Đang tải... (xem toàn văn)
Với sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất, máy biến áp truyền thống sẽ được thay đổi bằng máy biến áp kiểu mới Solid-State Transformer (SST) như hình 7.. Từ tần số lưới 5[r]
(1)PIN MẶT TRỜI TRÊN MÁI NHÀ: HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI VỚI GĨC NHÌN TỪ NHẬT BẢN
Nguyễn Phúc Khải (1),(2), Võ Ngọc Điều (1)
(1) Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TPHCM (2) Viện Kỹ thuật Shibaura, Tokyo, Nhật Bản
Tóm tắt:Bài viết nhằm cung cấp kết quảđạt định hướng tương lai hệ thống pin mặt trời mái nhà (rooftop solar) Nhật Bản Kể từ thảm họa kép động đất - sóng thần cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima vào năm 2011, Chính phủ Nhật Bản có nhiều thành cơng việc chuyển đổi hệ thống lượng hướng đến nguồn lượng lượng gió lượng mặt trời Trong đó, lượng mặt trời tăng công suất từ 5,000 MW năm 2011 lên 25,000 MW năm 2014 hứa hẹn tiến triển thời gian tới Phần lượng
đóng góp từ mái nhà dự báo đóng góp phần lớn sản lượng lượng mặt trời Song song với đó, việc phát triển hệ thống Internet vạn vật (Internet of things - IoT) mang đến liên kết hệ thống phát điện nhỏ IoT để tạo hệ thống Internet of Energy – IoE Bài báo trình bày tổng hợp kết việc phát triển hệ thống lượng mặt trời đồng thời nêu dự báo phát triển lưới phân phối thời gian tới dựa trình phát triển thị trường Nhật Bản
I GIỚI THIỆU
Năng lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo phát triển mạnh mẽ năm gần Tại Việt Nam, Bộ Cơng thương nhóm nghiên cứu CIEMAT tiến hành đánh giá tiềm năng lượng mặt trời Việt Nam [1] Kết cho thấy, tiềm năng lượng mặt trời thu từ hệ thống pin mặt trời vào khoảng 0.8 – 1.2 GWh/năm Trong đó, tỉnh ven biển miền Trung, Tây Nguyên, Tây Bắc, Đông Nam Bộ Đồng sơng Cửu Long có khả phát triển hệ thống pin mặt trời
Bên cạnh đó, Nhật Bản quốc gia phát triển có diện tích dân số tương đương với Việt Nam, có nhiều thay đổi sách lượng kể từ sau thảm họa hạt nhân Fukushima 2011 [2] Nhật Bản trọng phát triển hệ thống pin mặt trời với nhiều dạng dự án khác Trong trình phát triển đó, nhiều học việc phát triển lượng mặt trời đúc kết
(2)điện Nhật Bản trước sau cố điện hạt nhân Fukushima Phần đề xuất mơ hình lưới điện phân phối Cuối tổng kết
II CHÍNH SÁCH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CỦA NHẬT TRƯỚC VÀ SAU SỰ CỐ FUKUSHIMA
1 Trước cố Fukushima
Trước cố Fukushima, Nhật Bản chưa đặt trọng tâm việc phát triển lượng vào lĩnh vực lượng tái tạo Tỷ lệ lượng tái tạo (bao gồm thủy điện) tăng từ 3.5% vào năm 1990 lên 4.6% vào năm 2012 Đến năm 1999, Nhật Bản ghi nhận lượng mặt trời để phát điện với cơng suất 209 MW Theo hình 1, vào giai đoạn năm 2000, Nhật Bản trọng phát triển lượng hạt nhân, khí thiên nhiên than, giảm thiểu việc sử dụng dầu chi phí đắt đỏ
Hình 1: Sản lượng sản xuất điện phân chia theo nguồn lượng Nhật Bản [3]
Bên đó, việc tham gia Nghịđịnh thư Kyoto 1997, Nhật Bản hoạch định chiến lược giảm lượng khí thải CO2 cách tăng cường sử dụng lượng hạt nhân Theo “Luật Cơ sở sách lượng” phiên năm 2010, Nhật Bản dự kiến xây dựng thêm 14 nhà máy điện hạt nhân đến năm 2030, nhà máy hồn thành vào năm 2020 nâng tổng số nhà máy điện hạt nhân lên 54 nhà máy Khi đó, với chiến lược phát triển dựa vào lượng hạt nhân, Nhật Bản kỳ vọng giảm 30% lượng CO2 so với năm 1999, đồng thời lượng hạt nhân chiếm 50% tổng sản lượng điện sản xuất [2]
2 Sau cố Fukushima
Nhật Bản buộc phải dừng tất nhà máy điện hạt nhân toàn quốc đỉnh điểm năm 2014 hình thay sách lượng tái tạo “Renewable Energy Act”
(3)yên/kWh (tương đương 44 cent/kWh) mức giá cao giới thời điểm Kết quả, cơng suất lắp đặt lượng mặt trời tăng trưởng vượt bậc hẳn so với lượng gió biomass hình
Hình 2: Sản lượng điện từ lượng hạt nhân giai đoạn 2011 – 2016 [4]
Hình 3: Cơng suất lắp đặt nguồn lượng tái tạo Nhật Bản [4]
Tuy nhiên, thật Nhật Bản khơng hồn tồn thành công việc thúc đẩy việc sử dụng lượng mặt trời Kết khảo sát từ năm 2012 đến năm 2014, bảng 1,
288.2
15.9 9.3
0 10.6
61.8
0 50 100 150 200 250 300 350
2011 2012 2013 2014 2015 2016
Production (TWh)
Electricity generation by Nuclear
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Installed Capacity
(MW)
Installed Capacity of Renewables in Japan
(4)cho thấy tỷ lệ thực dự án lượng mặt trời thương mại đạt tỷ lệ thấp mức 13.8%, lượng mặt trời công suất nhỏ (dưới 10 kW) lại đạt tỷ lệ lắp đặt cao (82.7%)
Mặc dù kỳ vọng cao, nhiên dự án lượng mặt trời công suất lớn khơng thể thực nhiều lý khác Trước hết thay đổi sách Chính phủ việc hỗ trợ nguồn lượng tái tạo Giá mua điện cam kết Chính phủ ấn định hàng năm giảm dần qua năm, hình Bên cạnh đó, nguồn lượng hóa thạch giảm giá năm gần nên Nhật Bản tăng cường sử dụng nguồn lượng hóa thạch tái khởi động nhà máy điện hạt nhân đểđảm bảo nhu cầu sử dụng điện
Khó khăn thứ hai dự án lượng mặt trời công suất lớn việc bồi hoàn đất để thực dự án Qua khảo sát cho thấy, 672 dự án với tổng công suất lắp đặt dự kiến GW mua thuê đất để thực Ngoài ra, dự án lượng mặt trời lớn khó ký kết hợp đồng với công ty điện lực nhỏ Nhật Kyushu, Hokkaido, Tohoku Shikoku Nguyên nhân chủ yếu lượng mặt trời có tính bất ổn định cao hịa lưới làm giảm tính ổn định hệ thống [2]
Tuy nhiên, sách lượng tái tạo thật kích thích sựđầu tư người dân vào hệ thống lượng mặt trời mái nhà Rõ ràng, hệ thống rooftop khắc phục hạn chế dự án lượng mặt trời lớn nhờ giảm chi phí thuê đất đồng thời không cần thiết phải ký kết với công ty điện lực địa phương
Bảng So sánh dự án lượng tái tạo Nhật Bản giai đoạn 2012 – 2014 [5]
Công nghệ Công suất lắp đặt trước năm 2012 (MW)
Từ 2012 - 2014 Dự án
chấp thuận (MW)
Dự án triển khai
(MW)
Tỷ lệđược triển khai
(%) Năng lượng mặt trời
công suất nhỏ (dưới 10 kW)
4 700 000 480 82.7
Năng lượng mặt trời
công suất lớn 900 66 340 150 13.8
Năng lượng gió 600 230 110 8.9
Thủy điện nhỏ (dưới 30 MW)
9 600 320 30 9.4
Biomass 300 1310 90 6.9
Địa nhiệt 500 10 0
(5)Hình 4: Giá điện cam kết mua điện cho dự án lượng mặt trời [2], [6]
3 Định hướng tương lai
Năm 2014, hệ thống rooftop Chính phủ Nhật cơng nhận nhân tố trọng điểm tương lai Trong đó, phần lượng tiết kiệm từ rooftop dự báo chiếm 17% tổng lượng điện tiêu thụ vào năm 2030, nguồn lượng mặt trời từ dự án lớn chiếm 7% [4] Trong “Tầm nhìn dài hạn nguồn nhu cầu lượng” Quốc hội Nhật Bản phê duyệt vào tháng năm 2014, với giả định kinh tế tăng trưởng bình quân 1.7%/năm, nhu cầu sử dụng điện Nhật Bản vào năm 2030 vào khoảng 1278 tỷ KWh Trong đó, 196.1 tỷ kWh (chiếm 17%) nguồn lượng tiết kiệm lượng tái tạo nói chung chiếm 19 đến 20% hình
42
32
24
19
0 10 15 20 25 30 35 40 45
2012 2014 2016 2019 (planned)
(y
en/kWh)
(6)Hình 5: Tầm nhìn dài hạn cung cấp điện Nhật Bản đến năm 2030 [4]
III MƠ HÌNH INTERNET OF ENERGY CHO LƯỚI PHÂN PHỐI
Việc đẩy mạnh phát triển hệ thống rooftop tạo điều kiện phát điện cho hộ tiêu thụ Mơ hình dự báo thay đổi cấu trúc lưới điện phân phối Thông thường lưới điện phân phối có cấu trúc gồm máy biến áp phân phối điện trực tiếp cho phát tuyến hình Với phát triển thiết bị điện tử công suất, máy biến áp truyền thống thay đổi máy biến áp kiểu Solid-State Transformer (SST) hình Từ tần số lưới 50/60 Hz, qua biến đổi cơng suất, dịng điện nâng lên tần số cao khoảng vài kHz, nhờ máy biến áp SST linh động điện áp đầu ra, vừa cấp điện cho tải AC vừa cấp điện cho tải DC (VD: loại xe điện,…), đồng thời đáp ứng yêu cầu trả cơng suất thừa lưới hình
Trong mơ hình lưới phân phối mới, hệ thống điện cần đảm bảo kết nối nhiều nguồn lượng nhỏ lẻ, hộ vừa đơn vị tiêu thụ vừa đơn vị phát điện Bên cạnh lưới điện phân phối, thiết bị điện tử cơng suất liên kết với qua đường dây truyền tín hiệu hệ thống Internet vạn vật (IoT)
(7)Hình 7: Cấu trúc Solid-State Transformer
Hình 8: Sơđồ lưới điện phân phối sử dụng Solid-State Transformer [7]
IV KẾT LUẬN