Thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới tại công ty tcie đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ TRƯỜNG GIANG C C R L T THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI CÔNG TY TCIE ĐÀ NẴNG DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ TRƯỜNG GIANG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI C C TẠI CÔNG TY TCIE ĐÀ NẴNG R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngườı hướng dẫn khoa học: TS Phan Đình Chung Đà Nẵng - Năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình thiết kế riêng tơi, số liệu kết luận văn tơi khảo sát, tổng hợp từ thực tế tiến hành nghiên cứu, tính tốn Nội dung luận văn tơi biên soạn, trình bày khơng có chép Ngồi số nguồn tài liệu tham khảo tổ chức khoa học trích dẫn nguồn cụ thể Tác giả luận văn C C DU R L T MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: .1 Mục tiêu nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: .2 Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học, tính thực tiễn phương hướng phát triển: Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG NHU CẦU ĐIỆN NĂNG VÀ TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT Ô TÔ TCIE ĐÀ NẴNG .3 1.1 Giới thiệu nhà máy1: 1.1.1 Bộ máy tổ chức: 1.1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất .4 1.1.3 Mặt sản xuất C C R L T 1.2 Nhu cầu điện nhà máy .6 1.3 Tiềm năng lượng tái tạo nhà máy: 1.3.1 Đề xuất phương án bổ sung nguồn cung cấp điện cho nhà máy: DU 1.3.2 Tiềm năng lượng tái tạo nhà máy [2]: 11 CHƯƠNG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI CÔNG TY 14 2.1 Tính tốn hệ thống điện mặt trời 14 2.1.1 Mặt hệ thống 14 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý mô tả hệ thống: 14 2.1.3 Cấu trúc hệ thống 4, [5]: .16 2.1.4 Tính tốn cơng suất, cấu hình hệ thống xây dựng đồ thị phụ tải: 18 2.2 Sử dụng phần mềm PVSYST để mô hệ thống đánh giá tình hình thời tiết tính tốn sản lượng điện hàng năm [6] 28 2.2.1 Giới thiệu phần mềm PVSYST 28 2.2.2 Thiết lập thông số cho phần mềm PVSYST: 30 2.2.3 Mô hệ thống .38 CHƯƠNG GIẢI PHÁP KẾT NỐI 43 3.1 Giới thiệu phần mềm ETAP [7] .43 3.2 Thực mô 44 3.2.1 Xây dựng mơ hình hệ thống điện nhà máy 44 3.2.2 Phương án đấu nối 45 3.2.3 Phương án đấu nối 47 3.3 So sánh lựa chọn phương án 48 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ, KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50 4.1 Đánh giá tính kinh tế 50 4.1.1 Các thơng số tính tốn 50 4.1.2 Công ty đầu tư hoàn toàn 100% vốn 53 4.1.3 Công ty thực vay 70% vốn 54 4.1.4 Tính tốn lượng CO2 giảm thiểu: 54 4.1.5 So sánh hiệu loại pin chọn: 55 4.2 Kết luận 56 4.3 Phương hướng phát triển: .57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC .60 C C DU R L T THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI CÔNG TY TCIE ĐÀ NẴNG Học viên: Võ Trường Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số:………Khóa: K36 KTĐ Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt luận văn - Hiện nay, Việt Nam, nguồn cung cấp điện chưa phát triển kịp theo tốc độ phát triển phụ tải Hơn nữa, nhà nước khuyến khích việc huy động nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng gió mặt trời…) 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 Trong tương lai, lượng mặt trời xu mới, dạng lượng sạch, có sẵn tự nhiên với mật độ tập trung cao Do lượng mặt trời ngày sử dụng C C rộng rãi nước giới R L T Từ khóa: nguồn lượng tái tạo, lượng mặt trời, thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới DU DESIGN ON - GRID SOLAR ENERGY SYSTEM FOR TCIE DA NANG COMPANY Summary - Nowaday, in Vietnam, electric power sources have not been built to catch up development of load’s demand Furthermore, the government has been encouraging renewable energy sources (wind and solar energy…) Following the forecast as electric energy state of Vietnam’s National Energy Institute, power demand will be able to increase more than 10%.year till 2020 Meanwhile, fossil energy sources such as coal, petroleum, gas…are limited that makes lacking of energy little by little In future, solar energy which are clear, available and plentiful would be a new general trend Therefore, solar energy has been and is increasingly used widely in countries around the world Keywords: renewable energy resources, solar energy, design on-grid solar energy system DANH MỤC CHỮ KÝ HIỆU 𝐴𝑝𝑡 – Điện tiêu thụ phụ tải 𝐴ℎ𝑡 – Điện cung cấp hệ thống điện mặt trời 𝑃𝑝𝑡 – Công suất tiêu thụ phụ tải 𝑃ℎ𝑡 – Công suất đặt hệ thống điện mặt trời 𝑡𝑛ắ𝑛𝑔 – Thời gian nắng trung bình ngày -𝑈𝑝𝑖𝑛 – Điện áp pin 𝑈𝑐ℎ𝑢ỗ𝑖 – Điện áp chuỗi pin 𝐼𝑝𝑖𝑛 – Dòng điện qua pin C C n – Số lượng pin m – Số lượng chuỗi pin R L T 𝑚.𝑖𝑛𝑣 – Số lượng chuỗi pin đặt lên inverter DU DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Phụ tải nhà máy 1.2 Công suất tiêu thụ nhà máy TCIE Đà Nẵng 1.3 Cường độ xạ số nắng trung bình tháng Đà Nẵng 12 1.4 So sánh ưu nhược điểm phương án 13 2.1 Thông số tiêu thụ điện phụ tải nhánh B1 19 2.2 Thông số tiêu thụ điện phụ tải nhánh B2 20 2.3 Thông số tiêu thụ điện phụ tải nhánh B2 21 2.4 Thông số kỹ thuật loại pin 24 2.5 Thông số kỹ thuật inverter 2.6 Thông số chung hệ thống 2.7 Dữ liệu tổng qt mơ hình 2.8 Bảng phân bố lượng mặt trời hệ thống qua tháng 39 3.1 Dữ liệu phụ tải nhánh B1 44 3.2 Dữ liệu phụ tải nhánh B2 44 3.3: Dữ liệu phụ tải nhánh B2 45 3.4 Dữ liệu dịng tải tổn thất cơng suất phương án 47 3.5 Dữ liệu dòng tải tổn thất công suất phương án 47 3.6 Tổng kết kết mô phương án 49 4.1 Kết tính tốn tính kinh tế mơ hình vay vốn 100% 53 4.2 Kết tính tốn tính kinh tế mơ hình vay vốn 70% 54 4.3 So sánh thơng số kinh tế kỹ thuật 56 R L T U D C C 26 32 38 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ nhà máy 1.2 Mặt nhà xưởng 1.3 Sơ đồ hệ thống điện nhà máy 1.4 Sản lượng điện tiêu thụ nhà máy 1.5 Đồ thị phụ tải nhà máy TCIE Đà Nẵng 1.6 Trạm biến áp trạm biến áp hợp 1.7 Các loại tua bin gió phổ biến 10 1.8 Hệ thống lượng mặt trời áp mái 10 1.9 C C Hệ thống online cung cấp thông tin địa lý toàn cầu quang [3] R L 11 1.10 Biểu đồ cường độ xạ mặt trời công ty TCIE 11 2.1 Mô mặt lắp đặt thống điện mặt trời công ty TCIE 14 2.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập không kết nối lưới 15 2.3 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập có bù điện lưới 15 2.4 Mô tả cấu trúc biến tần chuỗi 17 2.5 Mô tả cấu trúc biến tần tập trung 18 2.6 Mô tả cấu trúc biến tần vi mô 18 2.7 Đồ thị phụ tải cho nhánh B1 20 2.8 Đồ thị phụ tải cho nhánh B2 21 2.9 Đồ thị phụ tải cho nhánh B3 22 2.10 Đồ thị phụ tải tồn nhà máy 22 2.11 Mơ hình mạch điện tương đương pin 23 2.12 Đặc tính VA theo xạ mặt trời điện áp hở mạch theo nhiệt độ loại pin 25 2.13 Đồ thị thể tỉ lệ công suất chuyển đổi dòng inverter 26 2.14 Sơ đồ đấu nối thiết bị 27 2.15 Giao diện ban đầu phần mềm 29 2.16 Thiết lập vị trí địa lý hệ thống 30 2.17 Hiển thị liệu khí tượng dựa vị trí địa lý 31 T U D 2.18 Đồ thị xạ tháng năm 31 2.19 Lựa chọn phương vị phù hợp để đạt hiệu cao cho pin 32 2.20 Cài đặt thơng số, kiểm tra cấu hình hệ thống 33 2.21 Phân bố công suất pin vào inverter 33 2.22 Kiểm tra dải điện áp làm việc inverter 34 2.23 Sự phản xạ chùm sáng lên pin mặt trời 34 2.24 Đồ thị thể tổn thất thay đổi góc tới (IAM) 35 2.25 Đồ thị thể suy giảm hiệu suất theo thời gian pin 36 2.26 Thiết lập thông số tổn thất mạch AC máy biến áp nối lưới 36 2.27 Thiết kế mô hình 3D mơ vật thể đổ bóng 37 2.28 Nhập liệu điện tiêu thụ ngày 38 2.29 Đồ thị biểu thị tỉ lệ điện cung cấp hệ thống qua tháng 39 2.30 Đồ thị biểu thị phân phối điện qua tháng tiêu biểu 40 3.1 Giao diện phần mêm ETAP 43 3.2 Hệ thống điện doanh nghiệp trước đấu nối thêm hệ thống điện mặt trời 3.3 C C R L T U Mô hệ thống điện doanh nghiệp sau đấu nối thêm hệ D thống điện mặt trời theo phương án 45 46 3.4 Mô hệ thống điện doanh nghiệp sau đấu nối thêm hệ thống điện mặt trời theo phương án 48 4.1 Cài đặt thơng số chi phí vốn đầu tư 51 4.2 Mơ hình xác suất sản lượng điện phát lên lưới 51 4.3 Biểu giá điện qua năm [9] 52 4.4 Cài đặt thông số biểu giá bán tiêu thụ điện 53 4.5 Ý nghĩa số LCE 54 4.6 Lượng CO2 giảm thiểu sau dự án kết thúc 55 PVSYST V6.83 06/04/21 Page 8/12 Grid-Connected System: P50 - P90 evaluation Project : New Project Simulation variant : New simulation variant Main system parameters System type Near Shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs Linear shadings tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Building system 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year PVsyst TRIAL Evaluation of the Production probability forecast The probability distribution of the system production forecast for different years is mainly dependent on the meteo data used for the simulation, and depends on the following choices: Meteo data source Meteo data Specified Deviation Year-to-year variability Kind Climate change Variance Meteonorm 7.2 (1992-2000), Sat=100% Monthly averages Synthetic Multi-year average 0.0 % 2.5 % C C R L TRIAL PVsyst T DU The probability distribution variance is also depending on some system parameters uncertainties Specified Deviation PV module modelling/parameters 1.0 % Inverter efficiency uncertainty 0.5 % Soiling and mismatch uncertainties 1.0 % Degradation uncertainty 1.0 % Global variability (meteo + system) Variance 3.1 % (quadratic sum) Annual production probability Variability P50 P90 P95 43 MWh 1386 MWh 1331 MWh 1316 MWh PVsyst TRIAL Probability distribution 0.50 0.45 P50 = 1385715 kWh E_Grid simul = 1385715 kWh 0.40 0.35 P75 = 1356921 kWh Probability 0.30 0.25 0.20 0.15 P95 = 1315538 kWh 0.10 PVsyst TRIAL 0.05 0.00 1250000 1300000 1350000 1400000 1450000 E_Grid system production kWh PVsyst Evaluation mode 1500000 1550000 PVSYST V6.83 06/04/21 Page 9/12 Grid-Connected System: Economic evaluation Project : New Project Simulation variant : New simulation variant Main system parameters Near Shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs System type Linear shadings tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Building system 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year PVsyst TRIAL Investment Direct costs PV modules LG 310 N1K-A5 Supports for modules Inverters Conext Core XC-680 Installation Transport Settings 11000 units 11000 units 170.50 USD / unit 9.73 USD / unit units 47'600.00 USD / unit 1'875'500.00 USD 107'030.00 USD C C 238'000.00 USD R L TRIAL PVsyst T DU Net investment (CAPEX) 25'780.00 USD 145'700.00 USD 2'392'010.00 USD Operating costs Maintenance Salaries Total (OPEX) Operating costs (OPEX) incl Inflation (1.00%) 172'440.00 USD / year 172'440.00 USD / year 188'053.54 USD / year System summary Net investment Own funds Loan Total yearly cost (inc inflation 1.00 % / year) Unused energy Energy sold to the grid Cost of produced energy (sum of costs over lifetime / total production over lifetime) 2'392'010.00 USD 2'392'010.00 USD 0.00 USD 188'053.54 USD / year 3711 MWh / year 1386 MWh / year 0.060 USD / kWh PVsyst TRIAL PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode PVSYST V6.83 06/04/21 Page 10/12 Grid-Connected System: Long Term Financial Balance Project : New Project Simulation variant : New simulation variant Main system parameters System type Near Shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs Linear shadings tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Building system 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year PVsyst TRIAL Electricity sale Feed-in tariff Peak tariff Off-peak tariff Duration of tariff warranty Annual connection tax Annual tariff variation Feed-in tariff variation after warranty 0.09 0.09 20 0.00 0.0 -50.00 USD/kWh USD/kWh years USD % / year % Self-consumption 11:00-17:00, 20:00-09:00 C C R L TRIAL PVsyst T DU Consumption tariff Peak tariff Off-peak tariff Tariff evolution 0.13 USD/kWh 0.07 USD/kWh 10.0 % / year 11:00-17:00, 20:00-09:00 Return on investment Project lifetime Payback period Net profit at end of lifetime Return on investment (ROI) 20 6.5 9'171'704.44 383.4 years years USD % Yearly net profit (kUSD) Cumulative cashflow (kUSD) 10000 PVsyst TRIAL 8000 -20 6000 -40 4000 2000 -60 -80 -2000 -100 2020 2025 2030 2035 2040 2045 -4000 2020 2025 2030 2035 2040 2045 PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode PVSYST V6.83 06/04/21 Page 11/12 Grid-Connected System: Long Term Financial Balance Project : New Project Simulation variant : New simulation variant Main system parameters System type Near Shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs Linear shadings tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Building system 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year PVsyst TRIAL Detailed economic results (USD) Year Sold Run Deprec Taxable Tax After-tax Self-cons Cumul % energy costs allow income 10.00% profit saving profit amorti 2022 124'714 172'440 119'601 0 -47'726 329'907 282'182 11.8% 2023 124'714 174'164 119'601 0 -49'450 362'898 595'630 24.9% 2024 124'714 175'906 119'601 0 -51'192 395'889 940'327 39.3% 2025 124'714 177'665 119'601 0 -52'951 428'879 1'316'255 55.0% 2026 124'714 179'442 119'601 0 -54'727 461'870 1'723'398 72.0% 2027 124'714 181'236 119'601 0 -56'522 494'861 2'161'737 90.4% 2028 124'714 183'049 119'601 0 -58'334 527'852 2'631'255 110.0% 2029 124'714 184'879 119'601 0 -60'165 560'842 3'131'933 130.9% 2030 124'714 186'728 119'601 0 -62'013 593'833 3'663'752 153.2% 2031 124'714 188'595 119'601 0 -63'881 626'824 4'226'695 176.7% 2032 124'714 190'481 119'601 0 -65'767 659'815 4'820'743 201.5% 2033 124'714 192'386 119'601 0 -67'672 692'805 5'445'877 227.7% 2034 124'714 194'310 119'601 0 -69'595 725'796 6'102'078 255.1% 2035 124'714 196'253 119'601 0 -71'538 758'787 6'789'326 283.8% 2036 124'714 198'215 119'601 0 -73'501 791'778 7'507'603 313.9% 2037 124'714 200'197 119'601 0 -75'483 824'768 8'256'888 345.2% 2038 124'714 202'199 119'601 0 -77'485 857'759 9'037'162 377.8% 2039 124'714 204'221 119'601 0 -79'507 890'750 9'848'404 411.7% 2040 124'714 206'264 119'601 0 -81'549 923'740 10'690'595 446.9% 2041 124'714 208'326 119'601 0 -83'612 956'731 11'563'714 483.4% 2'494'287 3'796'957 2'392'010 0 -1'302'670 12'866'385 11'563'714 483.4% C C R L TRIAL PVsyst T DU PVsyst TRIAL Total PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode PVSYST V6.83 06/04/21 Page 12/12 Grid-Connected System: CO2 Balance Project : New Project Simulation variant : New simulation variant Main system parameters System type Near Shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs Linear shadings tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Building system 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year PVsyst TRIAL Produced Emissions Total: Source: Replaced Emissions Total: System production: Grid Lifecycle Emissions: Source: 5870.24 tCO2 Detailed calculation from table below 41483.5 tCO2 5096.25 MWh/yr Lifetime: Annual Degradation: 407 gCO2/kWh IEA List Country: C C 20 years 1.0 % Vietnam R L TRIAL PVsyst T DU CO2 Emission Balance Total: 31899.1 tCO2 System Lifecycle Emissions Details: Item Modules Supports LCE 1713 kgCO2/kWp 2.71 kgCO2/units Quantity 3410 kWp 11000 units Subtotal [kgCO2] 5840375 29862 Saved CO2 Emission vs Time [tCO2] 35000 30000 25000 20000 15000 Balance PVsyst TRIAL 10000 5000 -5000 -10000 10 Year 15 20 PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... hệ thống lượng mặt trời độc lập không kết nối lưới: hệ thống điện mặt trời sử dụng để cung cấp điện cho thiết bị điện độc lập, khơng sử 15 dụng điện từ lưới Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời. .. cách mô chi tiết hàng Khối bao gồm thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới, hệ thống điện mặt trời độc lập, hệ thống bơm tự hệ thống lưới DC (áp dụng cho hệ thống điện mạng giao thơng cơng cộng)... Mô mặt lắp đặt thống điện mặt trời công ty TCIE 14 2.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập không kết nối lưới 15 2.3 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập có bù điện lưới 15 2.4 Mô tả cấu trúc