Nghiên cứu thiết kế hệ thống điện mặt trời nổi trên hồ thủy điện đồng nai 4

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN MINH TÚ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỔI TRÊN HỒ THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU NGỌC AN Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phan Minh Tú TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH, TIẾNG VIỆT NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỔI TRÊN HỒ THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI Học viên: Phan Minh Tú Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.50 Khóa: K31.KTĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Năng lượng tái tạo có lượng mặt trời nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Tại Việt Nam tiềm lượng mặt trời lớn nhiên chưa phát triển với tiềm năng, năm gần phủ có sách ưu tiên để phát triển nguồn điện tái tạo có số cơng trình đưa vào vận hành, điện mặt trời mặt hồ thủy điện tiềm lớn diện tích bỏ khơng lớn, khu vực dân cư giao thơng thuận tiện gần trạm phân phối điện Hồ thủy điện Đồng Nai nằm vị trí có xạ mặt trời tốt, độ giao động mức nước nhỏ thích hợp để thiết kế hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện Quốc gia Sử dụng phần mềm PVsyst để thiết kế, tính tốn mô hoạt động máy phát PV nối lên lưới điện Vị trí địa lý, lưới điện khu vực, biến đổi theo mùa ngày đêm xạ mặt trời phân tích để xác định công suất phương án nối lưới cho hệ thống Nghiên cứu áp dụng đề xuất thiết kế, đánh giá mặt kỹ thuật tính khả thi cho việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời nối lưới đặt mặt hồ Đồng Nai Từ khóa– Hệ thống lượng mặt trời nối lưới; Năng lượng tái tạo; Điện mặt trời STUDY, DESIGNING POWER GENERATION FLOATING PV SYSTEM ON DONG NAI HYDRO POWER RESEVOIR Abtract - Renewable energy in which solar energy is being studied and used extensively in a wide range of areas In Vietnam, the potential for solar energy is huge, but we have not developed to the potential In recent years, the government has given priority to the development of renewable energy sources Some project had put into operation, in which the solar power on the surface of hydropower resevoir is a great potential because the area is not large, the area is less populated but the traffic is convenient and near the power distribution station Dong Nai hydropower reservoir is located in a place with good solar radiation, differen water level is small It’s suitable for designing a solar power system connected to the national grid Using PVsyst software to design, calculate and simulate the operation of the PV generator connected to the grid Geographic location, area network, seasonal and diurnal variation of solar radiation were analyzed to determine the capacity and grid connection for solar power system on Dong Nai hydropower reservoir This study applied the proposed design, technical evaluation and feasibility for the installation of a solar grid connected system Keywords - Grid connected solar system; Recycled energy; Solar cell floating MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH, TIẾNG VIỆT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI 1.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .4 1.1.1 Bức xạ mặt trời 1.1.2 Nguồn gốc lượng mặt trời 1.1.3 Quá trình phát triển triển khai ứng dụng lượng mặt trời 1.2 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM .7 1.2.1 Tình hình phát triển điện mặt trời giới 1.2.2 Tình hình phát triển điện mặt trời Việt Nam 10 1.2.2.1 Tiềm điện mặt trời Việt Nam 10 1.2.2.2 Những dự án điện mặt trời Việt Nam 11 1.3 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 11 1.3.1 Pin mặt trời 11 1.3.1.1 Cấu tạo pin mặt trời 11 1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 13 1.3.2 Bộ nghịch lưu 20 1.4 CÁC MƠ HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 20 1.4.1 Vận hành độc lập với lưới (Off Grid) 20 1.4.2 Vận hành kiểu lai (Hybrid) 21 1.4.3 Vận hành kết nối với lưới điện (grid tie) 21 1.5 KẾT LUẬN .22 CHƯƠNG KHẢO SÁT THỰC TRẠNG HỒ THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 23 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỒ THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI .23 2.1.1 Vị trí địa lý: [6] .23 2.1.2 Tình trạng mặt thoáng: 24 2.1.3 Vị trí lắp đặt thiết bị: .24 2.1.3.1 Vị trí lắp đặt PV 24 2.1.3.2 Vị trí đặt trạm phân phối 230kV 25 2.1.4 Giao thông .25 2.2 TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI LÝ THUYẾT TẠI KHU VỰC [7] 26 2.2.1 Số nắng trung bình tháng năm khu vực .27 2.2.2 Nhiệt độ trung bình tháng năm khu vực 27 2.2.3 Tổng xạ theo phương ngang (GHI) khu vực 28 2.3 THỰC TRẠNG LƯỚI ĐIỆN TẠI HỒ THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 29 2.3.1 Lưới điện hạ thông tin liên lac: 29 2.3.2 Hệ thống lưới điện 22kV: 29 2.3.3 Lưới điện 230kV: 30 2.4 KẾT LUẬN 31 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỔI TRÊN HỒ ĐỒNG NAI 33 3.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM PVSYST [8] 33 3.2 ĐỊNH VỊ ĐỊA ĐIỂM LẤY SỐ DỮ LIỆU KHÍ TƯỢNG 34 3.2.1 Nhập số liệu đầu vào .34 3.2.2 Kết số liệu chương trình 34 3.3 LỰA CHỌN, BỐ TRÍ CÁC TẤM PV 35 3.3.1 Chọn góc nghiêng Pin 36 3.3.2 Chọn khoảng cách hàng 37 3.3.3 Tính tốn, lựa chọn số lượng pin .38 3.3.4 Thiết kế, lựa chọn hệ thống giá đỡ phao 41 3.3.4.1 Giá đỡ PV cạn 41 3.3.4.2 Phao giá đỡ mặt hồ 41 3.3.4.3 Lựa chọn PV 43 3.4 LỰA CHỌN INVERTER .44 3.5 LỰA CHỌN, ĐẤU NỐI CÁP DC: 46 3.6 NHẬP CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG CHO PHẦN MỀM 47 3.6.1 Nhập thơng số đầu vào 47 3.6.2 Nhập liệu tổn thất 48 3.7 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRONG PHẦN MỀM PVSYST 49 3.7.1 Các tham số mô 49 3.7.2 Các kết 51 3.7.3 Biểu đồ tổn thất năm 52 3.8 BỐ TRÍ VÀ ĐẤU NỐI THIẾT BỊ 54 3.8.1 Đấu nối chuỗi PV .55 3.8.2 Đấu nối PV tới inverter .56 3.8.3 Đấu nối trạm inverter vào máy biến áp 22kV 56 3.8.4 Đấu nối máy biến áp 22kV lên trạm phân phối nối với lưới 220kV 57 3.9 KẾT LUẬN 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 QUYẾT 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 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Danh mục kí hiệu Ký hiệu q Thứ nguyên Mô tả Mật độ dịng xạ trực xạ ngồi lớp khí Cường độ xạ cực đại ngày W/m En W/m VOC V Điện áp hở mạch đầu pin quang điện Isc A Dòng điện ngắn mạch mạch pin quang điện Vm V Điện áp điểm cơng suất cực đại Im A Dịng điện điểm công suất cực đại Pm W Công suất cực đại ηm % Hiệu suất pin quang điện nhiệt độ T To o Nhiệt độ pin quang điện điều kiện tiêu chuẩn Tamb o Nhiệt độ khơng khí C C Hệ số nhiệt pin quang điện U W/m2.K PR % Tỉ số hiệu suất SF % Hệ số sử dụng điện hệ thống Danh mục viết tắt Viết tắt NLTT NLMT Cụm từ Năng lượng tái tạo Năng lượng mặt trời EIA Energy Information Administration IFC International Finance Corporation International Electrotechnical Commission Incidence Angle Modifier Maximum power point Standard Test Conditions Photovoltaic Nominal Operating Cell Temperature Light Induced Degradation IEC IAM MPP STC PV NOCT LID Nghĩa Cơ quan quản lý thông tin lượng Hoa Kỳ Tổ chức tài quốc tế Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế Sự điều chỉnh góc tới Điểm cơng suất cực đại Các điều kiện tiêu chuẩn Quang điện hay điện mặt trời Nhiệt độ pin vận hành danh nghĩa Ánh sáng bị suy giảm cảm ứng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 Tên bảng Các nước có nhà máy điện từ pin mặt trời cỡ lớn (công suất 1MWp) Các nhà máy điện mặt trời PV lớn giới (trên 50MW) Các nhà máy điện từ pin mặt trời lớn giới Số nắng trung bình khu vực (Giờ) Nhiệt độ trung bình tháng, năm khu vực (oC) 3.1 Thông số nhập vào mục Meteo database Bảng phân bố trào lưu công suất nối nhà máy điện mặt trời vào 3.2 đường dây hữu 3.3 Thông số kỹ thuật PV 3.4 Thơng số kỹ thuật Inverter 3.5 Tổng hợp thông số thiết kế nhà máy 3.6 Bảng tổng hợp số liệu để tính tốn mơ dự án 3.7 Giá trị tổn thất nhập vào phần mềm 3.8 Tổng hợp kết mô dự án 3.9 Tổn thất xạ mặt trời bề mặt PV quang điện năm Tổn thất bên hệ thống PV quang điện hệ thống điện 3.10 lượng mặt trời Trang 8 27 27 34 39 43 45 46 47 49 51 53 54 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 Tên hình Các vùng lượng Hệ mức lượng Đường đặc trưng theo độ chiếu sáng pin mặt trời Điểm làm việc điểm công suất cực đại Ghép nối tiếp hai module pin mặt trời (a)và đường đặc trưng VA module hệ (b) Ghép song song hai module pin mặt trời (a)và đường đặc trưng VA module hệ (b) Dàn pin lượng mặt trời Hồ thủy điện Đồng Nai từ phần mềm Google Earth Bản đồ tiềm kỹ thuật CSP Việt Nam Bãi đất trống dự định đặt PV cạn Bãi đất dự định đặt trạm phân phối 230kV Các khu vực dự định đặt thiết bị Biểu đồ số nắng năm khu vực dự án Biểu đồ nhiệt độ trung bình tháng, năm khu vực Bản đồ GHI trung bình ngày lý thuyết khu vực Sơ đồ lưới điện 22kV khu vực thủy điện Đồng Nai Sơ đồ lưới điện 230kV gần khu vực dự án Vị trí dự kiến đấu nối NMĐMT ĐN4 vào lưới 230kV Giao diện nhập số liệu kết chương trình Số liệu khí tượng lấy từ phần mềm PVsyst Mơ hình Bố trí lắp đặt PV Góc nghiêng tối ưu phân tích từ phần mềm PVsyst Khoảng cách lựa chọn hàng Pin Giá đỡ PV cạn Mặt tổ hợp PV cạn Phao dạng lắp ghép sau tổ hợp Hệ thống phao lắp đặt hồn thiện Mặt phao đỡ PV Mơ hình kết nối Inverter trung tâm Inverter chuỗi Giao diện phần mềm sau nhập liệu đầu vào Giao diện nhập giá trị tổn thất Trang 13 14 15 17 18 19 20 23 24 25 26 26 27 28 29 30 31 31 34 35 36 37 38 41 41 42 42 44 45 48 48 Số hiệu 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 Tên hình Trang Các tham số hệ thống Tổng hợp kết mô dự án Kết mô sản lượng dự án Lược đồ tổn thất năm dự án Tổng mặt bố trí thiết bị nhà máy điện mặt trời hồ thủy điện Đồng Nai Đấu nối chuỗi PV hộp gom dây Đấu nối hộp gom dây inverter Đấu nối phía AC inverter máy biến áp 0.4/22kV Sơ đồ nối điện trạm 22/230kV nhà máy điện mặt trời hồ Đồng Nai 50 51 52 53 55 56 56 57 57 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lưu Ngọc An, 2017 – Năng lượng tái tạo & công nghệ - ĐHBK Đà Nẵng [2] Lưu Ngọc An, Trần Huy, 2017 - Ứng dụng phần mềm pvsyst thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời áp mái premier village danang resort – http://tapchikhcn.udn.vn [3] 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 [4] Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược phát triển lượng tái tạo Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 [5] Quyết định số: 11/2017/QĐ-TTg chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam [6] Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện Đồng Nai [7] Báo cáo đề xuất Dự án điện mặt trời hồ Đồng Nai - PECC4 [8] Hướng dẫn sử dụng phần mềm PVsyst “http://www.pvsyst.com/ ” [9] Anita Marangoly George, 2012 - Utility Scale Solar Power Plants - IFC [10] A Guide For developers And investorsInternational Finance Corporation 2015, All rights reserved 2121 Pennsylvania Avenue, N.W Washington, D.C 20433 [11] https://www.enfsolar.com [12] Tài liệu hãng sản xuất PV, INVERTER, Phao nổi: ABB, CHINT, CMA ... nghệ pin mặt trời nghịch lưu ứng dụng cho việc thi công hệ thống điện mặt trời hồ thủy điện Đồng Nai - Nghiên cứu phương án kết nối hệ thống điện mặt trời đặt hồ thủy điện Đồng Nai với lưới điện. .. hồ thủy điện Đồng Nai 4? ?? để cung cấp lượng cho lưới điện quốc gia cần thiết lý Tơi chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế hệ thống nguồn điện từ pin mặt trời đặt mặt hồ thủy điện Đồng Nai 4, ... lượng mặt trời trời Chương 2: Khảo sát thực trạng hồ thủy điện Đồng Nai Chương 3: Tính toán , thiết kế hệ thống điện mặt trời hồ thủy điện Đồng Nai Kết luận kiến nghị 4 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT