Phân vùng sử dụng năng lượng gió và năng lượng mặt trời trên lãnh thổ việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC PHÂN VÙNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ: 02.06.07 ĐINH THẾ HÙNG Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM VĂN HÒA HÀ NỘI 2006 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, việc sử dụng động gió pin mặt trời ứng dụng Việt Nam phát triển tương đối nhanh Luận văn : “Phân vùng sử dụng lượng gió lượng mặt trời lãnh thổ Việt Nam” đánh giá suất chi phí vùng với để từ xác đinh vùng nên xây dựng nhà máy phong điện trạm pin mặt trời cho hiệu mặt kinh tế Trong trình thực luận văn, với nỗ lực thân, vô biết ơn giúp đỡ thầy cô, bạn bè, quan làm việc anh chị Viện Năng Lượng Xin đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn, PGS.TS Phạm Văn Hồ, mơn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi muốn cảm ơn Trung tâm đào tạo sau đại học-Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện suốt khố học Cuối cùng, tơi mong nhận góp ý thầy cơ, chuyên gia lĩnh vực lượng bạn bè đồng nghiệp Hà Nội 11/2006 Đinh Thế Hùng MỤC LỤC Mở đầu ix Lời nói đầu ix Danh mục bảng biểu ix Danh mục hình vẽ ix Chương Tổng quan lượng gió lượng mặt trời 1.1 Giới thiệu chung lượng gió việc sử dụng 1 1.1.1 Sự hình thành lượng gió 1.1.2 Sử dụng lượng gió để phát điện 1.2 Giới thiệu chung pin nguồn điện mặt trời 12 1.2.1 Pin mặt trời 12 1.2.2 Lựa chọn công suất pin mặt trời dung lượng acquy 15 Chương Các phương pháp đại lượng 2.1 Các tiêu chuẩn đánh giá hiệu sử dụng 19 19 2.1.1 Phương pháp quy đổi giá trị đồng tiền 19 2.1.2 Các tiêu 21 2.2 Các đại lượng động gió 22 2.2.1 Đường đặc tính động gió 22 2.2.2 Sản lượng điện động gió 24 2.2.3 Suất chi phí cho 1kWh 25 2.3 Các đại lượng pin mặt trời 27 2.3.1 Sản lượng điện 27 2.3.2 Suất chi phí cho sản xuất 1kWh 27 Chương Tính tốn phân vùng sử dụng gió Việt Nam 3.1 Tiềm gió Việt Nam 30 30 3.1.1 Bản đồ khảo sát lượng gió tiềm gió 30 3.1.2 Những đánh giá chung 31 3.2 Tình hình sử dụng lượng gió Việt Nam 32 3.3 Tính tốn phân vùng sử dụng lượng gió 33 3.3.1 Giới thiệu động gió VEU16 VEU30 33 3.3.2 Sản lượng điện 36 3.3.3 Suất chi phí sản xuất 1kWh 49 3.3.4 Các nhận xét 52 Chương Tính tốn phân vùng sử dụng lượng mặt trời 56 Việt Nam 4.1 Tiềm năng lượng mặt trời Việt Nam 56 4.1.1 Bản đồ địa điểm khảo sát lượng mặt trời 56 4.1.2 Những đánh giá chung 57 4.2 Tình hình sử dụng pin mặt trời Việt Nam 58 4.3 Tính tốn phân vùng sử dụng lượng mặt trời 62 4.3.1 Các loại pin mặt trời hiệu suất 62 4.3.2 Tính tốn sản lượng điện 62 4.3.3 Suất chi phí sản xuất 1kWh 72 4.3.4 Các nhận xét 75 Chương Các kết luận việc sử dụng nguồn lượng gió 83 lượng mặt trời 5.1 Một số kết luận rút 83 5.2 Ví dụ ứng dụng sử dụng pin mặt trời 84 5.2.1 Các bước tính tốn 84 5.2.2 Lắp đặt 85 5.2.3 Vận hành bảo dưỡng 87 5.2.4 Dự toán kinh tế 88 Tài liệu tham khảo ix Phụ lục ix CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các nước sử dụng lượng gió hàng đầu giới 11 Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật máy phát VEU16 VEU30 35 Bảng 3.2 Thơng số động gió 16kW 30kW 35 Bảng 3.3 Sản lượng ngày điển hình động gió VEU30 38 Bảng 3.4 Sản lượng ngày điển hình động gió VEU16 40 Bảng 3.5 Sản lượng năm động gió 30kW 16kW 48 Bảng 3.6 Suất chi phí với động gió VEU30 50 Bảng 3.7 Suất chi phí với động gió VEU16 51 Bảng 3.8 Thứ tự ưu tiên theo sản lượng suất chi phí 54 Bảng 3.9 Thứ tự ưu tiên theo tổng số gió thổi 55 Bảng 4.1 Phân bố xạ mặt trời Việt Nam 57 Bảng 4.2 Sản lượng ngày điển hình năm 64 Bảng 4.3 Suất chi phí với giá pin 3$/Wp 73 Bảng 4.4 Suất chi phí với giá pin 5$/Wp 74 MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, việc sử dụng lượng gió lượng mặt trời để phát điện ứng dụng nhiều nước giới Ngành điện Việt Nam năm gần đây, có nhiều bước phát triển mạnh mẽ việc đưa điện lưới quốc gia đến vùng xa xôi, hẻo lánh vấn đề đề lớn khoảng cách xa địa hình phức tạp Đề tài: “Phân vùng sử dụng lượng gió lượng mặt trời lãnh thổ Việt Nam” xuất phát từ vấn đề 2.Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu luận văn tính tốn sản lượng suất chi phí địa điểm khác để từ chọn vùng áp dụng động gió lượng mặt trời 3.Bố cục luận văn Để thực mục đích nghiên cứu trình bày trên, luận văn trình bày chương phần phụ lục Nội dung cụ thể phần là:  Chương 1: "Tổng quan lượng gió lượng mặt trời" Giới thiệu nguyên lý hoạt động chung động gió pin mặt trời  Chương 2: "Các phương pháp đại lượng đánh giá hiệu sử dụng nguồn lượng gió lượng mặt trời" trình bày phương pháp so sánh phương án với đại lượng động gió pin mặt trời  Chương 3: " Tính tốn phân vùng sử dụng lượng gió lãnh thổ Việt Nam” Chương tính tốn với 31 địa địa điểm khảo sát sản lượng suất chi phí để đưa thứ tự ưu tiên vùng xây dựng nhà máy phong điện công suất loại động nên dùng  Chương 4: "Tính tốn phân vùng sử dụng lượng mặt trời Việt Nam" Chương tính tốn sản lượng suất chi phí với 17 địa điểm khảo sát rút kết luận  Chương 5: "Các kết luận việc sử dụng nguồn lượng gió lượng mặt trời Việt Nam" Chương đưa kết luận chung thiết kế dàn pin mặt trời xã Trung Sơn, Phú Thọ  Phụ lục: "Bảng biến trình tốc độ gió ngày điển hình 31 địa điểm Cường độ tổng xạ trung bình lớn kỳ quan sát 17 trạm khác " DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Tuốc bin gió Tây Ban Nha Hình 1-2 Tuốc bin gió bờ biển Đan Mạch Hình 1-3 Cấu tạo chung tua bin gió Hình 1-4 Động gió Bonus 2.3MW Hình 1-5 Thử nghiệm truyền động nam châm vĩnh cửu tua bin gió 1.5MW Hình 1-6 Thiết kế cột tháp cho tuabin Hình 1-7 Một tế bào quang điện 13 Hình 1-8 Pin mặt trời 15 Hình 1-9 Hệ thống cấp điện pin mặt trời 16 Hình 3-1 Bản đồ địa điểm khảo sát tính tốn lượng gió 30 Hình 3-2 Động gió phát điện VEU30 34 Hình 3-3 Đặc tính cơng suất động gió VEU16 VEU30 28 Hình 3-4 Biến thiên sản lượng ngày điển hình tháng 45 động gió VEU30 Hình 4-1 Bản đồ địa điểm khảo sát lượng mặt trời 56 Hình 4-2 Những panel thu lượng mặt trời 60 Hình 4-3 Dàn pin mặt trời hộ gia đình 61 Hình 4-4 Biến thiên sản lượng ngày điển hình tháng 71 1Wp pin mặt trời Hình 4-5 Suất chi phí pin mặt trời động gió 75 Hình 4-6 Dàn pin mặt trời BPSX50U, P=50Wp 77 Hình 4-7 Dàn pin mặt trời P=40Wp ZonTec sản xuất 78 Hình 4-8 Dàn pin mặt trời P=48Wp Kyocera sản xuất 77 Hình 4-9 Dàn pin mặt trịi P=1200Wp Cơ Tơ Quảng Ninh 79 Hình 4-10 Dàn pin mặt trịi P=600Wp Cơ Tơ -Quảng Ninh 79 Hình 4-11 Dàn pin mặt trịi P=525Wp Cơ Tơ -Quảng Ninh 81 Hình 4-12 Dàn pin mặt trịi P=800Wp Cơn Đảo -Vũng Tàu 82 Hình 5-1 Sơ đồ nối điện pin mặt trời 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt PGS-TS Phạm Văn Hồ :Tính tốn kinh tế - kỹ thuật việc sử dụng nguồn lượng tái sinh.NXB Khoa học kỹ thuật- Hà Nội Trần Huy Khang, Phan Mỹ Tiên: Báo cáo khoa học “Sổ tay tra cứu số liệu xạ gió” Vũ Thị Giáng : Đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá lựa chọn loại pin lượng mặt trời thích hợp với điều kiện Việt Nam” VS.GS, Trần Đình Long: “Quy hoạch phát triển lượng điện lực” NXB khoa học kỹ thuật 1999 Tiếng Anh Báo Cáo EkoWatt cộng hoà Séc đưa 13/2/2004 Báo cáo Matinsky M.I, Minayev N.A, Palamarchuk E.ST thuộc trung tâm nghiên cứu liên bang Nga trung tâm nghiên cứu khoa học viện nghiên cứu Elưktropribor Nga 2003 75 4.3.4.Các nhận xét chung Qua kết tính tốn thấy suất chi phí pin mặt trời cịn q cao, khó cạnh tranh với nguồn điện khác giá pin giảm hệ số sử dụng nâng cao đáng kể 10000 9000 8000 PMT Nha Trang với giá 3$/Wp đ/kWh 7000 6000 Động gió VEU30 Bạch Long Vĩ 5000 4000 Động gió VEU16 Bạch Long Vĩ 3000 2000 1000 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 hệ số sử dụng H4-5.Suất chi phí pin mặt trời lượng gió Do nguồn điện từ pin mặt trời thích hợp dùng địa điểm độc lập, khó có nguồn điện khác Việc lắp đặt pin mặt trời đa số tiến hành vùng núi hải đảo Tại đó, trình độ dân trí chưa cao, giao thông không thuận tiện Để đảm bảo tính kinh tế hiệu sử dụng pin mặt trời, Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 76 nên chọn pin cho phù hợp với mơi trường khí hậu, trình độ người sử dụng để tiện cho công tác vận hành sửa chữa Do vậy,chúng ta dùng sản phẩm hãng BP-solar, Hà Lan, Phần Lan, Pháp có đại lý Việt nam, chất lượng đảm bảo mua bán thuận tiện Kích thước trọng lượng nhỏ gọn pin có cơng suất tương tự đồng thời dễ dàng sử dụng, vận hành, thay thế, chụi phá hoại môi trường Sau sản phẩm số hãng số cơng trình pin mặt trời lắp đặt lãnh thổ Việt Nam Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 77 H4-6.Dàn pin mặt trời BPSX50U, P=50Wp Hãng BP- Australia sản xuất Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 78 H4-7.Dàn pin mặt trời P=40Wp ZonTec Hà Lan sản xuất Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 79 H4-8.Dàn pin mặt trởi P=48Wp KYOCERA sản xuất Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 80 H4-9.Dàn pin mặt P=1200Wp Đảo Côtô- Quảng Ninh H4-10.Dàn pin mặt P=600Wp Đảo Côtô- Quảng Ninh Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 81 H4-11.Dàn pin mặt P=525Wp Đảo Côtô - Quảng Ninh H4-12.Trạm pin mặt trịi cơng suất 800Wp Đảo Cơn Đảo- Bà Rịa Vũng tàu Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 82 H4-13.Trạm pin mặt trịi cơng suất 800Wp Đảo Côn Đảo- Bà Rịa Vũng tàu H4-14.Một số mẫu dàn pin thí nghiệm Viện Năng lượng Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 83 Chương Các kết luận việc sử dụng nguồn lượng gió pin mặt trời Việt Nam 5.1.Một số kết luận rút Mặc dù năm gần đây, ngành điện lực Việt Nam có bước phát triển vượt bậc.Tuy nhiên,các vùng nông thôn đặc biệt vùng hẻo lánh hải đảo khó đáp ứng cấp điện từ hệ thống điện quốc gia khoảng cách điều kiện kéo đường dây Do để cung cấp điện cho vùng có nguồn điện độc lập thuỷ điện nhỏ, pin mặt trời, động gió máy phát chạy ét xăng hay mazút Việc chọn nguồn hay nguồn hay tổ hợp nguồn cần tính tốn theo tiêu kinh tế - kĩ thuật, có xem xét yếu tố môi trường xã hội Nước ta nước nhiệt đới lại có bờ biển dài 3000 km nằm chí tuyến Bắc xích đạo nghĩa nơi có gió thổi điều hịa Do có tiềm lớn lượng gió lượng mặt trời Vốn đầu tư để xây dựng nhà máy phong điện ngang với xây nhà máy thủy điện khoảng 1000-1500$/kW lại ưu điểm bật không ảnh hưởng tới mơi trường, khơng chi phí vận hành, nơi sản xuất điện tiêu thụ điện thu hẹp cách đáng kể Do tương lai nhà máy phong điện phảỉ ý đầu tư phát triển Với dự án lượng nói chung có lượng gió lượng mặt trời, nhà nước cần có sách hỗ trợ thích đáng để nghiên cứu phát triển Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 84 5.2.Ví dụ việc ứng dụng sử dụng nguồn pin lượng Tính tốn trạm nguồn điện pin mặt trời (PMT) xã Trung Sơn, Yên Lập, Phú Thọ Xã Trung Sơn xã vùng, vùng xa Đường vào xã khó khăn, khơng có đường giao thơng phải chừng 20km Nhu cầu cấp điện cho sinh hoạt lớn , trước mắt tính tốn trạm nguồn điện pin mặt trời tập trung cho trụ sở Đảng uỷ uỷ ban ND xã trạm xá Theo điều tra lượng tổng xạ ngày A ng =3kWh/m2 Sử dụng PV cấp điện với ắcquy đủ cấp điện ngày Hiệu suất thiết bị hệ thống cấp điện: - ắcquy η aq =0.8 -Độ sâu nạp phóng ắcquy Kds= 0.7 5.2.1.Các bước tính tốn sau: 1.Cơng suất lượng điện nhu cầu sau: Điện cấp cho ngày bao gồm: - Chiếu sáng : bóng đèn 20W/bóng x / ngày =900 Wh /ngày - Tivi : Mỗi tuần dùng tức ngày dùng 1h Vậy điện cần có 100x1giờ/ngày=100Wh/ ngày - Điện cho tăng âm tính trung bình ngày là: 300x 2giờ/7ngày=86Wh/ngày Vậy điện cần có ngày : A= 900+100+86= 1086 Wh/ngày Chọn điện áp modul PV Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 85 Tổn thất điện áp thay đổi nhiệt độ ∆U T so với nhiệt độ chuẩn Giả sử môi trường xung quanh θxq =550C, nhiệt độ chuẩn θch =250C Giả sử modul có 36 tế bào Khi ∆U T tính theo cơng thức 1-5 là: ∆U T =0.002x36x(55-25) =17.86V Số tế bào pin N = 17.86/(0.45 ÷ 0.55)= 32.47 ÷ 39.69 Vậy giả thiết có 36 tế bào 3.Cơng suất cần có PV P PV = A 1086 = =513 Wp H η aq η p n η c 3x0.8 x0.98.0.9 4.Theo công thức 1- xác định dung lượng ắcquy cần có: P pv = 1086.3 = 439 Ah 12 x0,7 x0.8 x0,98.0,7 Nếu cần loại ắc quy12V- 70Ah cần dùng 439/70=7bình 5.Chọn điều khiển bảo vệ ắcquy: Khi nạp ắcquy no, hiệu điện hai cực ắcquy lên tới 15V, dung dịch ắcquy bị sôi, bốc gây nước(cạn dung dịch) làm hỏng cực ắc quy Để tránh tượng này, điều khiển tự động cắt dòng điện từ PMT nạp vào ắcquy 6.Chọn đổi điện: Dòng điện từ PMT nạp vào ắc quy dịng điện chiều 12V Để dùng cho thiết bị tivi, tăng âm, đầu video, yêu cầu chạy xoay chiều tần số 50Hz, 220V nên cần phải có biến đổi điện hệ nguồn 5.2.2 Lắp đặt 1.Dàn PMT: Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 86 Dùng PMT, có 75W loại BP275 Australia sản xuất 1tấm loại 50W Photowatt sản xuất Tổng công suất dàn là: 6x75+50=500Wp Dàn đấu song song hình 5-1 Dàn PMT có thơng số sau: - Tổng cơng suất : 500Wp - Dòng điện ắcquy cực đại : 28A - Hiệu điện nạp phóng: 17 V - Tổng diện tích 5m2 Các thơng số kỹ thuật biến đổi điều khiển *Bộ điều khiển: - Công suất P=500W - Hiệu điện đầu vào U=(12 ÷ 16)VDC - Hiệu điện đầu U=(12 ÷ 15)VDC - Hiệu điện cắt U=14.5V - Hiệu điện cắt U=10.5V * Bộ biến đổi điện - Công suất P=500W - Hiệu điện đầu vào U=(12 ÷ 16)VDC - Hiệu điện đầu U=(220 ÷ 230)VDC - Tần số f=50Hz - Dạng sóng: hình sin tín hiệu Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 87 - Hiệu suất η =80% 3.Sơ đồ của trạm PMT giới thiệu H4-1 5.2.3.Vận hành bảo dưỡng Khơng dùng q tải Vì điện từ dàn PMT phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt pin.Mùa hè nắng to, nắng dài nên dàn PMT sản xuất nhiều điện, ắc quy bị no “no” Khi dùng điện nhiều Ngược lại vào mùa đông, nắng yếu hàng ngày vài ba nên dàn PMT sản xuất điện hơn, ắcquy bị đói Vậy cần dùng điện Bảo dưỡng dàn pin PMT Mặt PMT kính nên cần bảo vệ để không cho trẻ em ném đá vào Khoảng tháng lân dùng giẻ lau bụi bề mặt dàn PMT để chúng hấp thụ đầy đủ ánh sáng Bảo dưỡng ăcquy Ắcquy phần tử dễ hư hỏng nên cần quan tâm đặc biệt - Không dùng ắcquy kiệt, mắc thiết bị tiêu thụ điện qua tiêu thụ, không trực tiếp nối vào ắcquy - Quan sát mức dung dịch bình, xuống vạch ngang quy định phải đổ nước dung dịch tới vạch ngang - Lau chùi ắcquy Luận văn thạc sỹ Đinh Thế Hùng-CH06 88 5.2.4 Dự toán kinh tế TT Tên thiết bị Tấm PMT 75W Loại BP275 Úc Tấm PMT 50W loại photowatt Pháp Bộ điều khiển 12V-1kW Bộ đổi điện 12V DC220V AC, 50Hz Ắcquy 12V-70Ah Cộng Luận văn thạc sỹ Đơn Vị tính Số lượng Đơn giá đồng Thành tiền đồng Tấm 06 6000000 36000000 Tấm 01 5689873 5689873 Bộ 01 5500000 5500000 Bộ 01 4500000 4500000 Chiếc 07 430000 3150000 54839873 Đinh Thế Hùng-CH06 KẾT LUẬN CHUNG Qua q trình tính tốn rút kết luận chung nhất:  Tại vùng có gió mạnh Bạch Long Vĩ quần đảo Trường Sa thích hợp cho việc xây dựng nhà máy phong điện Ngồi xay dựng Quy Nhơn, Phan Thiết, Cửa Tùng…  Các vùng gió khơng mạnh khơng nên dùng động có cơng suất lớn mà nên dùng động gió cơng suất nhỏ vừa, tiện cho công tác vận hành bảo dưỡng, giảm vốn đầu tư suất chi phí Các vùng có gió mạnh dung dộng gió có cơng suất lớn lại gặp khó khăn cơng tác vận hành, bảo dưỡng  Suất chi phí cho 1kWh pin mặt trời cao giá pin hạ Do vậy,việc sử dụng nguồn pin mặt trời thích hợp cho vùng độc lập, khó có nguồn điện khác ... đây, việc sử dụng động gió pin mặt trời ứng dụng Việt Nam phát triển tương đối nhanh Luận văn : ? ?Phân vùng sử dụng lượng gió lượng mặt trời lãnh thổ Việt Nam? ?? đánh giá suất chi phí vùng với để... phân vùng sử dụng gió Việt Nam 3.1 Tiềm gió Việt Nam 30 30 3.1.1 Bản đồ khảo sát lượng gió tiềm gió 30 3.1.2 Những đánh giá chung 31 3.2 Tình hình sử dụng lượng gió Việt Nam 32 3.3 Tính tốn phân. .. điện mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng nói vơ tận Một kỹ thuật sử dụng lượng mặt trời sản xuất điện năng- điện mặt trời Để sản xuất điện mặt trời dùng hai công nghệ chủ yếu: nhiệt mặt trời