Thiết kế và đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời tại khu nhà ở học viên học viện chính trị khu vực 3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN XUÂN THỊNH C C THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI NHÀ Ở HỌC VIÊN HỌC VIỆN CHÍNH TRỊ KHU VỰC R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN XUÂN THỊNH THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI NHÀ Ở HỌC VIÊN HỌC VIỆN CHÍNH TRỊ KHU VỰC C C R L T DU Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điện : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngườı hướng dẫn khoa học: TS LƯU NGỌC AN Đà Nẵng - Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu,thiết kế riêng tơi Trong luận văn có trích dẫn số tài liệu chuyên ngành điện Việt Nam số tổ chức khoa học giới thiết kế hệ thống lượng mặt trời nổi, sử dụng phần mềm PVsyst chuyên dụng cho thiết kế, tính tốn, mơ hệ thống lượng mặt trời Các số liệu, kết nêu luận văn xác chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn C C DU R L T TRẦN XUÂN THỊNH ii THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI KHU NHÀ Ở HỌC VIÊN- HỌC VIỆN CHÍNH TRỊ Học viên: Trần Xuân Thịnh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: …… Khóa: K36.KTĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Theo dự báo tình hình lượng điện Việt Nam viện lượng quốc gia, nhu cầu điện tiêu dùng Việt Nam tăng 10%/năm năm 2020 Trong nguồn lượng dự trữ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên … có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy thiếu hụt Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng gió, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt … hướng quan trọng để phát triển nguồn lượng Nguồn lượng điện mặt trời một nguồn thay thế, bởi nguồn lượng coi vô tận, không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, việc thiết kế hệ thống điện mặt trời phức tạp, thơng số tính tốn thiết kế thực tế có hệ số sai số lớn làm ảnh hưởng đến chất lượng tuổi thọ hệ thống, hiệu śt chuyển đởi tăng chi phí đầu tư Vì vậy, việc sử dụng phần mềm PV-Syst để thiết kế đánh giá hiệu quả kinh tế mợt giải pháp nhằm giải vấn đề Từ khóa: Nguồn lượng mới, hệ thống điện mặt trời, thiết kế đánh giá hiệu quả kinh tế C C R L T DESIGN AND EVALUATION OF ECONOMIC EFFICIENCY OF THE SOLAR SYSTEM IN POLITICAL ACADEMY - DA NANG CITY DU Summary - According to the forecast of electric energy situation in Vietnam of the National Energy Institute, Vietnam's electricity demand increases by more than 10% / year by 2020 Meanwhile, energy reserves such as coal and oil mines, natural gas are limited, making humanity at risk of shortages Finding and exploiting new energy sources such as wind, solar, geothermal energy is an important way to develop energy sources Solar energy sources are one of the alternative sources, because this is an Energy source that is considered endless, does not pollute the environment However, the design of solar power system is quite complicated, the parameters between design calculations and in fact have a large error factor affecting the quality and life of the system, conversion efficiency and increasing investment costs Therefore, using PV Syst software to design and evaluate economic efficiency is a solution to solve these problems Keywords: New energy source, solar power system, design evaluation of economic efficiency iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết 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 C C CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .3 R L T 1.1 Giới thiệu lượng tái tạo 1.1.1 Định nghĩa .3 1.1.2 Các dạng lượng tái tạo 1.2 Năng lượng mặt trời 1.2.1 Nguồn lượng mặt trời .4 1.2.2 Sản xuất điện từ lượng mặt trời .9 1.2.3 Tiềm năng lượng mặt trời Việt Nam .10 1.3 Hệ thống pin mặt trời 10 DU 1.3.1 Pin mặt trời (Solar Cell) 10 1.3.2 Hệ thống pin quang điện .15 1.4 Kết luận chương 17 CHƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 18 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới .18 2.1.1 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ 18 2.1.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới khơng có hệ thống dự trữ 19 2.2 Tính tốn thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời 21 2.3 Số liệu tính tốn hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới khu nhà ở học viên-học viện trị 23 2.3.1 Địa điểm thiết kế 23 iv 2.3.2 Thông số trạm biến áp khu nhà ở học viện trị 24 2.3.3 Thông số phụ tải khu nhà ở học viện trị .24 2.3.4 Lựa chọn phương án tính tốn hệ thống điện mặt trời khu nhà ở học viện trị 25 2.4 Kết luận chương 30 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG PVsyst THIẾT KẾ TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 31 3.1 Giới thiệu phần mềm PVsyst .31 3.2 Nghiên cứu cài đặt thông số phần mềm PVsyst 32 3.2.1 Định vị địa điểm thiết kế để lấy số liệu khí tượng 32 3.2.2 Lựa chọn mơ hình 33 3.2.3 Cài đặt định hướng hệ thống pin quang điện 33 3.2.4 Cài đặt công suất lắp đặt hệ thống pin quang điện phần mềm .34 C C 3.2.5 Chọn module pin quang điện 35 3.2.6 Chọn biến tần cho hệ thống điện lượng mặt trời 39 3.2.7 Định cỡ hệ thống điện lượng mặt trời phần mềm PVsyst 41 R L T 3.2.8 Cài đặt phụ tải khu nhà ở học viên-học viện trị khu vực 44 3.3 Mơ phân tích kết quả 44 3.3.1 Mô 44 3.3.2 Phân tích kết quả mơ 44 3.4 Kết luận chương 46 CHƯƠNG TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KHI XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI KHU NHÀ Ở HỌC VIÊN 48 4.1 Tính tốn kinh tế .48 DU 4.1.1 Chi phí đầu tư vay vốn .48 4.1.2 Thơng số phân tích lợi nhuận 48 4.2 Phân tích hiệu quả đầu tư .49 4.2.1 Phương pháp chung 49 4.3 Kết luận chương 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .55 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Số liệu xạ ở khu vực nước ta 10 2.1 Dữ liệu thời tiết Đà Nẵng (Nguồn: Phần mềm Meteonorn 7.1) 23 2.2 Công suất tiêu thụ khu nhà ở học viện trị 25 2.3 So sánh chủng loại inverter 28 3.1 Một số thông số bản hệ thống 43 3.2 Tổn thất xạ mặt trời bề mặt pin quang điện năm 3.3 Tổn thất bên hệ thống pin quang điện hệ thống điện lượng mặt trời 4.1 Chi phí mua thiết bị hệ thống điện mặt trời 4.2 Chi phí gia cơng, lắp đặt dàn pin mặt trời 4.3 Chi phí khác 4.4 Bảng kết quả thu hồi vốn DU R L T C C 46 46 51 52 52 54 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Tên hình Trang Góc nhìn mặt trời Quá trình truyền lượng xạ mặt trời qua lớp khí trái đất Quan hệ góc hình học tia xạ mặt trời mặt phẳng nghiêng Các thành phần xạ lên bề mặt nghiêng Biểu đồ thể phát triển điện giới Cấu tạo pin mặt trời Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Cấu tạo tấm pin mặt trời Sơ đồ mạch điện tương đương pin mặt trời Đặc tính V-I theo cường đợ xạ (hình trái) theo nhiệt đợ (hình phải) mợt tấm pin có cơng śt 300Wp Đường cong đặc tính V-I hệ thống lượng mặt trời Pmp-Vmp thiết bị MPPT Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi DC-DC nạp ac-quy Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần pha hệ thống mặt trời nối lưới.[11] Sơ đồ mơ hình hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ Biểu đồ điện hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ Sơ đồ mơ hình hệ thống điện mặt trời nối lưới khơng có dự trữ Biểu đồ điện hệ thống điện mặt trời nối lưới khơng có dự trữ Giao diện phần mềm PVsyst 6.43 Dữ liệu khí tượng theo tháng khu nhà ở học viên-học viện trị Mơ hình thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới PVsyst Cài đặt thông số định hướng lắp đặt tấm pin quang điện Cài đặt công suất cho hệ thống pin quang điện Lựa chọn module pin quang điện Thơng số module pin quang điện Mơ hình mạch điện tương đương pin quang điện Đặc tính V-A module pin quang điện SW 300W ở điều kiện nhiệt độ pin quang điện tiêu chuẩn 25oC C C DU R L T 11 12 12 13 14 15 16 16 18 19 20 20 31 32 33 34 35 35 36 37 38 vii Số hiệu Tên hình hình 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 4.1 Trang Đặc tính V-A module pin quang điện SW 300W ở điều kiện cường độ xạ tiêu chuẩn 1000W/m2 Đặc tính hiệu suất làm việc biến tần SUNNY TRIPOWER 60 Các thông số biến tần SUNNY TRIPOWER 60 phần mềm PVsyst Nhập số lượng biến tần phần mềm PVsyst Chọn số lượng tấm pin quang điện nối tiếp song song phần mềm Kết quả giá trị trình định cỡ hệ thống phần mềm PVsyst Biểu đồ vùng làm việc danh nghĩa hệ thống pin quang điện biến tần sau định cỡ Giản đồ tổn thất điện hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới Mức tăng giá điện bán lẻ bình quân từ năm 2007 đến 2015 C C DU R L T 39 40 41 42 42 42 43 45 49 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, với nhu cầu điện ngày tăng với vấn đề ô nhiểm môi trường cạn kiệt nguồn tài nguyên, … việc sử dụng nguồn lượng tái tạo trở nên cấp bách đáng quan tâm Trong đó, nguồn Năng lượng mặt trời (NLMT) khai thác ở nhiều nước giới ở nước ta, đóng góp mợt phần đáng kể để giải vấn đề nêu ở 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 (Tổng sơ đồ phát triển điện hiệu chỉnh) Kế hoạch mục tiêu cho điện mặt trời định nêu rõ: Đưa tổng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể lên khoảng 850MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 khoảng 12/000 MW vào năm 2030; Điện sản xuất từ nguồn điện C C mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020, khoảng 1,6% vào năm 2025 khoảng 3,3% vào năm 2030 R L T Khu nhà ở học viên – học viện trị khu vực - Thành Phố Đà Nẵng trường lớn nhất khu vực miền Trung nằm ở trung tâm thành phố Đà Nẵng có quy mơ tầng Khu nhà ở có tầng thượng cao, bằng phẳng diện tích lớn, khơng bị che chắn bởi cối, thích hợp cho việc lắp đặc tấm pin mặt trời phục vụ cho trình sử dụng lượng điện tái tạo vào thời gian ban đêm trình nghĩ dưỡng học viên, thay cho hệ thống điện lưới góp ích một phần làm giảm khả thiếu hụt điện thời gian đến Với lí ở cho thấy việc nghiên cứu đề tài “Thiết kế đánh giá hiệu DU kinh tế hệ thống điện mặt trời khu nhà học viên-học viện trị 3” mợt u cầu mang tính cấp thiết bối cảnh nguồn lượng truyền thống dần cạn kiệt lượng tái tạo xu hướng Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài thiết kế, tính tốn hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới để hỗ trợ nhu cầu sử dụng điện khu nhà ở học viên-học viện trị – TP Đà Nẵng Xác định lựa chọn thiết bị, số lượng vị trí lắp đặt thiết bị (Tấm pin mặt trời, inveter, …), lựa chọn thiết bị Sử dụng phần mềm PVsyst để mô sơ đồ chạy kết quả cần thiết Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới sử Số lượng đầu vào MPP độc lập Điện áp định mức đầu vào DC 630 Thông số đầu Công suất định mức điện áp chuẩn (PBT) 60000W Công suất biểu kiến cực đại 60000VA Công suất phản kháng cực đại 60000Var Điện áp AC chuẩn (điện áp dây) 400V±10% Phạm vi điện áp AC 360V đến 530V Tần số định mức/phạm vi 50Hz/44Hz →55Hz Tần số định mức/Điện áp định mức 50Hz/400V Dòng điện đầu cực đại 87A Hệ số công suất công cuất định mức Tởng đợ méo sóng hài (THD)