu đồng Nếu bắt buộc đầu tư cấp điện từ lưới điện quốc gia chi phí sau: + Chi phí xây dựng trạm 22/0,4kV - 5000 VA: 20 triệu đồng; + Xây dựng km đường dây 35 kV, địa hình miền núi: 170 triệu đồng Mức đầu tư cho hệ lai ghép tương đương với việc đầu tư kéo điện lưới đường dây trung từ địa điểm cách xa khoảng 4,8 km 3.3.6-Cấp điện hệ lai ghép pin mặt trời động gió phát điện cấp điện cho nhóm hộ gia đình (sơ đồ Hình 3.9) Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 102 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện Mô hình ứng dụng để cấp điện cho vùng có lượng xạ tương đối tốt có lượng gió ổn định Thích hợp cho vùng hải đảo, vùng ven biển hay khu vực khe núi có tốc độ gió địa hình tương đối lớn Mơ hình ứng dụng cấp điện cho cụm dân cư vừa (quy mơ bình qn khoảng 50 hộ) xa lưới điện 3.3.6.1- Nhu cầu điện tiêu thụ: - Điện tiêu thụ hàng ngày từ hộ dân (theo biểu đồ phụ tải trên): 603,4Wh/ngày/hộ x 50hộ = 30,2kWh/ngày Động gió phát điện hoạt động vào thời gian ngày, nên động gió hoạt động lượng sinh cần phải lưu lại acquy Pin mặt trời hoạt động chủ yếu vào ban ngày(từ 7h-17h) nên lượng sinh phần dùng trực tiếp cho phụ tải phần Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 103 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện lưu lại acquy Trong điều kiện ngày khơng có nắng lặng gió, lượng lấy từ acquy để cấp cho phụ tải 3.3.6.2 - Tính tốn để chọn công suất dàn PV thiết bị khác Như đề cập để đạt chi phí điện thấp ta chia lượng cần thiết ngày cho nguồn: động gió phát điện vận hành để đáp ứng 50% nhu cầu phụ tải: 15,1kW, nhu cầu điện lại là: 15,1 kW chiếm 50% đáp ứng dàn PV Cả hai nguồn phần dùng trực tiếp cho phụ tải phần lưu lại acquy + Công suất dàn pin: P= 15,1 × 1000 = 5105Wp 4108 × 0,9 × 0,8 Với cơng suất tính tốn trên, ta chọn loại module pin mặt trời công suất 75 Wp số lượng module cần thiết 68 modules Như vậy, tổng công suất dàn pin mặt trời 5,1 kWp + Dung lượng ắc quy: Trên sở biểu đồ phụ tải phương thức vận hành để đảm bảo cấp điện liên tục, dung lượng acquy đáp ứng nhu cầu lượng 30,2 kWh/ngày, tương đương 100% tổng nhu cầu lượng ngày Ngoài dung lượng acquy tương đương ngày tự quản C= × 30,2 × 1,22 = 1535( Ah) 0,5 × 48 Với DC=48V dung lượng acquy tính Ah là: 1535 Ah Chọn "acquy 2V cơng nghiệp" với dung lượng 1535 Ah + Bộ chỉnh lưu Với dung lượng acquy là: 73,680 kWh tính cơng suất chỉnh lưu sau: Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 104 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Rr = Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện 73,68 × = 8,2kW 10 0,9 + Bộ đổi điện Trên sở biểu đồ phụ tải, công suất đổi điện tính theo cơng thức sau: Pinv = Trong đó: Pmax η sys = = 5,6kW 0,9 η sys : Hiệu suất hệ thống Pmax : Công suất phụ tải lớn + Cơng suất động gió phát điện Theo phương án chọn, động gió phát điện vận hành vào thời gian ngày, giả sử động gió phát điện vận hành 12h/ngày, động gió quay với 70% cơng suất đặt, hiệu suất hệ thống 80% Cơng suất động gió cần thiết để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày 15,1kWh là: Pdc = Apt 0,7 × 12 × η sys = 15,1 = 2,3kW 0,7 × 12 × 0,8 + Bộ điều khiển: Bộ điều khiển chọn sở dịng cực đại Imax, Với cơng suất Ppeak=75, U=12V, suy Imax=6,25A Với dàn nối song song ta có Imax=6,25x17=106,25A Từ kết tính tốn ta chọn loại Trace engineering controller TC70 với dòng cực đại cho phép Imax=130A dòng cho phép làm việc liên tục 65A + Tủ hòa đồng bộ: Chọn loại 220 V - 15 kW Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 105 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 3.3.6.3- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu Bảng 3.12- Sơ mức đầu tư ban đầu hệ lai ghép PV - Động gió Đơn vị: USD Tên chi tiết Số Đơn Giá Thành tiền Lượng Quy cách Đơn vị Trạm PV 5105 Wp Trạm 17.565 Tấm PV 75 Wp Tấm 68 265 18.020 Bộ điều khiển TC-70 Bộ 1.000 1.000 73.680kWh Bộ 74 300 22.200 5.6 KW kW 4.000 4.000 Khung thép + móng 5.000 5.000 Chi phí xây dựng 7.000 7.000 Acquy Bộ đổi điện 57.220 Trạm phát điện gió 2,5 kW Trạm 10.100 Turbin gió 2,5kW 2.200 2.200 Bộ điều khiển TC-20 Bộ 900 900 15m côt 7.000 7.000 0,4 kV km 3.000 6.000 Cột thép +móng Đường dây hạ Cộng 10.100 73.320 3.3.6.4- Nhận xét: Với mức đầu tư 73.320 USD tức khoảng 1.166 triệu đồng cho khoảng 50 hộ dân tương đối cao (khoảng 23,3 triệu đồng/hộ) Nếu so sánh với xây dựng điện lưới để cấp việc đầu tư cho sử dụng lượng tái tạo kinh tế vùng sâu, vùng xa, địa hình khó khăn, phức tạp Ngoại trừ đường dây hạ 57.320 USD tức khoảng 1.070 triệu đồng, mức đầu tư cho 50 hộ dân 21,4 triệu đồng Nếu bắt buộc đầu tư cấp điện từ lưới điện quốc gia chi phí sau: + Chi phí xây dựng trạm 22/0,4kV - 5000 VA: 20 triệu đồng; + Xây dựng km đường dây 35 kV, địa hình miền núi: 170 triệu đồng Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 106 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện Mức đầu tư cho hệ lai ghép tương đương với việc đầu tư kéo điện lưới đường dây trung từ địa điểm cách xa khoảng 6.2 km 3.3.7- Tính tốn so sánh với trường hợp lai ghép phát điện động gió pin mặt trời máy phát điện chạy xăng: Trong trường hợp khu tái định cư có điều kiện cần thiết để xây dựng trạm phát điện gió pin mặt trời (tốc độ gió xạ mặt trời, khoảng cách đến nơi có điện lưới ) lai ghép với máy phát chạy xăng ngành nghề sản xuất nuôi trồng thủy sản ven hồ, trồng công nghiệp sản xuất tiểu thủ công Ở này, chăn nuôi hộ gia đình khơng phát triển, tối đa đáp ứng cho nhu cầu đun nấu Nhiên liệu sử dụng cho máy phát điện xăng chi phí mua xăng hàng tháng hộ gia đình tính tốn sau: - Điện hàng tháng phải phát từ máy phát điện theo tính tốn (mơ hình 3.3.3 3.3.4) 457 kWh - Suất tiêu hao xăng máy phát Honda SH 8000RA phát công suất định mức 0,32 lit/kWh - Giá xăng 10.000 đồng/lit mua thị xã, giả sử chi phí vận chuyển tới 30% giá mua tổn hao vận chuyển, nạp nhiên liệu 5% Như vậy, lượng xăng cần thiết hàng tháng để phát điện là: 0,32 l/kWh x 457 kWh x 1,05 = 153,6 lit, Chi phí xăng dầu hàng tháng: 10.000 đồng/lit x 1,3 x 153,6 lit = 1.996.176 đồng; Bình quân hộ: 3.750.000 đồng / 50 hộ = 40.000 đồng/hộ.tháng So sánh với kết tính tốn trên, ta thấy việc sử dụng cơng nghệ khí sinh học vùng tái định cư, tác dụng mơi trường, xã hội lợi ích kinh tế đáng kể so với thu nhập đồng bào miền núi Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 107 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện 3.4- Quản lý, vận hành mơ hình 3.4.1- Đối với mơ hình PV KSH sử dụng độc lập cho hộ + Việc lắp đặt chủ đầu tư dự án tổ chức thực sau lắp đặt xong, bàn giao cho hộ gia đình có chứng kiến quyền địa phương + Chủ đầu tư dự án thủy điện phối hợp với địa phương tổ chức đào tạo tập trung quy trình ứng dụng, biện pháp quản lý, vận hành an toàn tiết kiệm cho hộ gia đình (mỗi gia đình người) 3.4.2- Đối với mơ hình lai ghép + Việc lắp đặt chủ đầu tư dự án tổ chức thực + Sau lắp đặt xong, chủ đầu tư bàn giao lại phần công nghệ phát điện cho quan quản lý phân phối điện địa phương để thực cấp điện cho hộ gia đình Khi có điều kiện xây dựng lưới điện qua vùng hòa lưới điện + Việc mua bán điện thực theo số công tơ điện hàng tháng quan quản lý, phân phối điện hộ gia đình sở hợp đồng kinh tế + Thiết bị khí sinh học (kể đường dẫn chất thải) bàn giao cho đại diện đại diện nhóm gia đình + Việc mua nhiên liệu khí sinh học để phục vụ việc sản xuất điện thực theo số cơng tơ khí hàng tháng quan quản lý, phân phối điện đại diện đại diện nhóm gia đình sở hợp đồng kinh tế + Việc mua chất thải từ hộ gia đình để sử dụng cho phát điện thực theo khối lượng thực tế hàng ngày đại diện hộ gia đình Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 108 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 - Kết luận: Tiềm năng lượng mặt trời, lượng gió thủy điện nhỏ vùng tái định cư vùng sâu vùng xa nói chung sẵn có Do quỹ đất ngày bị eo hẹp việc đầu tư dự án, vấn đề tăng dân số mơ hình chuyển đổi cấu vật nuôi trồng nên kinh tế chăn nuôi gia súc khu vực tái định cư trọng Chính vậy, tiềm năng lượng khí sinh học vùng tái định cư tương đối dồi Việc ứng dụng công nghệ lượng tái tạo vào khu vực nông thôn nước ta ngày cấp quyền quan tâm Do đặc thù vùng tái định cư vùng sâu vùng xa hầu hết nơi hẻo lánh, chuyên chở lại khó khăn nên việc cấp điện lưới gặp nhiều trở ngại địi hỏi phải có thời gian Sự kết hợp tiềm năng lượng tái tạo dồi vùng với việc đầu tư cung cấp lượng cho khu tái định cư vùng sâu, vùng xa mang lại hiệu cao tất mặt: kinh tế - xã hội - mơi trường Trong sách nước ta nay, việc tái định cư cho dân bị ảnh hưởng dự án đầu tư với đầy đủ điều kiện vật chất, tinh thần nơi cũ điều kiện bắt buộc Đầu tư cho cấp điện khu vực tái định cư cơng việc địi hỏi cấp, ngành quan tâm với tâm khắc phục khiếm khuyết xảy xây dựng số cơng trình thủy điện số cơng trình khác trước Hiệu kinh tế, tài đầu tư tái định cư tính tốn thơng qua hiệu chung dự án vốn cho hạng mục đầu tư thuộc nguồn vốn đầu tư dự án cấp có thẩm quyền phê duyệt nên việc triển khai ứng dụng thuận lợi Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 109 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện Giải tốt vấn đề chất đốt cho người dân tái định cư nói chung miền núi nói riêng việc sử dụng khí sinh học góp phần quan trọng việc bảo vệ mơi trường, giữ rừng, giữ nước đầu nguồn, góp phần chống lũ cho vùng hạ du Để giải vấn đề thiếu điện xẩy năm tới, đặc biệt miền Bắc sử dụng lượng tái tạo để phát điện cấp cho khu tái định cư vùng sâu vùng biện pháp góp phần đáng kể Giả sử 20% số hộ tái định cư dự án thủy điện (khoảng 3.600hộ) sử dụng lượng tái tạo (kể vùng khó khăn việc kéo lưới điện vùng sử dụng để hịa lưới điện tổng công suất nguồn tăng lên khoảng 3,6 MW (tạm tính phụ tải bình qn kW/hộ sử dụng điện lưới) tiết kiệm tương ứng đầu tư nguồn với chi phí khoảng 100 tỷ đồng Việc sử dụng khí sinh học cho phát điện, đun nấu góp phần thúc đẩy chăn ni phát triển 4.2- Kiến nghị: Trong giai đoạn tiếp theo, chủ đầu tư dự án cần phối hợp với địa phương liên quan tổ chức khảo sát cụ thể điều kiện tự nhiên địa điểm vùng tái định cư, vùng sâu vùng xa để đầu tư trạm phát điện gió, giàn pin mặt trời có hiệu để làm sở triển khai bước tiếp theo, phục vụ tốt công tác tái định cư Cần rà soát cụ thể địa bàn điểm tái định cư, nhiều xã có lưới điện trung áp nơng thơn tới trung tâm xã chưa có điều kiện đến tái định cư xa xôi, điều kiện kéo lưới điện đến khó khăn Nếu khoảng cách từ đến nơi có điện lưới km nên nghiên cứu ứng dụng pin mặt trời (nếu điều kiện tiềm năng lương gió khơng thể ứng dụng) Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 110 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện Những vùng quy hoạch tái định cư ven hồ (còn gọi tái định cư di vén), vùng ven biển hải đảo thường lại, giao thông với địa bàn khác đường thủy, giao thông chưa thể phát triển khó khăn việc kéo điện lưới tiềm gió địa hình lại để đầu tư trạm động gió phát điện Đối với vùng này, cần nghiên cứu ứng dụng cụ thể Việc lai ghép nguồn lượng tái tạo trình bày luận văn thuận lợi kinh tế khu tái định cư vùng sâu, vùng xa Nếu khơng sử dụng nguồn lượng khí sinh học mà phải dùng xăng việc vận chuyển xăng để chạy máy phát điện khó khăn, bị động tốn người dân chuyển cư Đối với vùng tiềm khí sinh học lớn vùng quy hoạch chăn nuôi, nông trường chăn ni nên có biện pháp nghiên cứu trạm điện lai ghép nguồn lượng tái tạo với quy mô lớn để phát điện bán lên lưới Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 111 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TÀI LIỆU THAM KHẢO 1/ Ban công tác Sông Đà tỉnh Sơn La Viện Quy hoạch Thiết kế nông nghiệp (năm 1998), Báo cáo tổng kết công tác đền bù di dân, giải phóng lịng hồ thủy điện Hịa Bình, Sơn La 2/ Nguyễn Mạnh Hiến - Viện Năng lượng (năm 1996), Báo cáo đề tài triển khai ứng dụng động gió CS nhỏ vùng miền núi hải đảo, Hà nội 3/ Trường Đại học Bách khoa Hà nội (năm 1999), Báo cáo tổng hợp kết nghiên cứu đề tài KHCN 09-09 lượng nông thôn đến năm 2000 4/ Viện Năng lượng (năm 1996), Đánh giá kết nghiên cứu ứng dụng dạng lượng tái tạo vùng miền núi hải đảo, Hà nội 5/ Viện Năng lượng (năm 1997), Báo cáo kết thực đề tài ứng dụng kết nghiên cứu máy phát điện 360 dùng khí sinh học Nghĩa Đàn Nghệ An, Hà nội 6/ Viện Năng lượng (năm 1998), Báo cáo kết thực đề tài ứng dụng KSH phát điện thôn Vân Nghệ, Mai Động, Kim Động, Hưng Yên, Hà nội 7/ Viện Năng lượng (năm 1998), Báo cáo đề tài ứng dụng thí điểm tổ hợp nguồn lượng tái tạo cho cụm dân cư vùng bãi bồi sông Hồng, Hà nội 8/ Viện Năng lượng (năm 2000), Báo cáo kết nghiên cứu đề tài thiết kế, lắp ráp, thử nghiệm tổ phát điện lai ghép loại nguồn điện tái tạo, Hà nội 9/ Marcia M.Gowen, Renewable Energy Assessments, East-WestCenter, Honolulu, Hawaii USA Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 112 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI 1.1- Khái quát tình hình khai thác, sử dụng số nguồn lượng tái tạo 1.1.1- Trên giới 1.1.1.1- Năng lượng gió 1.1.1.2- Pin mặt trời 1.1.1.3- Địa nhiệt: 1.1.1.4- Khí sinh học 11 1.1.1.5- Năng lượng thủy triều: 12 1.1.2- Tại Việt nam 13 1.1.2.1- Thủy điện nhỏ: 13 1.1.2.2 Năng lượng mặt trời 17 1.1.2.3 Năng lượng gió: 21 1.1.2.4 Năng lượng sinh khối 24 1.1.2.5 Khí sinh học 24 1.1.2.6- Địa nhiệt: 27 1.1.2.7- Năng lượng thủy triều: 29 1.2- Đánh giá tiềm năng lượng tái tạo địa phương 29 1.2.1 Thủy điện nhỏ 29 1.2.1.1 Khái quát chung 29 1.2.1.2 Sơ lược đặc điểm tự nhiên Việt nam 30 1.2.1.3 Tiềm thủy điện nhỏ 33 1.2.2 Bức xạ mặt trời 33 1.2.3 Năng lượng gió 34 1.2.4 Năng lượng sinh khối 35 1.2.4.1 Năng lượng gỗ 35 1.2.4.2 Phụ phẩm nông nghiệp 37 1.2.4.3 Nguồn rác thải sinh hoạt 37 1.2.4.4 Đánh giá tiềm thực tế số loại sinh khối sử dụng làm nhiên liệu để sản xuất điện Việt Nam 39 1.2.5 Khí sinh học 40 1.2.5.1 Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học 40 1.2.5.2 Tiềm khí sinh học: 40 1.2.6- Địa nhiệt năng: 41 1.2.6.1- Triển vọng khai thác, sử dụng nguồn địa nhiệt đến năm 2020 41 1.2.6.2- Dự báo phát triển lượng địa nhiệt tới 2020: (bảng 1.12) 43 Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 113 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện 1.2.7- Năng lượng thủy triều: 43 CHƯƠNG II: MƠ HÌNH LAI GHÉP CÁC NGUỒN PHÁT ĐIỆN CÓ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 44 2.1- Khái niệm hệ thống phát điện lai ghép 44 2.2- Cơ sở hệ thống phát điện lai ghép 44 2.2.1- Phát điện "theo nhu cầu"và “không theo nhu cầu” 44 2.2.2- Những ứng dụng hệ thống lai ghép 45 2.2.3- Ưu điểm hệ thống lai ghép 46 2.2.3.1 - Ưu điểm hệ thống lai ghép so với dàn PV diesel tuý 46 2.2.3.2 - Ưu điểm hệ thống thực lai ghép 47 2.2.4- Các nhược điểm hệ thống lai ghép 49 2.3- Các loại nguồn điện sử dụng hệ lai ghép 51 2.3.1- Dàn pin mặt trời (PV) 51 2.3.2- Máy phát điện dùng động đốt 51 2.3.3- Động gió phát điện 52 2.3.4- Máy phát thủy điện 53 2.4- Ứng dụng hệ thống lai ghép 54 2.4.1- Thông tin liên lạc 54 2.4.2 Điện khí hóa nơng thơn 54 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CÁC MƠ HÌNH LAI GHÉP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MỚI ĐỐI VỚI CÁC KHU TÁI ĐỊNH VÀ VÙNG SÂU VÙNG XA 56 3.1- Nhu cầu lượng khu Tái định cư 56 3.1.1- Nhu cầu sử dụng điện 57 3.1.1.1- Phụ tải gia dụng: 58 3.1.1.2- Phụ tải phi gia dụng 59 3.1.1.3- Biểu đồ phụ tải: 60 3.1.1.4- Nhu cầu lượng cho đun nấu: 62 3.2- Đề xuất mơ hình có sử dụng NLM&TT 63 3.2.1- Công nghệ pin mặt trời 64 3.2.1.1- Sơ đồ hoạt động dàn pin mặt trời (hệ dùng cho gia đình): 64 3.2.1.2- Các phận dàn pin mặt trời nguyên lý làm việc: 64 3.2.2- Công nghệ gió phát điện 65 3.2.2.1- Sơ đồ nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật: 65 3.2.2.2- Các phận chính: 68 3.2.3- Cơng nghệ khí sinh học 68 Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 114 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện 3.2.3.1- Hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu biogas công suất kVA 68 3.2.3.2- Lợi ích cơng nghệ 69 3.2.4- Công nghệ thuỷ điện nhỏ 69 3.2.4.1- Các loại TĐN bố trí chung 69 3.2.4.2- Các hạng mục cơng trình trạm TĐN 70 3.3- Các mơ hình đề xuất 73 3.3.1- Mơ hình cấp điện dàn PV độc lập cho hộ gia đình cụm dân cư (sơ đồ Hình 3.1) 73 3.3.1.1- Nhu cầu phụ tải điện tiêu thụ hộ gia đình: 73 3.3.1.2- Tính tốn để chọn cơng suất dàn PV dung lượng ắc quy: 73 3.3.1.3- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu 75 3.3.2- Mơ hình sử dụng khí sinh học để chạy máy phát điện đun nấu cho hộ gia đình (sơ đồ hình 3.5) 76 3.3.2.1- Các thiết bị chính: 76 3.3.2.2- Tính tốn sản lượng khí ngày: 77 3.3.2.3- Cân đối nhu cầu sử dụng khí: 77 3.3.2.4- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu: 78 3.3.3- Cấp điện hệ lai ghép pin mặt trời khí sinh học phát điện cho một nhóm hộ gia đình (sơ đồ Hình 3.6) 80 3.3.3.1- Nhu cầu điện tiêu thụ: 80 3.3.3.2- Tính tốn để chọn công suất dàn PV thiết bị khác: 80 3.3.3.3- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu 87 3.3.3.4- Nhận xét: 88 3.3.4- Cấp điện hệ lai ghép động gió phát điện khí sinh học phát điện cho một nhóm hộ gia đình (sơ đồ Hình 3.7): 89 3.3.4.1- Nhu cầu công suất điện tiêu thụ: 89 3.3.4.2- Lựa chọn động gió phát điện thiết bị khác: 90 3.3.4.3- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu 93 3.3.4.4- Nhận xét: 94 3.3.5- Cấp điện hệ lai ghép pin mặt trời thuỷ điện nhỏ cấp điện cho một nhóm hộ gia đình (sơ đồ Hình 3.8) 96 3.3.5.1- Nhu cầu điện tiêu thụ: 96 3.3.5.2- Tính tốn để chọn công suất dàn PV thiết bị khác: 96 3.3.5.3- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu 100 3.3.5.4- Nhận xét: 101 3.3.6-Cấp điện hệ lai ghép pin mặt trời động gió phát điện cấp điện cho nhóm hộ gia đình (sơ đồ Hình 3.9) 101 3.3.6.1- Nhu cầu điện tiêu thụ: 102 Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- 115 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện 3.3.6.2 - Tính tốn để chọn cơng suất dàn PV thiết bị khác 103 3.3.6.3- Tính tốn sơ mức đầu tư ban đầu 105 3.3.6.4- Nhận xét: 105 3.3.7- Tính tốn so sánh với trường hợp lai ghép phát điện động gió pin mặt trời máy phát điện chạy xăng: 106 3.4- Quản lý, vận hành mơ hình 107 3.4.1- Đối với mơ hình PV KSH sử dụng độc lập cho hộ 107 3.4.2- Đối với mơ hình lai ghép 107 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 4.1 - Kết luận: 108 4.2- Kiến nghị: 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 Ngun H÷u Minh 09/2005 Hà nội- ... cứu mơ hình lai ghép nguồn lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa? ?? Nội dung luận văn gồm chương: Chương I: Đánh giá tổng quan nguồn lượng tái tạo Chương II: Mơ hình lai ghép nguồn phát... Mơ hình lai ghép nguồn phát điện có sử dụng lượng tái tạo Chương III: Ứng dụng mô hình lai ghép sử dụng lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa Chương IV: Kết luận kiến nghị Khn khổ chun... TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI 1.1- Khái quát tình hình khai thác, sử dụng số nguồn lượng tái tạo Các nguồn lượng tái tạo (renewable energy resources) nguồn lượng sinh ra, tái tạo theo thời