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 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI CÔNG Y TCIE ĐÀ NẴNG 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 TẠI CÔNG TY TCIE ĐÀ NẴNG 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 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 Ngoài số nguồn tài liệu tham khảo tổ chức khoa học trích dẫn nguồn cụ thể Tác giả luận văn MỤC LỤC 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, tính thực tiễn phương hướng phát triển: .2 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 1.1 Giới thiệu nhà máy1: 1.1.1 Bộ máy tổ chức: 1.1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất 1.1.3 Mặt sản xuất 1.2 Nhu cầu điện nhà máy 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: 11 1.3.2 Tiềm năng lượng tái tạo nhà máy [2]: 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 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 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 2.1.3 Cấu trúc hệ thống 4, [5]: tính tốn sản lượng điện hàng năm [6] CHƯƠNG GIẢI PHÁP KẾT NỐI 43 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 3.1 Giới thiệu phần mềm ETAP [7] 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 54 4.1.5 So sánh hiệu loại pin chọn: 55 4.2 Kết luận 56 4.3 Phương hướng phát triển: 57 4.1.4 Tính tốn lượng CO2 giảm thiểu: DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 60 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 rộng rãi nước giới Từ khóa: nguồn lượng tái tạo, lượng mặt trời, thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới 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 ắ ℎ ỗ – Điện tiêu thụ phụ tải ℎ – Điện cung cấp hệ thống điện mặt trời – Công suất tiêu thụ phụ tải ℎ – Công suất đặt hệ thống điện mặt trời – Thời gian nắng trung bình ngày -– Điện áp pin – Điện áp chuỗi pin – Dòng điện qua pin n – Số lượng pin m – Số lượng chuỗi pin – Số lượng chuỗi pin đặt lên inverter DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên 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 26 2.6 Thông số chung hệ thống 32 2.7 Dữ liệu tổng quát mơ hình 38 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 dòng tải tổn thất công suất phương án 47 3.5 Dữ liệu dịng tải tổn thất cơng 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 thông số kinh tế kỹ thuật 56 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên 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 Hệ thống online cung cấp thông tin địa lý toàn cầu quang 11 [3] 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 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 thông 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 mơ 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 45 3.3 Mô hệ thống điện doanh nghiệp sau đấu nối thêm hệ thống điện mặt trời theo phương án 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 thông 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 7/12 Grid-Connected System: Loss diagram Project : Simulation variant : New Project New simulation variant Main system parameters System type Building system Near Shadings Linear shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs PVsyst tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Los s 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation TRIAL azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year diagram over the whole year Horizontal global irradiation 1775 kWh/m² +0.8% Global incident in coll plane -0.05% Global incident below threshold PVsyst TRIAL - -3.93% Near Shadings: irradiance loss -2.47% IAM factor on global 1677 kWh/m² * 18843 m² coll Effective irradiation on collectors efficiency at STC = 18.14% PV conversion 5730 MWh Array nominal energy (at STC effic.) 0.34% PV loss due to irradiance level -7.24% PV loss due to temperature +0.75% Module quality loss -1.10% Mismatch loss, modules and strings -0.77% Ohmic wiring loss Array virtual energy at MPP 5237 MWh PVsyst 5141MWhAvailable TRIAL grid -1.78% 0.00% 0.00% 0.00% -0.06% 0.00% 0.00% Inverter Loss during operation (efficiency) Inverter Loss over nominal inv power Inverter Loss due to max input current Inverter Loss over nominal inv voltage Inverter Loss due to power threshold Inverter Loss due to voltage threshold AC ohmic loss consumption -0.86% External transfo loss 2038 MWh to user 3711 MWh to user from grid MVAR from solar PVsyst 1386 MWh to grid 1444MVAApparent Active Energy injected into grid TRIAL Reactive energy to the grid: Aver Cos(Phi) = 0.960 energy to the grid PVsyst Evaluation mode EnergyatInverterOutput PVSYST V6.83 06/04/21 Page 8/12 Grid-Connected System: P50 - P90 evaluation Project : Simulation variant : New Project New simulation variant Main system parameters System type Building system Near Shadings Linear shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile PVsyst TRIAL 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 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 Meteonorm 7.2 (1992-2000), Sat=100% Meteo data Kind Monthly averages Synthetic Multi-year average Specified Deviation Climate change 0.0 % Year-to-year variability Variance 2.5 % The probability distribution variance is also depending on some system parameters uncertainties Specified Deviation PV module modelling/parameters Inverter efficiency uncertainty Soiling and mismatch uncertainties Degradation uncertainty PVsyst Global 10% 05% 1.0 % 1.0 % TRIAL variability(meteo+system)Variance3.1 % Annual production probability PVsyst (quadraticsum) Variability P50 P90 P95 43 MWh 1386 MWh 1331 MWh 1316 