Thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới cho khách sạn sài gòn quảng bình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG MINH THẮNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CHO KHÁCH SẠN SÀI GỊN - QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH TRUNG HIẾU Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn HỒNG MINH THẮNG MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, PIN MẶT TRỜI VÀ CÁC MƠ HÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan xạ mặt trời 1.1.1 Vài nét Mặt trời 1.1.2 Bức xạ mặt trời .5 1.1.3 Tính tốn lượng xạ mặt trời 1.2 Pin mặt trời - cấu tạo hoạt động 14 1.2.1 Hiệu ứng quang điện 14 1.2.2 Nguyên lý cấu tạo hoạt động pin mặt trời .15 1.2.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời [4] 17 1.2.4 Cách ghép nối lượng mặt trời .20 1.2.5 Ứng dụng Pin mặt trời 23 1.3 Mơ hình điện lượng mặt trời Việt Nam 23 1.3.1 Mơ hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập 23 1.3.2 Mơ hình hệ thống NLMT độc lập kết hợp nguồn lượng khác 24 1.3.3 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới 25 1.4 Kết luận 27 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CHO KHÁCH SẠN SÀI GỊN - QUẢNG BÌNH 28 2.1 Khảo sát, thống kê tiềm xạ khu vực khách sạn Sài Gịn - Quảng Bình .28 2.1.1 Sơ lược Cơng ty cổ phần du lịch Sài Gịn - Quảng Bình .28 2.1.2 Tiềm xạ mặt trời khu vực khách sạn Sài Gòn - Quảng Bình (TP Đồng Hới) 28 2.1.3 Khảo sát đặc điểm sử dụng lượng khách sạn Sài Gịn - Quảng Bình .31 2.2 Lựa chọn mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời cho khách sạn Sài Gịn Quảng Bình 33 2.3 Vị trí xây dựng 33 2.4 Tính tốn, thiết kế hệ thống pin lượng mặt trời nối lưới cấp điện cho Khách sạn Sài Gịn - Quảng Bình .34 2.4.1 Xác định phụ tải 34 2.4.2 Tính tốn lượng điện mặt trời cần thiết Ecấp 34 2.4.3 Lựa chọn biến đổi điện DC-AC (Inverter) 38 2.5 Mô hệ thống điện lượng mặt trời cấp điện cho khách sạn Sài Gịn Quảng Bình phần mềm PV*SOL 42 2.5.1 Giới thiệu phần mềm PV*SOL 42 2.5.2 Kết mô hệ thống Pin mặt trời nối lưới không dự trữ cấp điện cho khách sạn Sài Gịn - Quảng Bình phần mềm PV*SOL .42 2.6 Kết luận 50 CHƯƠNG TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KHI XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO KHÁCH SẠN SÀI GỊN - QUẢNG BÌNH .51 3.1 Tổng mức đầu tư .51 3.1.1 Chi phí mua thiết bị (CPTB) .52 3.1.2 Chi phí xây dựng (CPXD) 52 3.1.3 Chi phí khác (CPK): Quản lý dự án (Gqlda); tư vấn, giám sát (Gtv); dự phòng (Gdp); thẩm định, thẩm tra (Gkt) .53 3.1.4 Chi phí vận hành bảo dưỡng hệ thống (CPVHBD) .53 3.1.5 Các chi phí khấu hao năm (CPKH): 54 3.2 Phân tích hiệu kinh tế 54 3.3 Kết luận 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 PHỤ LỤC 61 QU ẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG ANH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CHO KHÁCH SẠN SÀI GÒN - QUẢNG BÌNH Học viên: Hồng Minh Thắng Chun ngành: Kỹ thuật điện Lớp: K34.ĐKT.QB, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Mặt trời nguồn lượng tái tạo dồi dào, vô tận thân thiện với môi trường Hiện nay, nguồn lượng truyền thống dần cạn kiệt ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường Vì việc khai thác sử dụng lượng tái tạo mà đặc biệt lượng mặt trời xu toàn giới Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới cho Khách sạn Sài Gòn - Quảng Bình nhằm tận dụng nguồn lượng sẵn có tự nhiên, tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu hoạt động doanh nghiệp, giảm ô nhiễm môi trường góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội mà đặc biệt ngành du lịch tỉnh Quảng Bình, đồng thời tiết kiệm lượng cho toàn hệ thống điện quốc gia Luận văn lựa chọn mơ hình hệ thống điện mặt trời nối lưới khơng dự trữ để tính tốn, thiết kế cấp điện cho Khách sạn Sài Gòn - Quảng Bình mơ phần mềm PV*SOL Từ số liệu phụ tải thực tế tính tốn lắp đặt thiết bị, phần mềm mơ tình hình sử dụng điện khách sạn phân tích hiệu kinh tế dự án Tác giả tóm tắt kết đưa kiến nghị, hướng phát triển luận văn Từ khóa: Năng lượng tái tạo; Năng lượng mặt trời; Tiết kiệm lượng; Tiết kiệm chi phí; nhiểm mơi trường DESIGN A GRID TIED SOLAR ELECTRIC SYSTEM FOR SAIGON - QUANG BINH HOTEL Summary: Solar power stays an abundant, a perpetual and environmentally friendly renewable energy Nowadays, the traditional energy sources are getting exhausted, which seriously affect the environment Therefore, the renewable energy including solar power has inclined to be taken into account worldwide This study aims at designing a grid tied solar electric system for Sai Gon - Quang Binh hotel, which strives to optimally use the naturally available power, reduce costs, increase efficiency for company operations, reduce environmental pollution and thereby contributes to social - economic development and tourism of Quang Binh province in particular, while shares the burden with the national grid power supply In this thesis, the model of non-battery grid tied solar system is applied for calculating and designing of the power supply for Saigon - Quang Binh hotel, emulated by PV*SOL software that generated the power utility of the hotel and analyzed the economic efficiency of the project based on the actual load and equipment estimation The author has summarized the findings and proposed recommendations for the thesis development Key words: Nenewable energy; Solar power; Power saving; Cost saving; Environmental pollution DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu NLTT NLMT HTĐMT PMT DC AC Diễn giải Năng lượng tái tạo Năng lượng mặt trời Hệ thống điện mặt trời Pin mặt trời Direct current: Dòng điện chiều Alternating current: Dòng điện xoay chiều DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Tên bảng Lượng xạ tổng cộng tháng năm Vinh Đồng Hới (kWh/m2) Bức xạ tổng cộng tháng năm thành phố Đồng Hới – Số nắng trung bình (giờ) số khu vực Quảng Bình Kê thiết bị điện khách sạn Thống kê cơng suất, sản lượng điện sử dụng tiền điện phải trả từ năm 2016 Bảng thông số kỹ thuật Pin mặt trời AE330 P6-72 Thông số kỹ thuật INVERTER Sunny Tripower CORE1 STP 50-40 Trang 29 30 30 31 32 36 39 3.1 Chi phí mua thiết bị Hệ thống pin mặt trời (Khái tốn) 52 3.2 Chi phí gia cơng, lắp dựng dàn pin mặt trời (Khái tốn) 52 3.3 Chi phí khác (CPK) xây dựng hệ thống pin mặt trời 53 3.4 3.5 Chi phí vận hành bảo dưỡng hệ thống hệ thống pin mặt trời, thiết bị Một số số liệu phân tích kinh tế dự án 53 55 DANH MỤC CÁC HÌNH Số Tên hình Trang hiệu 1.1 Cấu trúc Mặt trời 1.2 Dải xạ điện từ 1.3 Góc nhìn mặt trời Quá trình truyền lượng xạ mặt trời qua lớp khí 1.4 Trái đất 1.5 Vị trí Trái đất mặt trời thay đổi năm Quan hệ góc hình học tia xạ mặt trời mặt phẳng 1.6 10 nghiêng 1.7 Sơ đồ phân bố thành phần xạ khuyếch tán 12 1.8 Các thành phần xạ lên bề mặt nghiêng 13 1.9 Bức xạ trực xạ bề mặt nằm ngang nghiêng 13 1.10 Hệ thống mức lượng 14 1.11 Các vùng lượng 15 1.12 Nguyên lý cấu tạo hoạt động Pin mặt trời 16 1.13 Cấu trúc PMT đơn tinh thể (Mono) đa tinh thể (Poly) 17 1.14 Mạch điện tương đương Pin mặt trời 17 1.15 Đường đặc tính P - V I - V Pin mặt trời 18 1.16 Sự phụ thuộc đường cong I-V vào cường độ xạ Mặt trời 1.17 Sự phụ thuộc đường cong I-V vào nhiệt độ pin 1.18 Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời Ghép nối tiếp hai pin mặt trời (a); đường đặc trưng V-A 1.19 pin hệ (b) Ghép song song hai pin mặt trời (a); đường đặc trưng V-A 1.20 pin hệ (b) Điốt nối song song với pin để bảo vệ pin & dàn pin mặt 1.21 trời 1.22 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống NLMT độc lập 19 1.23 Mơ hình hệ thống NLMT độc lập kết hợp với điện gió Diesel 1.24 Mơ hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ 1.25 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ 2.1 Khách sạn Sài Gịn - Quảng Bình 2.2 Hình ảnh mặt khách sạn (Nguồn: Google Earth) 2.3 Pin mặt trời AE330 P6-72 24 19 19 21 21 22 23 25 26 28 34 36 Số Tên hình hiệu 2.4 Hiệu suất Pin mặt trời AE330 P6-72 theo thời gian 2.5 Inverter Sunny Tripower CORE1 STP 50-40 Đặc tính hiệu suất INVERTER Sunny Tripower CORE1 STP 2.6 50-40 Sơ đồ đấu nối INVERTER Sunny Tripower CORE1 STP 502.7 40 2.8 Mô 3D lắp đặt dàn pin mặt trời áp mái (Mặt trước) 2.9 Mô 3D lắp đặt dàn pin mặt trời áp mái (Mặt bằng) Trang 36 39 41 41 42 43 2.10 Các số liệu mô hình thiết kế, khí hậu cấu trúc lưới AC 2.11 Đồ thị sản lượng điện tiêu thụ khách sạn năm 2016 2.12 Sơ đồ nguyên lý đấu nối hệ thống 2.13 Ký hiệu sơ đồ nguyên lý 2.14 Trào lưu lượng toàn hệ thống năm Biểu đồ cân lượng toàn hệ thống theo tháng 2.15 năm 43 2.16 Biểu đồ phát hệ thống PMT theo tháng năm 48 2.17 Biểu đồ tiêu thụ lượng phụ tải theo tháng năm 2.18 Đồ thị công suất ngày điển hình mùa đơng (28/12/2016) 2.19 Đồ thị cơng suất ngày điển hình mùa hè (25/8/2016) 3.1 Biểu đồ thời gian thu hồi vốn đầu tư 48 44 45 45 47 47 49 49 56 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Việt Nam quốc gia phát triển, nhu cầu sử dụng lượng mà đặc biệt điện ngày lớn, gây áp lực lên hệ thống điện quốc gia Việc sử dụng nguồn lượng truyền thống (nhiệt điện than, dầu, khí…) gây hệ lụy khơn lường cho môi trường tài nguyên thiên nhiên, đồng thời tăng chi phí đầu tư, vận hành hệ thống điện Theo số liệu vận hành EVN năm 2017, cấu cơng suất nguồn điện than, dầu, khí chiếm 56,64%; tỷ trọng thủy điện lớn, vừa tích 36,27%; thủy điện nhỏ chiếm 6,57%, lại khoảng 0,5% nguồn lượng khác (gió, sinh khối…) lượng mặt trời không đáng kể Bức xạ mặt trời nguồn lượng tái tạo vô tận thân thiện với môi trường Tại Việt Nam, với số nắng trung bình 2.200 giờ/năm cường độ xạ cao đến 5,7kWh/m2/ngày tiềm lớn lượng tái tạo Chính phủ ngành liên quan quan tâm có sách, chế phù hợp để khuyến khích phát triển điện mặt trời Theo Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII điều chỉnh), đến năm 2030 phải nâng tỷ trọng công suất nguồn điện sử dụng lượng tái tạo (thủy điện nhỏ, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối) lên mức 21% sản lượng điện đạt 10,7% Trong đó, tổng cơng suất điện mặt trời 12.000MW chiếm 3,3% tổng sản lượng điện nước Ngày 12/4/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam áp dụng cho tổ chức, cá nhân tham gia phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam, EVN phải chịu trách nhiệm mua toàn sản lượng điện mặt trời nhà đầu tư Sau đó, Bộ Cơng thương ban hành Thơng tư 16/2017/TT-BCT ngày 12/9/2017 quy định phát triển dự án hợp đồng mua bán điện mẫu cho dự án điện mặt trời Ngày 21/3/2018, EVN có văn số 1337/EVN-KD việc hướng dẫn thực tạm thời dự án điện mặt trời mái nhà, áp dụng với HTĐMT có cơng suất