baocao

Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp tôtBỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - - TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GVHD: NGUYỄN PHAN THANH LỚP : 19442SP1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phi Long 19842007 Hồ Ngọc Tuyển 19642080 TP HCM, Ngày Tháng 06 Năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ĐIỂM:……………… Ký tên Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .4 1.1 Lý chọn đề tài: 1.2 Đối tượng nghiên cứu: 1.3 Đề xuất ý kiến cải tiến: .5 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT THỰC TẾ 2.1 Khái niệm chung .6 2.1.1 Pin lượng mặt trời 2.1.2 Inverter 2.2 Hiện trạng hạ tần kĩ thuật 2.2.1 Địa điểm thi công 2.2.2 Cơ sở hạ tầng .8 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Pin mặt trời Inverter .9 3.2 Tính tốn lựa chọn dây dẫn .17 3.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ 20  Thiết bị đóng cắt cho String: 20  Thiết bị đóng cắt cho Inverter: .21  Chọn ACB tổng: 22 3.4 Chống sét cho dự án: .23 3.4.1 Chống sét chủ động tia tiền đạo: 23 3.4.2 Chống sét lan truyền: 25  Bản vẽ hệ thống: 26 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ 28 4.1 Các thông số tính tốn kinh tế 28 4.1.1 Giá trị ( tài sản ròng) 28 4.1.2 Tỉ lệ hoàn vốn nội ( IRR) 28 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .30 TÀI LIỆU THAM KHẢO .31 Trường ĐH SPKT TPHCM CHƯƠNG 1: Tiểu Luận Tốt Nghiệp TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài: Điện mặt trời ngành công nghiệp phát triển nhanh giới Tốc độ phát triển trung bình thị trường 25%/năm Việt Nam quốc gia có tiềm đáng kể lượng mặt trời, 1.8002.100 nắng/năm miền Bắc 2.000-2.600 nắng/năm miền Nam Sự đời Nghị số 55 Bộ Chính trị định hướng Chiến lược phát triển lượng quốc gia Việt Nam Ít nhiều tạo thuận lợi cho dự án điện mặt trời nói riêng lượng tái tạo nói chung Tốc độ hoàn vốn nhanh, khoảng nửa thời hạn bảo hành pin 1.2 Đối tượng nghiên cứu: Là doanh nghiệp, xưởng sản xuất máy dùng cho ngành công nghiệp ô tô, xe máy máy mài su-pắp, máy xoáy xi-lanh, máy khoan lỗ cam xe gắn máy, Doanh nghiệp tọa lạc Phường Bình Hưng Hịa B, Quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh Doanh nghiệp có 35 năm kinh nghiệm việc chế tạo sản xuất Các sản phẩm xuất sang nước có cơng nghiệp tiên tiến Đức, Anh, Tây Ban Nha, 25 nước khác 1.3 Đề xuất ý kiến cải tiến: Thiết kế “hệ thống điện mặt trời hịa lưới” với lưới điện quốc gia để tiết kiệm chi phí điện Lý chọn “hệ thống điện mặt trời hịa lưới” nói riêng lượng mặt trời nói chung là: Trường ĐH SPKT TPHCM  Tiểu Luận Tốt Nghiệp Vì xưởng khí hoạt động hành chánh nên việc dụng điện tập trung chủ yếu vào thời gian có mặt trời  Tổng diện tích mái xưởng vào khoảng 2500m 2, giả sử ta sử dụng pin Series First Solar với diện tích 2,47m Tức ta lắp đặt tối đa 950 pin với công suất pin vào khoảng 320W  Ta nhanh chóng tính với tỉ lệ 1kWp = 5kWh/ ngày = 150kWh/ tháng 950 pin tạo hệ thống mặt trời 304kWp Trong trung bình tháng, xưởng sủ dụng 15000kWh, tương đương với 500kWh/ngày, tương đương với 100kWp  Cộng với việc áp dụng hệ thống điện mặt trời hịa lưới, ta thu thêm lợi nhuận từ việc bán điện cho nhà nước với giá 1,943đ/kWh Tóm lại, việc đề xuất ý kiến áp dụng “hệ thống điện mặt trời hòa lưới” giúp doanh nghiệp đạt mục tiêu sau  Tiết kiệm 100% điện tiêu thụ, đồng thời có thêm nguồn thu nhập từ việc bán điện  Giảm nhiệt độ cho khu vực sản xuất  Nâng cao chun nghiệp cho cơng trình Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp KHẢO SÁT THỰC TẾ CHƯƠNG 2: 2.1 Khái niệm chung 2.1.1 Pin lượng mặt trời Hệ thống lượng mặt trời sử dụng pin quang điện mặt trời (PV) có nhiệm vụ chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện theo hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện nhà khoa học Tập đoàn Điện thoại Bell tìm năm 1954, sở nghiên cứu phát triển ứng dụng cho hiệu ứng này, công nghệ pin quang điện dần phát triển ngày Hiện có nhiều cách phân loại pin quang điện mặt trời, nhiên cách phân loại phổ biến cụ thể phân loại theo vật liệu chế tạo Theo đó, hai cơng nghệ pin mặt trời phổ biến là: TIÊU CHÍ Tên đầy đủ PIN MONO PIN POLY Monocrystalline Polycrystalline Các tế bào lượng mặt trời làm monocrystalline silicon (Mono-Si), gọi silicon đơn tinh thể với độ tinh khiết cao Chính vậy, nhìn mắt thường thấy pin màu đồng Nguyên Các tế bào lượng mặt trời pin liệu tạo mono tạo nên từ phơi silicon có thành hình trụ Bốn mặt phơi hình trụ cắt khỏi để tối ưu hóa hiệu suất giảm chi phí thành phần Giá Đắt Hiệu Hiệu suất Các pin lượng mặt trời giới tạo nên từ silicon đa tinh thể polysilicon (p Si) silicon đa tinh thể (mc-Si) Nguyên liệu silicon tan chảy đổ vào khn hình vng, làm nguội cắt thành wafer vng hồn hảo Ít tốn Kém Ưu điểm Được làm từ silicon với độ tinh khiết cao nên hiệu suất sử dụng cao Tỉ lệ hiệu suất pin mono thường khoảng 15-20% Độ bền cao, hiệu sử dụng dài lâu Hoạt động hiệu so với pin poly điều kiện ánh sáng yếu Nhược điểm Hiệu suất hoạt động pin poly nằm Giá thành cao quy trình sản xuất khoảng từ 13-16% Do độ tinh tốn khiết silicon thấp nên hiệu suất không cao pin mono Q trình sản xuất đơn giản tốn Do giá thành thấp so với pin Mono Mức độ giãn nở chịu nhiệt cao Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp 2.1.2 Inverter Như biết, Inverter thiết bị có khả biến đổi dịng điện chiều xoay chiều cấu hình tần số pha thành dịng điện xoay chiều có cấu hình tần số pha khác Vậy, nhiệm vụ Inverter hệ thống điện mặt trời nhằm biến đổi dịng điện DC (được lấy từ pin lượng mặt trời) thành dòng AC với tần số phù hợp với lưới điện Việt Nam Để chọn Inverter hòa lưới, ta cần ý điểm sau  Hiệu suất Inverter hòa lưới phải cao ( 98% cho loại pha 96% trở lên cho loại pha)  Phải có tỉ lệ DC/AC cao, 1,1 1,3 lần  Dễ lắp đặt  Độ bền cao, tiêu chuẩn IP65 chịu phạm vi nhiệt độ môi trường từ -25 oC đến 65oC  Đa dạng khả kết nối, đồng thời linh kiện, phụ kiện, thiết bị kết nối phải có độ bền cao 2.1 Hiện trạng hạ tần kĩ thuật 2.1.1 Địa điểm thi cơng Cơng trình lượng mặt trời doanh nghiệp, s Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Hình.1 Vị trí địa lý doanh nghiệp thu thập từ Google Map 2.1.2 Cơ sở hạ tầng Doanh nghiệp bao gồm khu nhà xưởng, kho hàng hóa khu nhà xưởng lớn Tổng diện tích mái khơng bị che phủ vào khoảng 2500m2 Xưởng thiết kế với mái tôn, dốc Tức dốc hướng phía Bắc, dốc cịn lại hướng phía Nam (hình ảnh Google Map) Theo khảo sát, Việt Nam nằm Bắc bán cầu nên để hệ thống lượng mặt trời đạt hiệu tối ưu PV nên đặt hướng phía Nam Cụ thể phía Nam với góc nghiêng 10o TPHCM nằm khu vực có vĩ độ khoảng 10o Vì vậy, tổng diện tích mái nhà khai thác lượng mặt trời vào khoảng 1200m2 Và diện tích mặt lặp đặt là: Mặt 1: 500m2 Mặt 2: 235m2 Mặt 4: 80m2 Mặt 3: 235m2 Mặt 5: 80m2 Mặt 6: 80m2 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Hình.3 Hình ảnh mái nhà xưởng thực tế chụp vào 8:00AM CHƯƠNG 3: 3.1 LỰA CHỌN THIẾT BỊ Pin mặt trời Inverter Sau phân tích lợi ích hạn chế hai loại công nghệ pin lượng mặt trời mục trên, xác định diện tích lắp đặt cơng suất tối thiểu hệ thống Ta tiến hành lựa chọn loại panel lượng mặt trời Inverter hòa lưới  Pin mặt trời: Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Ta lựa chọn panel mặt trời hãng Canadian Solar, công ty thành lập vào năm 2001 Canada, có giá trị vào khoảng 3,5 tỉ đô la Và sản xuất 70 triệu module panel lượng mặt trời khoảng 15 năm trở lại Ta lựa chọn dòng “CS3W 445MB AG” Đây dòng đại hãng, sở hữu công nghệ như:  Silicon đen giúp hấp thụ xạ mặt trời tốt  Half cut cell: giúp tăng gấp đôi số lượng cell pin, từ 77 cell thành 144 cell  Công nghệ chia đôi pin: giúp tăng tính độc lập pin, bị che khuất phần khơng làm ảnh hưởng đến hiệu phần cịn lại  Bifacial: ngồi hấp thụ xạ từ mặt trên, pin cịn hấp thụ xạ phản chiếu từ bề mặt mặt dưới, giúp tổng cơng suất tăng đến 30% Dự kiến lắp đặt 450 với số lượng mặt là:  Mặt 1: 180 với tổng diện tích 400m2/500m2  Mặt 2: 90 với tổng diện tích 134m2/245m2  Mặt 3: 90 với tổng diện tích 134m2/245m2 10 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp  Điện áp DC đầu vào tối đa là: 1100 (V)  Dải điện áp hoạt động MPPT là: 200-1000 (V)  Điện áp đầu vào khởi động: 200 (V)  Điện áp hoạt động với hiệu suất cao nhất: 600 (V) Chính vậy, lựa chọn phương án lắp đặt PV mặt hợp lý Tổng kết: Vậy, sử dụng tổng cộng 450 pin mặt trời dòng MONO “CS3W 445MB AG”của Canadian Solar bố trí cách hợp lí mặt dự án Bên cạnh đó, ta sử dụng thêm Inverter pha hịa lưới có hỗ trỡ MPPT HUAWEI, cụ thể hai máy 110kW máy 60kW 3.2 Tính tốn lựa chọn dây dẫn Khi có dịng điện chạy qua, dây dẫn bị phát nóng Nếu nhiệt độ tăng q cao chúng bị hư hỏng cách điện giảm tuổi thọ, độ bền học kim loại dẫn điện Chính vậy, dây chọn theo điều kiện phát nóng đảm bảo cách điện dây dẫn không bị phá hủy nhiệt độ dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện dây Để đạt u cầu dịng điện phát nóng cho phép dây dẫn phải lớn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy dây dẫn Bên cạnh việc tính tốn, cịn dựa theo thông số mà nhà sản xuất đưa để lựa chọn dây dẫn cách phù hợp cho hệ thống Chúng ta phải lựa chọn dây dẫn vị trị sau:  Dây nối từ string đến DC box từ DC box đến MPPT Inverter Dựa theo Datasheet nhà sản xuất pin, ta lựa chọn dây “SOLAR DC 4.0” nhà sản xuất “LEADER” Cáp LEADER 4.0 có khả ổn định nhiệt, khả chống ẩm, chống cháy, kháng xạ Ozone tốt, có mức điện áp định mức 1000/1800 (VDC) Đảm bảo đủ tiêu chuẩn án toàn truyền tải dành cho String dự án (với mức điện áp cao sản sinh 733,5 (V))  Dây nối từ Inverter đến MCCB Inverter 17 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Dựa Datasheet nhà sản xuất Inverter, ta lựa chọn dây “CVV-50mm2” nhà sản xuất “CADIVI” Cáp “CVV-50mm2” có cấu tạo đặc tính kĩ thuật sau:     Cấp điện áp: Uo/U: 0,6/1 (kV) Điện áp thử: 3,5 (kV) (5 phút) Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép ruột dẫn 90oC Nhiệt độ cực đại cho phép ruột dẫn ngắn mạch thời gian không giây 250oC Ruột dẫn Conductor Đường Điện kính trở ruột DC tối dẫn đa gần 20 0C Chiều dày cách điện danh nghĩa Chiều dày băng thép danh nghĩa Chiều dày vỏ danh nghĩa Đường kính tổng gần Tiết diện danh nghĩa Kết cấu mm2 N0/ mm mm Ω/km mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm 50 CC 8,0 0,387 1,0 0,2 Khối lượng cáp gần 4 4 Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi Lõi 0,2 0,2 1,8 1,8 kg/ km kg/ km 1,9 26,2 27,8 30,6 1427 1879 2393 Như ta thấy datasheet, điện áp định mức lớn ngõ của Inverter 230/400 (VAC) Vì , việc chọn cáp 50mm2 với cấp điện áp 0,6/1(kV) hợp lí 18 kg/ km Trường ĐH SPKT TPHCM  Tiểu Luận Tốt Nghiệp Lựa chọn Busbar kết nối MCCB Inverter đến ACB tổng Do ngõ Inverter mắc song song với (theo pha) thông qua Busbar từ Busbar nối lên ACB tổng Vì vậy, việc chọn lựa Busbar phải đảm bảo an tồn dịng áp Theo Tiêu chuẩn Việt Nam “TCVN7994-1:2009”, Tiêu chuẩn quốc gia “TCVN 79941:2009” (IEC 60439-1: 2004) Tủ điện đóng cắt điều khiển hạ áp, ta chọn Busbar có thơng số sau:  Dày: 5mm  Rộng: 40mm  Số lượng: 3.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ  Thiết bị đóng cắt cho String: Như thấy, theo Datasheet pin, nhà sản xuất quy định thiết bị bảo vệ String không 25A Một String dự án gồm 30 pin với dãy 15 mắc song song lại với nhau, vậy: 19 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Với thông số trên, ta chọn MCB 4P hãng Sheneider với số hiệu “C60PV-DC - 2P 25A - 800 V”  Thiết bị đóng cắt cho Inverter:  Inverter 110kW: Đối với Inverter 110kW, dòng điện ngõ lớn 185,7 (A), cấp điện áp 380 (VAC), ta lựa chọn MCCB 3P Schneider với số hiệu “EZC250N3200” 20 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp  Inverter 60kW: Đối với Inverter 60kW, dòng điện ngõ lớn 100 (A), cấp điện áp 380 (VAC), ta lựa chọn MCCB 3P Schneider với số hiệu “EZC250N3160” MCCB “EZC250N3160” có dịng định mức 160 (A), dòng cắt 25 (kA), điện áp định mức 415 (VAC) 21 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Chọn ACB tổng:  Sau lựa chọn thành công MCCB cho nhánh Inverter String, ta tiến hành lựa chọn ACB tổng dự án Với tổng số lượng MCCB ứng với Inverter, ta tính tổng nhánh: Ta chọn ACB Schneider với mã hiệu “NT06H1 - 630 A - poles - fixed - w/o trip unit” với dùng định mức 630 (A) 3.4 Chống sét cho dự án: 3.4.1 Chống sét chủ động tia tiền đạo: Công nghệ tia tiên đạo hay gọi theo cách khác “phát xạ sớm” Thực chất dịng điện được phóng khơng khí từ thân kim thu sét Với thời gian ngắn vào thời điểm thích hợp, với điện biên độ, tần số định Với tính tia tiên đạo chủ động phóng dẫn sét trước có tia sét đánh xuống  Mức độ an tồn cao việc phịng chống tia sét đánh thẳng  Chủ động lựa chọn đánh vào điểm định cơng trình  Thi cơng nhanh gọn đơn giản  Tuổi thọ cao, phải bảo dưỡng 22 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp  Vùng kim rộng  Thường dùng kim cơng trình  Mỹ quan cho cơng trình Để xác định chiều cao kim chống sét bán kính bảo vệ, ta phải tìm hiểu mặt cần chống sét Chiều rộng mặt bằng: 66,24 (m), chiều dài mặt bằng: 72,52 (m) Vậy, bán kính mặt cần bảo vệ: khoảng 48 (m) Việc xác định bán kính bảo vệ chiều cao cột thu sét thực cách áp dụng tiêu chuẩn “NF C 17-102”, tiêu chuẩn bảo vệ chống sét Pháp Ngoài ra, cịn sử dụng phần mềm “Benji”, phần mềm thiết kế nhằm hỗ trợ cho việc thiết kế hệ thống chống sét chủ động tia tiền đạo dành cho tòa nhà phân xưởng Giao diện phần mềm Benji Mặt dự án thực tế: 23 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Mặt dự án phần mềm Benji: Dynasphere Mast Height: Chiều cao cột thu lôi Protection Radius: Bán kính bảo vệ Protection Level: Cấp độ bảo vệ Structure Height, Length, Width: Chiều dài, rộng, cao đối tượng Vùng bảo vệ thực tế cột thu lôi (Màu xanh nằm vùng an toàn) 24 Trường ĐH SPKT TPHCM Tiểu Luận Tốt Nghiệp Vậy, ta lựa chọn kim thu sét hãng LIVA với số hiệu “LAP-BX125”, chiều cao cột lắp đặt 6m Được lắp đặt tòa nhà trung tâm dự án 3.4.2 Chống sét lan truyền: Sét lan truyền sét đánh vào vị trí vịng bán kính 2km từ vị trí sét đánh tất vật kim loại, dây dẫn điện, đường truyền liệu cảm ứng điện từ dẫn đến hỏng hóc Thiết bị chống sét lan truyền thiết kế để bảo vệ thiết bị điện khỏi tượng tăng điện áp đột biến Có cấp độ chống sét lan truyền:  Thiết bị chống sét lan truyền cấp (Type SPD) Đầu nguồn cấp điện cho tòa nhà, xí nghiệp, nhà máy, bảo vệ hệ thống lồng lưới chống sét trực tiếp  Thiết bị chống sét lan truyền cấp (Type SPD) Bảo vệ cho thiết bị điện hạ thế, hệ thống lượng mặt trời Được lắp đặt tủ, bảng điện Ngăn ngừa lan truyền áp lưới điện, bảo vệ tải  Thiết bị chống sét lan truyền cấp (Type SPD) Được lắp đặt bổ sung cho Type SPD cho vùng lân cận tải nhạy cảm có dung lượng xả thấp Các thiết bị chống sét lan truyền phổ biến cho hệ thống lượng mặt trời:  Chống sét lan truyền DC 2P, mắc song song với MCB String nối vào Inverter 25