MWh E _Grid 0.40 TRIAL simul= Probability distribution 0.50 0.45 P50 = 1385715 kWh 1385715 kWh 0.35 0.30 P75 = 1356921 kWh 0.25 Probability 0.20 0.15 0.10 PVsyst 0.05 P95 = 1315538 kWh TRIAL 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 : Simulation variant : Main system parameters Near Shadings New Project New simulation variant System type Building system Linear shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs Investment tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile PVsyst TRIAL 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 Direct costs PV modules LG 310 N1K-A5 Supports for modules Inverters Conext Core XC-680 Installation PVsyst Transport Settings 11000 units 11000 units 170.50 USD / unit 9.73 USD / unit 1'875'500.00 USD 107'030.00 USD units 47'600.00 USD / unit 238'000.00 USD TRIAL25'780.00USD 145'700.00 USD 2'392'010.00 USD Net investment (CAPEX) Operating costs Maintenance Salaries 172'440.00 USD / year 172'440.00 USD / year 188'053.54 USD / year Total (OPEX) Operating costs (OPEX) incl Inflation (1.00%) System summary 2'392'010.00 USD Net investment Own funds PVsyst 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) TRIAL 2'392'010.00 USD 0.00USD 188'053.54 USD / year 3711 MWh / year 1386 MWh / year 0.060 USD / kWh PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode PVSYST V6.83 06/04/21 Page 10/12 Grid-Connected System: Long Term Financial Balance Project : Simulation variant : New Project New simulation variant Main system parameters System type Building system Near Shadings Linear shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile PVsyst TRIAL Electricity sale Feed-in tariff Peak tariff 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation Off-peak tariff 0.09 USD/kWh 20 years 0.00 USD 0.0 % / year -50.00 % Peak tariff Off-peak tariff 0.13 USD/kWh 07 USD/kWh 10 % / year years PVsyst 20 Consumption tariff -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year 0.09 USD/kWh Duration of tariff warranty Annual connection tax Annual tariff variation Feed-in tariff variation after warranty Self-consumption Project azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global Tariff evolution Return on investment lifetime 11:00-17:00, 20:00-09:00 TRIAL 11:00-17:00, 20:00-09:00 6.5 years Payback period Net profit at end of lifetime Return on investment (ROI) 9'171'704.44 USD 383.4 % Yearly net profit (kUSD) Cumulative cashflow (kUSD) 10000 8000 -20 -60 PVsyst 6000 TRIAL -40 2000 4000 -80 -2000 -100 2025 2020 2030 2035 2040 2045 -4000 2025 2030 2035 2040 2020 PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode 2045 PVSYST V6.83 06/04/21 Page 11/12 Grid-Connected System: Long Term Financial Balance Project : Simulation variant : New Project New simulation variant Main system parameters System type Building system Near Shadings Linear shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs tilt 10° Model LG 310 N1K-A5 Nb of modules 11000 Model Conext Core XC-680 Nb of units 5.0 daily profile weekly modulation Detailed economic results (USD) PVsyst TRIAL Year Sold Run Deprec Taxable energy costs allow income 2022 124'714 172'440 119'601 2023 124'714 174'164 119'601 2024 124'714 175'906 2025 124'714 177'665 2032 PVsyst Tax azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year After-tax Self-cons Cumul % 10.00% profit saving profit amorti 0 -47'726 329'907 282'182 11.8% 0 -49'450 362'898 595'630 24.9% 119'601 0 -51'192 395'889 940'327 39.3% 119'601 0 -52'951 428'879 1'316'255 55.0% TRIAL 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% 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 PVsyst 2039 124'714 202'199 119'601 0 -77'485 857'759 9'037'162 377.8% 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% Total 2'494'287 3'796'957 2'392'010 0 -1'302'670 12'866'385 11'563'714 483.4% TRIAL PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode PVSYST V6.83 06/04/21 Page 12/12 Grid-Connected System: CO2 Balance Project : Simulation variant : New Project New simulation variant Main system parameters System type Building system Near Shadings Linear shadings PV Field Orientation PV modules PV Array Inverter Inverter pack User's needs Produced Emissions tilt Model Nb of modules Model Nb of units daily profile Total: 10° LG 310 N1K-A5 11000 Conext Core XC-680 5.0 weekly modulation 5870.24 tCO2 PVsyst TRIAL azimuth Pnom Pnom total Pnom Pnom total Global -40° 310 Wp 3410 kWp 680 kW ac 3400 kW ac 5746 MWh/year Source: Detailed calculation from table below Total: 41483.5 tCO2 Replaced Emissions System production: 5096.25 MWh/yr Lifetime: 20 years Annual Degradation: 1.0 % Grid Lifecycle Emissions: 407 gCO2/kWh Source: IEA List ountry: Vietnam PVsyst TRIAL CO2 Emission Balance System Lifecycle Emissions Details: Total: 31899.1 tCO2 Item Modules Supports LCE Quantity Subtotal [kgCO2] 1713 kgCO2/kWp 3410 kWp 5840375 2.71 kgCO2/units 11000 units 29862 [tCO2] Saved CO2 Emission vs Time 35000 30000 25000 20000 PVsyst TRIAL Balanc e Yea r 15000 10000 5000 -5000 -10000 10 15 20 PVsyst TRIAL PVsyst Evaluation mode ... 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 thông công cộng) Databases... Sơ đồ hệ thống lượng mặt trời kết hợp bù lưới: hệ thống điện mặt trời có kết hợp thêm bù điện từ lưới điện từ pin sản sinh yếu Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập có bù điện lưới Ưu... máy TCIE Đà Nẵng 14 CHƯƠNG TÍNH TỐN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI CƠNG TY 2.1 Tính toán hệ thống điện mặt trời Các pin lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện