Tính toán thiết kế lưới điện hỗn hợp mini có các nguồn phát năng lượng mới và tái tạo cho các khu vực nông thôn chưa có điện lưới quốc gia

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HỒNG QUANG TÝNH TO¸N, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA LUN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  NGUYỄN HỒNG QUANG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN HỖN HỢP MINI CÓ CÁC NGUỒN PHÁT NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO CHO CÁC KHU VỰC NƠNG THƠN CHƯA CĨ ĐIỆN LƯỚI QUỐC GIA Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đặng Đình Thống THÁI NGUYÊN - 2008 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TO¸N, THIÕT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA M U Tính cấp thiết để tài: Một yếu tố thúc đẩy kinh tế - xã hội phát triển vùng miền lãnh thổ Việt Nam phải kể đến tham gia nguồn điện Ngày với yêu cầu đặt phát triển tất mặt kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng,…vấn đề đặt phải cung cấp điện đến tất vùng miền nước, đặc biệt vùng sâu, vùng xa, miền núi hải đảo Trên thực tế việc cung cấp điện lưới quốc gia tới vùng sâu, vùng xa, miền núi, hải đảo từ nguồn phát lớn thuỷ điện, nhiệt điện gặp nhiều khó khăn Mặt khác lượng đầu vào cho nguồn phát ngày phụ thuộc vào thời tiết dần cạn kiệt, thêm vào vấn đề ưu tiên điện lưới cho vùng kinh tế trọng điểm quốc gia, khu thị…vv Xuất phát từ tình hình thực tiễn đó, việc tìm giải pháp cung cấp điện hữu hiệu phù hợp cho khu vực chưa có điện lưới quốc gia cần thiết Vì đề tài “ Tính tốn, thiết kế lưới điện hỗn hợp mini có nguồn phát lượng tái tạo cho khu vực nông thôn chưa có điện lưới quốc gia” mang tính cấp bách có ý nghĩa quan trọng việc cải thiện đời sống cho nhân dân vùng nông thôn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Đánh giá dự báo tương lai tình hình tiêu thụ điện cho cộng đồng dân cư khu vực nông thôn chưa có điện lưới quốc gia Mặt khác tính tốn, thiết kế hệ thống phát điện mini sử dụng nguồn lượng tái tạo, đồng thời so sánh kinh tế tài cho phương án cấp điện - Ý nghĩa thực tiễn: Tìm phương án cung cấp điện kinh tế phù hợp với điều kiện thực tế để xây dựng dự án hệ thống phát điện hỗn hợp mini từ nguồn phát lượng tái tạo địa phương, tạo điều kiện thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội cho khu vực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TO¸N, THIÕT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA Phng pháp nghiên cứu: Để giải vấn đề đề cập đến đề tài, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: - Tổng quan nguồn công nghệ lượng tái tạo, tình hình nghiên cứu ứng dụng nguồn lượng tái tạo giới Việt Nam - Tính tốn nhu cầu điện dự báo tương lai, xây dựng sơ đồ khối tổng quát cho hệ thống điện hỗn hợp mini dùng nguồn lượng tái tạo - Phân tích tính kinh tế - tài chính, đánh giá phương án, đề xuất giải pháp tối ưu để ứng dụng công nghệ phát điện hỗn hợp mini cho khu vực chưa có điện lưới quốc gia Nội dung nghiên cứu: Luận văn chia làm chương bao gồm nội dung sau: - Các nguồn cơng nghệ lượng tái tạo - Công nghệ phát điện hỗn hợp - Lựa chọn địa điểm xây dựng dự án - Thiết kế, tính tốn hệ thống - Phân tích kinh tế - tài Sau nội dung chi tiết: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TO¸N, THIÕT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA CHNG I CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Các nguồn lượng tái tạo, đặc tính chúng 1.1 Các nguồn lượng tái tạo 1.1.1 Nguồn lượng mặt trời Đây nguồn lượng vô quan trọng tồn phát triển sống trái đất Có thể nói nguồn lượng phong phú mà thiên nhiên ban tặng cho Năng lượng mặt trời thu trái đất lượng dòng xạ điện từ xuất phát từ ặt trời đến trái đất Chúng ta tiếp tục nhận dòng lượng phản ứng hạt nhân mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng tỷ năm 1.1.2 Nguồn lượng gió Năng lượng gió dạng chuyển tiếp lượng mặt trời, ánh nắng ban ngày đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ áp suất nhiều vùng khác nhau, khối không khí từ khu vực có áp suất cao dịch chuyển nhanh đến vùng có áp suất thấp hơn, tạo tượng gió thổi khắp bề mặt địa cầu 1.1.3 Nguồn lượng thuỷ điện nhỏ Từ sông, suối chảy từ nguồn xuống biển mang theo tiềm lượng (gọi thuỷ năng) Thông thường nguồn thuỷ phụ thuộc vào độ dốc sông suối lưu lượng nước chảy qua Nguồn thuỷ phân bố không đoạn sông suối Để tập trung lượng dòng chảy, nghĩa để tạo độ chênh lệch mực nước thượng lưu hạ lưu người ta sử dụng số phương pháp kiểu trạm thuỷ điện như: Phương pháp tập trung lượng đập ngăn, phương pháp tập trung lượng đường dẫn phương pháp tổng hợp tập trung lượng dịng chảy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TO¸N, THIÕT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA 1.1.4 Ngun lượng sinh khối Sinh khối bao gồm loài thực vật sinh trưởng phát triển cạn nước, phế thải hữu như: rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà phê , loại phế thải động vật như: phân người, phân gia súc, gia cầm Sinh khối nguồn lượng loài người ngày nguồn lượng hoá thạch như: tha đá, dầ u mỏ, khí đốt nguồn lượng sinh khối sử dụng với khối lượng tỉ lệ lớn, nước phát triển Sinh khối nguồn lượng có khả tái sinh Nó tồn phát triển hành tinh nhờ có ánh sáng mặt trời Các loại thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời để thực phản ứng quang hợp, biến đổi khoáng chất, nước nguyên tố vô khác thành chất hữu Phản ứng quang hợp phản ứng tạo thức ăn cho động vật Nếu kể đến sản phẩm oxy phản ứng quang hợp ta nói sinh khối nói chung thực vật nói riêng có ý nghĩa định sống hành tinh Năng lượng sinh khối hồn tồn thay nguồn lượng hoá thạch bị khai thác cạn kiệt gây ô nhiễm môi trường nặng nề 1.1.5 Nguồn lượng địa nhiệt Địa nhiệt nguồn lượng tự nhiên lòng đất, lớp vỏ khơng khí khơng dày , nhiệt độ lên đến 1000 0C đến 4000 0C Còn lớp vỏ Trái đất có nhiệt độ bình quân năm 15 0C, lớp lớp có nhiệt độ bình qn 540 0C, lớp lõi nhiệt độ bình qn 70000C Khối lượng khổng lồ tồn đồng hành với Trái đất nguồn lượng vô hạn sinh từ chuỗi phản ứng hạt nhân, phân hủy chất phóng xạ tiến hành thường xuyên lòng Trái đất Thori (Th), Protactini (Pa), Urani (U) vv, lượng phản ứng phóng xạ tích tụ lịng đất hàng triệu năm với lượng khổng lồ làm nóng chảy lõi đất áp suất cao Đi sâu xuống lòng đất 2-40m (tùy địa điểm) ta gặp tầng Thường ơn, tức Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TO¸N, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA l tầng có nhiệt độ khơng chịu ảnh hưởng nhiệt độ Mặt Trời Dưới tầng Thường ôn xuống sâu nhiệt độ tăng Theo đánh giá chuyên gia, có khoảng 10% diện tích vỏ đất có chữa nguồn địa nhiệt đánh giá tiềm Các nguồn cung cấp cho nhân loại nguồn lượng lớn 1.1.6 Nguồn lượng đại dương Nguồn lượng chia thành loại chính: Năng lượng thuỷ triều, lượng nhiệt đại dương lượng sóng biển Tiềm vơ to lớn, gió thổi khoảng không gian bao la đại dương tạo sóng biển dội, liên tục mang theo nguồn lượng nói vô tận Thuỷ triều kết lực hút mặt trời, mặt trăng với đất chuyển động đất xung quanh mặt trời, quay xung quanh trục nghiêng đất Với lượng nhiệt đại dương xem nhà máy nhiệt hoạt động với nguồn nóng bề mặt nguồn lạnh tầng sâu tương tự máy nhiệt nhà máy nhiệt điện, máy nhiệt đại dương lại không cần dùng loại nhiên liệu Nhiệt độ đại dương không biến đổi nhiều từ ban ngày sang ban đêm coi nguồn nhiệt ổn định nhiên thay đổi theo mùa phụ thuộc vào khoảng cách đến xích đạo Cuối lượng sóng biển, nguồn lượng lớn hấp dẫn Tiềm năng lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, chí vị trí cho lượng sóng biển biến đổi theo thời gian giờ, ngày mùa 1.2 Các đặc tính nguồn lượng tái tạo 1.2.1 Đặc tính phong phú tái sinh: Có thể nói nguồn lượng tái tạo (NLM & TT) phong phú có sẵn , hầu hết nguồn lượng tái tạo Về nguồn mà nói lượng mặt trời dồi dào, gió, lượng thủy điện nhỏ, lượng sinh khối, lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn TíNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN L¦íI QC GIA có trữ lượng lớn khơng muốn nói khó cạn kiệt Tiềm năng lượng tái tạo hay lượng tái sinh lượng từ nguồn liên tục mà theo chuẩn mực người vô hạn Vơ hạn có hai nghĩa: Hoặc lượng tồn nhiều đến mức mà trở thành cạn kiệt sử dụng người (thí dụ lượng Mặt Trời) lượng tự tái tạo thời gian ngắn liên tục (thí dụ lượng sinh khối) quy trình diễn tiến thời gian dài Trái Đất Ngược lại với việc sử dụng quy trình việc khai thác nguồn lượng than đá hay dầu mỏ, nguồn lượng truyền thống mà ngày t iêu dùng nhanh tạo nhiều 1.2.2 Đặc tính bảo vệ môi trường: Tất nguồn NLM & TT nên việc sử dụng nguồn lượng mang lại nhiều lợi ích sinh thái lợi ích gián tiếp cho kinh tế So sánh với nguồn lượng truyền thống như: Than đá, hoá thạch hay thuỷ điện, lượng tái tạo có nhiều ưu điểm tránh hậu có hại đến mơi trường Năng lượng gió đánh giá thân thiện với mơi trường gây ảnh hưởng xấu mặt xã hội Theo báo cáo từ Tổ chức Hồ Bình Xanh Hội đồng Năng lượng Tái tạo châu Âu việc đầu tư vào lượng xanh tới năm 2030 giảm nửa lượng phát thải CO2 Bản báo cáo cung cấp luận kinh tế luân chuyển khoản đầu tư toàn cầu sang lượng mặt trời, lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt lượng sinh khối nửa kỷ tới Các công nghệ lượng tái tạo, ứng dụng chúng 2.1 Các công nghệ lượng tái tạo 2.1.1 Công nghệ lượng mặt trời 2.1.1.1 Công nghệ nhiệt mặt trời a Hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính hiệu ứng quan trọng ứng dụng để khai thác lượng mặt trời (NLMT) Ta khảo sát hộp thu nhiệt mặt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA trời hình 1.1 Mặt hộp đậy kính (1) Thành xung quanh đáy hộp có lớp vật liệu cách nhiệt dày (2) Đáy hộp làm kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt phủ lớp sơn đen, hấp thụ nhiệt tốt gọi hấp thụ (3) TÊm kÝnh Líp vá cách nhiệt Tấm hấp thụ Tia sáng mặt trêi Hình 1.1 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính Các tia xạ mặt trời (BXMT) có bước sóng λ < 0,7µm tới mặt hộp thu, qua kính phủ phía (1), tới bề mặt hấp thụ (3) Tấm hấp thụ lượng BXMT chuyển hoá thành nhiệt làm cho hấp thụ nóng lên, trở thành nguồn phát xạ thứ cấp phát tia xạ nhiệt có bước sóng λ > 0,7µm , hướng phía Các tia lên phía bị kính ngăn lại, khơng ngồi Nhờ vậy, hộp thu liên tục nhận BXMT nên hấp thụ nung nóng dần lên đạt đến nhiệt độ hàng trăm độ Như lượng nhiệt mặt trời bị "giam" hộp, giống bẫy nhiệt - lượng vào khơng thể đựơc Đó ngun lý “hiệu ứng nhà kính” b Bộ thu phẳng Bộ thu phẳng có hình khối hộp chữ nhật, đậy hay vài lớp kính xây dựng suốt Cũng thay lớp kính suốt khác thuỷ tinh hữu cơ, polyester, v.v Đối với vật liệu ngồi thuỷ tinh có độ bền học cao hơn, độ già hoá lại nhanh, hệ số truyền qua sau khoảng –10 năm giảm ÷ 10% Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TíNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUèC GIA Tấm hấp thụ kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt có phủ lớp sơn hấp thụ ánh sáng màu đen Lớp hấp thụ cần có hệ số hấp thụ cao tốt, ví dụ > 85%, hiệu suất thu có giá trị cao Ngồi ra, hấp thụ vật liệu kim loại để việc hàn thành phần khác (ví dụ ống nước kim loại thu dùng để đun nước nóng) dễ dàng Thành hộp xung quanh đáy hộp lớp vật liệu cách nhiệt dày để giảm hao phí nhiệt từ hấp thụ xung quanh Vật liệu cách nhiệt thường dùng “xốp bọt biển” (polystyrene) màu trắng nhẹ sản xuất dạng hạt, dùng vật liệu khác thuỷ tinh, mút, gỗ khô, mùn cưa, Nếu cách nhiệt tốt ngày nắng, nhiệt độ hấp thụ đạt đến 100 ÷115oC cao 2.1.1.2 Công nghệ điện mặt trời a Công nghệ nhiệt điện mặt trời Người ta sử dụng thu hội tụ kèm dõi theo mặt trời (tracker) để hội tụ tia mặt trời diện tích cần thiết kế Đối với thu khơng u cầu độ hội tụ cao định hướng thu cần điều chỉnh vài ba lần ngày thực tay Nhưng với thu yêu cầu độ hội tụ cao cần phải điều chỉnh định hướng thu cách liên tục Đa số hội tụ hội tụ máng parabol, tia sáng mặt trời hội tụ lại đường tiêu hội tụ, đường tiêu nhiệt độ đạt 4000C hay cao b Cơng nghệ pin mặt trời (PMT) Đây cịn gọi công nghệ pin quang điện, khác với công nghệ nhiệt điện mặt trời lượng mặt trời hội tụ nhờ hệ thống gương hội tụ để tập trung ánh sáng mặt trời thành nguồn nhiệt có mật độ lượng cơng nghệ PMT, lượng mặt trời biến đổi trực tiếp thành điện nhờ tế bào quang điện bán dẫn chế tạo từ vật liệu bán dẫn điện Các PMT sản xuất điện cách liên tục chừng cịn xạ mặt trời tới Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn TíNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN L¦íI QC GIA Các tổ chức đăng ký kinh doanh dịch vụ tư vấn, thiết kế, xây dựng dịch vụ sau lắp đặt khác hưởng sách ưu đãi tài theo quy định pháp luật, xem xét, miễn, giảm loại thuế (nhập thiết bị, VAT, doanh thu, lợi tức tài nguyên,…) cho hoạt động kinh năm đầu + Hỗ trợ bước nâng cao chất lượng dịch vụ sản phẩm khoa học công nghệ: Tiêu chuẩn quốc gia chất lượng sản phẩm thiết bị NLTT thiết kế cơng trình cần xây dựng bắt buộc áp dụng để đảm bảo chất lượng dịch vụ, an toàn tin cậy cho dự án điện NLTT Khuyến khích hoạt động kiểm tra cấp giấy chứng nhận chất lượng sản phẩm nhằm ngăn ngừa sản phẩm để đưa vào thị trường sản phẩm tiêu chuẩn nâng cao chất lượng dịch vụ Các hoạt động nghiên cứu đổi nâng cao chất lượng sản phẩm khuyến khích hỗ trợ vốn + Hỗ trợ sản xuất nước thiết bị NLTT: Khuyến khích hỗ trợ doanh nghiệp đầu tư vào sản xuất nội địa hoá thiết bị NLTT Các doang nghiệp đầu tư đầu tư nang cấp dây truyền sản xuất thiết bị NLTT, khuyến khích xem xét vay vốn từ quỹ phát triển NLTT Khuyến khích nhà đầu tư nước đầu tư liên doanh sản xuất thiết bị NLTT hưởng sách ưu đãi đầu tư theo quy định tài 5.4.2.5 Đề xuất biện pháp thực Để triển khai có hiệu dự án điện NLTT độc lập, cung cấp cho vùng lưới, cần có biện pháp tổ chức thực sau: - Cần đề xuất xây dựng chương trình quốc gia trung hạn dài hạn kế hoạch phát triển NLTT vào số liệu điều tra đánh giá tiềm nguồn NLTT, phân vùng đánh giá nhu cầu sử dụng điện khu vưch xa lưới - Xây dựng lộ trình phát triển NLTT đến 2020 nhằm đáp ứng nhu cầu điện cho cư dân khu vực xa lưới miền núi, hải đảo,… - Các Bộ, Ngành liên quan cần phối hợp với địa phương xây dựng kế hoạch triển khai thực tuỳ theo điều kiện cụ thể địa phương Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA nghiên cứu khả thi dự án tiềm - Đào tạo, xây dựng nâng cao lực đồi ngũ khoa học công nghệ NLTT từ cấp Trung ương tới đại phương, đặc biệt hỗ trợ đào tạo xây dựng tổ chức dịch vụ điện tái tạo cấp xã sử dụng nguồn điện NLTT - Đưa nội dung nghiên cứu, thúc đẩy triển khai dự án phát điện từ nguồn NLTT thành hoạt động tổ chức khoa học công nghệ, tổ chức xã hội hội thi sáng tạo, giải trưởng quốc gia - Tuyên truyền nâng cao nhận thức lợi ích kinh tế, xã hội môi trường dự án NLTT - Xây dựng chiến lược hành động NLTT, bước loại bỏ rào cản có sách, thể chế, tài chính, cơng nghệ, nguồn nhân lực nhận thức Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS.Đặng Đình Thống, Cơ sở lượng tái tạo, NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội 2006 [2] PGS.TSKH.Nguyễn Phùng Quang, Nghiên cứu thiết kế chế tạo phát điện sức gió có cơng suất 10-30KW phù hợp với điều kiện Việt Nam, Đại học Bách Khoa Hà Nội 2007 [3] Dang Dinh Thong, Solar Photovoltaic (PV) system for Truong Sa Island, Center of energy study, Indian Institute of Technology, New Delhi, 12-1991, India [4] Đặng Đình Thống, Trần Hồng Quân, Ứng dụng nguồn lượng thiên nhiên cho viễn thông, Hà Nội tháng 02 năm 1996 [5] Renewable Energies, Innovation for the future, Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Bonn, May 2004 [6] Y Marfaing, The photovoltaic effect, Physical Principles, apApplications and Trends, ediction du centre national de la recherche scientificque, Paris, 1978 [7] James & James Publisher, Planning and Installing Photovoltaic Systems, a guide for installers, achitects and enginneers, 8-12 Camden High Street, London, OJH, UK 2005 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nguồn lượng lượng tái tạo nguồn lượng sạch, nhu cầu sử dụng điện ngày tăng, đồng thời tiềm nguồn lượng tái tạo nước ta lớn Do đó, việc nghiên cứu, tính toán thiết kế lưới điện hỗn hợp mini dùng lượng tái tạo cho cụm dân cư Hịn Báy vấn đề mang tính thời có ý nghĩa, đặc biệt giai đoạn nguồn lượng truyền thống cạn kiệt dần nhà nước bắt đầu khuyến khích sử dụng lượng tái tạo phục vụ cho nhu cầu lượng Để giải nội dung mà đề tài đặt ra, luận văn bố cục thành chương với đầy đủ nội dung chi tiết kết sau giải quyết:  Tổng quan nguồn công nghệ sử dụng lượng tái tạo giới Việt Nam  Đánh giá ưu nhược điểm hệ thống điện hỗn hợp mini (hệ lai ghép) sử dụng nguồn lượng tái tạo, đồng thời giới thiệu ứng dụng hệ lai ghép giới Việt Nam  Lựa chọn địa điểm xây dựng hệ thống điện hỗn hợp - Địa điểm xây dựng hệ thống chọn cụm dân cư Hòn Báy nằm đảo Hòn Tre thuộc Khu bảo tồn biển Vịnh Nha Trang tỉnh Khánh Hồ - Mơ tả địa điểm, đánh giá tiềm nguồn NLM & TT Hòn Báy  Thiết kế tính tốn hệ thống hỗn hợp mini - Tính tốn nhu cầu điện dự báo nhu cầu tương lai cho cụm dân cư Hòn Báy - Phân tích đánh giá phương án cung cấp điện lựa chọn phương án khả thi - Xây dựng sơ đồ khối tổng quát hệ thống điện lai ghép mini Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Giới thiệu công tác xây dựng, sửa chữa bảo dưỡng, vận hành quản lý hệ thống điện hỗn hợp mini  Phân tích kinh tế tài - Tính tốn tổng chi phí cho kWh điện phương án cung cấp điện - Tính tốn đề xuất phương án hỗ trợ giá điện Bản luận văn hoàn thành yêu cầu đặt theo nội dung chất lượng đề cương Tuy nhiên, dừng lại kết tính tốnthiết kế, chưa có mơ hình để thí nghiệm đánh giá, hy vọng tài liệu tích cực cho cơng tác nghiên cứu xây dựng dự án cấp điện từ nguồn lượng tái tạo sau Kiến nghị Sau thực xong đề tài, tác giả xin đưa số ý kiến sau đây:  Cần tiếp tục sâu nghiên cứu phát triển đề tài quy mô lớn để kết đem lại thực có ý nghĩa mặt thực tiễn, có khả ứng dụng cao  Nhà nước cần quan tâm cho lĩnh vực nghiên cứu thực dự án ứng dụng nguồn lượng tái tạo, đặc biệt ứng dụng hệ phát điện lai ghép mini cho vùng nơng thơn khơng có khả kéo điện lưới quốc gia  Cần khuyến khích đầu tư có sách ưu đãi cho chủ đầu tư quan nhà nước công ty tư nhân cho lĩnh vực phát triển dự án phát điện sử dụng lượng tái tạo  Nhà nước nên có sách hỗ trợ vốn đầu tư ban đầu, hỗ trợ mức giá điện cho người dân để hệ thống phát điện lai ghép nhanh triển khai rộng khắp góp phần xố đói giảm nghèo nâng cao đời sống văn hoá cho nhân dân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo, Cô giáo môn Hệ thống điện, Trường Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Ngun đóng góp ý kiến quan trọng bổ ích cho tác giả để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô anh chị phòng đào tạo sau đại học, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ hết mức để tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn tình cảm sâu sắc tới cán hướng dẫn khoa học, Giám đốc trung tâm Năng lượng mới, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, bảo, trang bị kiến thức cần thiết cho tác giả Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, gia đình người quan tâm đến vấn đề khích lệ, tạo điều kiện tốt cho tác giả thực thành công luận văn thời gian dự kiến Tác giả xin cảm ơn Thầy, Cô giáo anh chị em trung tâm Năng lượng mới, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội khích lệ tạo điều kiện tốt sở vật chất tư liệu quan trọng để tác giả thực thành công luận văn Do thời gian không dài kiến thức hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót điều bất cập, đồng thời cịn có số vấn đề cần tiếp tục sâu nghiên cứu Vì tác giả mong nhận ý kiến đóng góp chân thành thầy giáo bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Hồng Quang Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung phần Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG I CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 13 Các nguồn lượng tái tạo, đặc tính chúng 13 1.1 Các nguồn lượng tái tạo 13 1.1.1 Nguồn lượng mặt trời 13 1.1.2 Nguồn lượng gió 13 1.1.3 Nguồn lượng thuỷ điện nhỏ 13 1.1.4 Nguồn lượng sinh khối 14 1.1.5 Nguồn lượng địa nhiệt 14 1.1.6 Nguồn lượng đại dương 15 1.2 Các đặc tính nguồn lượng tái tạo 15 1.2.1 Đặc tính phong phú tái sinh: 15 1.2.2 Đặc tính bảo vệ mơi trường: 16 Các công nghệ lượng tái tạo, ứng dụng chúng 16 2.1 Các công nghệ lượng tái tạo 16 2.1.1 Công nghệ lượng mặt trời 16 2.1.2 Công nghệ thuỷ điện nhỏ 19 2.1.3 Cơng nghệ lượng gió 20 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.4 Công nghệ lượng sinh khối 21 2.1.5 Công nghệ lượng địa nhiệt 21 2.1.6 Công nghệ lượng đại dương 22 2.2 Các ứng dụng 23 2.2.1 Ứng dụng lượng mặt trời 23 2.2.2 Ứng dụng lượng thuỷ điện nhỏ 25 2.2.3 Ứng dụng lượng gió 25 2.2.4 Ứng dụng lượng sinh khối 25 2.2.5 Ứng dụng lượng địa nhiệt 26 2.2.6 Ứng dụng lượng đại dương 26 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nguồn điện từ NLM & TT 27 3.1 Trên giới 27 3.2 Tại Việt Nam 28 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP 31 2.1 Hệ thống điện hỗn hợp lưới điện mini 31 2.1.1 Đặt vấn đề 31 2.1.2 Các loại nguồn điện hệ thống điện hỗn hợp lưới điện mini 32 2.1.3 Sơ đồ đấu nối hệ lai ghép 34 2.1.4 Vận hành hệ thống lai ghép 36 2.2 Các ứng dụng hệ thống điện hỗn hợp 39 2.2.1 Trên giới 40 2.2.2 Ở Việt Nam 42 2.3 Những ưu nhược điểm hệ thống điện hỗn hợp 42 2.3.1 Ưu điểm hệ thống điện lai ghép 42 2.3.2 Những nhược điểm hệ thống lai ghép 45 CHƯƠNG III LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN HỖN HỢP Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.1 Đặt vấn đề 47 3.2 Mô tả địa điểm lựa chọn xây dựng 48 3.2.1 Những đặc điểm địa lý 48 3.2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 48 3.2.3 Đầm Báy 49 3.2.4 Hiện trạng cung cấp điện cụm dân cư Đầm Báy 49 3.2.5 Tiềm nguồn lượng địa phương 50 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỆ THỐNG 53 4.1 Nhu cầu điện dự báo tương lai 53 4.1.1 Hiện trạng cung cấp điện đảo Hòn Tre 53 4.1.2 Tính tốn nhu cầu sử dụng điện năm 2008 53 4.1.3 Biểu đồ phụ tải ngày 57 4.1.4 Dự báo độ tăng trưởng nhu cầu tương lai 59 4.1.5 Công suất phát đỉnh tương lai 61 4.2 Phương án cấp điện 61 4.2.1 Lựa chọn phương án cấp điện 61 4.2.2 Tính tốn phương án cấp điện 62 4.2.3 Vấn đề đồng khả nối lưới điện quốc gia 63 4.3 Xây dựng sơ đồ khối tổng quát 63 4.3.1 Sơ đồ hệ thống 63 4.3.2 Dự kiến phương thức vận hành 66 4.3.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị 67 4.4 Phân tích đánh giá phương án cân cung - cầu 76 4.5 Công tác xây dựng hệ thống 77 4.5.1 Xây dựng hệ thống dàn pin mặt trời 77 4.5.2 Nối điên ăcquy 79 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.5.3 Nhà lắp đặt thiết bị vận hành 81 4.5.4 Lắp đặt máy phát Diezen 83 4.5.5 Hệ thống dây truyền tải phân phối điện 83 4.5.6 Công tơ điện 83 4.6 Tiến độ xây dựng hệ thống 84 5.1 Công tác chuẩn bị 84 5.2 Tiến độ xây dựng 84 4.7 Quy trình vận hành, bảo dưỡng 85 4.8 Quản lý nhà máy điện 86 4.9 Lịch trình bảo dưỡng 87 CHƯƠNG V PHÂN TÍCH KINH TẾ - TÀI CHÍNH 89 5.1 Đặt vấn đề 89 5.2 Các số liệu tính tốn 90 5.3.1 Số liệu đầu vào 90 5.2.2 Kết tính tốn 94 5.3 Tính toán mức hỗ trợ giá 95 5.4 Đề xuất mức hỗ trợ giá chiến lược phát triển nguồn điện lượng tái tạo độc lập 96 5.4.1 Một số nhận xét chung 96 5.4.2 Đề xuất mức hỗ trợ giá 97 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: Eload.PV,Eload: Nhu cầu phụ tải ngày dàn PMT năm Ppeak, No.PV: Công suất đỉnh PMT, số dàn pin mặt trời Hpeak, HT: Số nắng đỉnh trung bình ngày năm bề mặt nghiêng, xạ mặt trời bề mặt ngang Ft, Fd: Hệ số nhiệt độ, hệ số bám bẩn dàn PMT ηbat, ηinv, ηsys, ηrec: Hiệu suất lượng ăcquy, hiệu suất đổi điện, hiệu suất hệ thống, hiệu suất chỉnh lưu It, Istc: Bức xạ mặt trời trung bình ngày năm bề mặt nghiêng, xạ mặt trời điều kiện tiêu chuẩn R, Rr: Hệ số chuyển đổi, công suất chỉnh lưu Cbat, Cbatt: Dung lượng ăcquy tính theo kWh, dung lượng ăcquy tính theo ampe-giờ (A-h) DOD, Nd: Độ sâu phóng điện lớn ăcquy, số ngày tự quản ăcquy Pinv, Pmax: Công suất đổi điện, công suất phụ tải lớn Pge.max , Pge.rec: Công suất lớn máy phát diezen, công suất máy phát cần nạp điện cho ăcquy Pge.peak, Ppeak.load: Công suất máy phát diezen cần cho phụ tải đỉnh, công suất phụ tải đỉnh G d: Là hệ số giảm công suất máy phát Imax: Dòng điện cực đại AnnFuel.cost, DR : Chi phí nhiên liệu hàng năm, tỉ suất chiết khấu LCCFuel.cost: Chi phí nhiên liệu LCCRepl.cost: Chi phí thay LCCMaint.cost: Chi phí bảo dưỡng thường xuyên Capital.cost: Chi phí đầu tư ban đầu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn FE, Term: Tỉ suất tăng giá nhiên liệu, chu kỳ hoạt động Item.cost, RY: Chi phí thay định kỳ tại, năm thay Eoutput: Sản lượng điện hàng ngày Chữ viết tắt: NLM & TT: Năng lượng tái tạo NLMT: Năng lượng mặt trời BXMT: Bức xạ mặt trời PMT: Pin mặt trời TL - HL: Thượng lưu hạ lưu NLG: Năng lượng gió NMT: Nhiệt mặt trời NLTT: Năng lượng tái tạo PV: Dàn pin mặt trời ĐCG: Động gió MPD: Máy phát diezen NREL: Phịng thí nghiệm quốc gia lượng tái tạo DC - AC: Bộ biến đổi chiều - xoay chiều PVC: Nhãn hiệu loại cáp điện CCH: Chi phí chu kỳ hoạt động LCC: Vịng đời dự án USD, VND: Tỷ giá đồng đôla Mỹ, tỷ giá đồng Việt Nam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Nội dung Bảng Trang 3.1 Bức xạ mặt trời trung bình Nha Trang 51 4.1 Số liệu sử dụng điện thiết bị gia dụng 55 "Hộ tiêu thụ điện điển hình” Hịn Báy năm 2008 4.2 Số liệu sử dụng điện thiết bị phi gia dụng 56 "Hộ tiêu thụ điện điển hình” Hịn Báy năm 2008 4.3 Tổng nhu cầu điện cụm dân cư Hòn Báy 56 năm 2008 4.4 Số liệu thay đổi phụ tải ngày 58 4.5 Dự báo nhu cầu điện tương lai 60 4.6 Số nắng đỉnh trung bình năm bề mặt 69 nghiêng 4.7 Dây cáp điện để nối dàn PMT ăcquy 79 4.8 Tiến độ xây dựng 84 4.9 Lịch trình bảo dưỡng nhà máy điện công 88 việc bình thường 5.1 Các đặc tính máy phát diezen 92 5.2 Chi phí bảo dưỡng máy phát diezen 92 5.3 Kết so sánh kinh tế phương án phát điện 95 5.4 Kết tính tốn mức hỗ trợ giá 96 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ Nội dung đồ thị Trang 1.1 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính 17 1.2 Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời tinh thể Si 19 1.3 Sơ đồ thu để sản xuất nước nóng 23 1.4 Hệ thống sưởi ấm nhà cửa hay chuồng trại sử dụng NMT 24 2.1 Hệ lai ghép góp DC: có phụ tải DC 34 2.2 Hệ lai ghép góp DC mở rộng: phụ tải DC AC 35 hỗn hợp 2.3 Hệ lai ghép góp AC 36 2.4 Trạng thái thiết bị trình vận hành hệ 37 thống 2.5 Giới hạn ứng dụng hệ lai ghép 40 3.1 Bức xạ mặt trời trung bình ngày tháng bề mặt 51 nằm ngang 4.1 Tỉ lệ sử dụng điện năm 2008 cụm dân cư Hòn Báy 57 4.2 Biểu đồ phụ tải hàng ngày 58 4.3 Dự báo tăng trưởng nhu cầu điện tương lai 60 4.4 Dự báo nhu cầu công suất phát đỉnh 61 4.5 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống phát điện hỗn hợp 64 4.6 Sơ đồ hệ thống phát điện lai ghép PV-diezen Hòn Báy 65 4.7 Hình cắt ngang khung thép hình khung thép 78 bề mặt lắp module PMT 4.8 Sơ đồ nối điện ăcquy 80 4.9 Sơ đồ nối điện ăcquy vào đường trục 80 4.10 Sơ đồ điện tổng quát hệ phát điện hỗn hợp mini Hịn Báy 81 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.11 Sơ đồ mặt bằng, mặt trước đầu đốc nhà đặt thiết 82 bị làm việc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... TÝNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA CHƯƠNG I CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI... http://www.lrc-tnu.edu.vn TÝNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA 2.1.2.3 Động gió phát điện Năng lượng gió nhạy... TÝNH TOáN, THIếT Kế LƯớI ĐIệN HỗN HợP MINI Có CáC NGUồN PHáT NĂNG LƯợNG MớI Và TáI TạO CHO CáC KHU VựC NÔNG THÔN CHƯA Có ĐIệN LƯớI QUốC GIA 2.1.4.3 Các vai trò khác máy phát điện MPD thường đưa vào