24
Pin năng lượng mặt trời đóng vai trò là một máy phát điện có nhiên liệu đầu vào là năng lượng mặt trời và đầu ra là một nguồn dòng DC. Để có thể sử dụng được nguồn điện năng này thì cần phải có sự trợ giúp của các thiết bị chuyển đổi nguồn điện thích hợp nhằm cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ nguồn điện phù hợp với chúng. Dựa vào đặt tính tải là AC hay DC sẽ có các bộ chuyển đổi điện tương ứng. Các tấm pin năng lượng mặt trời kết hợp với các thiết bị chuyển đổi năng lượng và các phụ tải tiêu thụ sẽ tạo thành một hệ thống điện năng lượng mặt trời như được mô tả trong Hình 2.15.
Hình 2.15 Tổng quan một hệ thống năng lượng mặt trời.
Do có khả năng thích ứng cao với môi trường làm việc nên có nhiều cấu hình hoạt động được đề xuất cho một hệ thống năng lượng mặt trời cụ thể. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu hình một hệ thống pin năng lượng mặt trời có thể kể đến là chế độ vận hành nối lưới hay độc lập, có yêu cầu dự trữ năng lượng hay không, có cấp nguồn cho các thiết bị DC hay không…Một số các thành phần cơ bản của một hệ thống năng lượng mặt trời như được trình bày dưới đây.
25 2.3.1 Bộ pin năng lượng mặt trời.
Các tấm pin có điện áp thấp tương tự điện áp phân cực thuận của một diot (vào khoảng 0.6-0.8 Vdc) nên không thể sử dụng được ngay. Các tấm pin này thường được mắc chung lại với nhau theo kiểu nối tiếp hoặc song song hoặc vừa nối tiếp vừa song song để có thể dùng được. Các tấm pin sau khi ghép chung lại với nhau được gọi là một panel.
Trong thực tế, các nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời chỉ bán các panel với các công suất khác nhau cho khách hàng sử dụng cuối. Dựa vào nhu cầu công suất cụ thể mà các khách hàng mua một hay nhiều tấm panel về ghép lại với nhau thành một bộ pin năng lượng mặt trời để dùng. Hình 2.16 miêu tả một bộ pin năng lượng mặt trời sau lắp đặt hoàn chỉnh.
Hình 2.16 Hình ảnh một bộ pin năng lượng mặt trời.
2.3.2 Hệ thống lưu trữ năng lượng.
Đối với các hệ thống điện nhỏ, sự thay đổi liên tục của nguồn bức xạ mặt trời làm công suất điện ngõ ra các tấm PV cũng thay đổi theo liên tục. Để ổn định công suất ngõ ra, một hệ thống lưu trữ điện được sử dụng. Thường các bình ác quy được sử dụng cho chức năng này bởi giá thành rẻ hơn các phương pháp khác. Hệ thống bình ác quy thường được đấu nối theo đề xuất trong Hình 2.15.
26
Tuy nhiên, việc xuất hiện hệ thống lưu trữ sẽ làm tăng chi phí hệ thống điện năng lượng mặt trời. Để giảm bớt chi phí lưu trữ, các hệ thống pin năng lượng mặt trời thường được nối lưới trực tiếp hoặc sử dụng các dạng lưu trữ không điện khác như thế năng của nước.
2.3.3 Bộ chuyển đổi năng lượng điện
Điện áp hoạt động của thiết bị và điện áp hoạt động của bộ pin năng lượng mặt trời là khác nhau nên để có thể phối hợp hoạt động thì chúng phải có các bộ chuyển đổi năng lượng phù hợp. Nếu tải AC thì bộ chuyển đổi là bộ DC/AC, còn ngược lại, nếu tải là tải DC thì bộ chuyển đổi sẽ là bộ chuyển đổi DC/DC.
Hình 2.17 Bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời
Hiện nay, với yêu cầu chất lượng cao nên các bộ chuyển đổi cũng được thiết kế ngày càng hiện đại và tích hợp thêm nhiều tính năng mới vào bên trong nó như khả năng xác định được điểm công suất cực đại, khả năng nhận biết lỗi pin năng lượng mặt trời…. Các tính năng này làm cho bộ chuyển đổi thêm dễ sử dụng và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời.
27
Pin năng lượng mặt trời với ưu điểm là thân thiện môi trường, dễ dàng lắp đặt và vận hành, có khả năng hoạt động linh hoạt trong nhiều chế độ vận hành khác nhau nên chúng luôn được ưu tiên phát triển trong những năm gần đây. Đã có nhiều nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời đi vào hoạt động để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường thế giới. Bên cạnh các nhà máy thì nhiều dự án điện mặt trời được xây dựng và đi vào hoạt động cả trong và ngoài nước.
2.4.1 Tình hình sử dụng pin năng lượng mặt trời ngoài nước.
Trên thế giới hiện đã xây dựng được các nhà máy năng lượng mặt trời công suất lớn. Tiêu biểu có thể kể đến các dự án năng lượng mặt trời như sau:
2.4.1.1 Dự án Solar Star 579MW, California
Hình 2.18 Dự án Solar Star 579MW, California
Đây là nhà máy năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới thời điểm hiện nay, nhà máy tọa lạc tại Kern và Los Angeles ở California. Với công suất 579MW, nhà máy Solar Star có khả năng phục vụ nhu cầu cho 255.000 hộ dân xung quanh. Công việc xây dựng nhà máy được bắt đầu năm 2013 và hoàn thành đưa vào sử dụng tháng 6 năm 2015. Nhà máy được xây dựng trên diện tích 13 km vuông gần Rosamond, California. Để có được công suất lớn như vậy, nhà máy đã sử dụng hết 1.7 triệu module pin năng lượng mặt trời được làm từ bán dẫn đơn tinh thể.
28
Với công nghệ pin mặt trời, Solar Star ước tính đã tiết giảm được 570,000 tấn khí thải CO2 ra môi trường mỗi năng, lượng khí thải này tương đương với việc vận hành 108.000 chiếc xe hơi trên các đường phố mỗi năm. Nhà máy đã sử dụng công nghệ Oasis Power Plant được phát triển bởi Sun Power cho phép các tấm pin năng lượng mặt trời bám theo ánh sáng mặt trời trong suốt một ngày làm việc. Điều này cho phép nhà máy nâng hiệu suất thu năng lượng mặt trời đạt đến 25%. Công ty BHE là chủ sở hữu nhà máy điện mặt trời này và bán lượng điện năng thu được cho Southern California Edison với một hợp đồng dài hạn.
2.4.1.2 Desert Sunlight Solar Farm 550MW, California
Hình 2.19 Desert Sunlight Solar Farm 550MW, California
Trang trại Desert Sunlight Solar được đặt tại Riverside County và Carrizo Plain ở California. Nhà máy là sản phẩm hợp tác giữa tập đoàn GE và tập đoàn Sumitomo. Với công suất 550 MW, nhà máy có khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng của 160.000 hộ dân quanh vùng. Việc xây dựng nhà máy đã giúp tiết giảm gần 300.000 tấn khí CO2 thải ra môi trường mỗi năm, nó tương đương với khí thải của 60.000 xe hơi hằng năm.
Dự án được xây dựng và vận hành bởi First Solar. Đây cũng là nhà cung cấp 8 triệu module pin năng lượng mặt trời có công nghệ cadmium telluride. Nhà máy được xây
29
dựng trên diện tích 15.4 km vuông. Giai đoạn 1 được khởi công vào tháng 9 năm 2011 có công suất 300 MW. Giai đoạn 2 hoàn thành năm 2015 với công suất 250 MW. 2.4.1.3 Topaz Solar Farms 550 MW, California.
Hình 2.20 Topaz Solar Farms 550 MW, California.
Topaz Solar Farms là nhà máy điện năng lượng mặt trời có công suất 550 MW đặt tại vùng San Luis Obispo County, California. Nhà máy có khả năng cung cấp năng lượng cho 160.000 căn hộ trong vùng. Dự án trị giá 2.5 tỉ USD được sở hữu bởi công ty BHE Renewables. Năng lượng thu được của dự án có thể giảm thiểu 377.000 tấn CO2 mỗi năm. Nó tương đương với khí thải của 73.000 chiếc xe hơi. Dự án tiêu tốn 9 triệu panel pin mặt trời, chúng được đặt nghiên 250 để tối ưu năng lượng mặt trời.
Nhà máy được bắt đầu xây dựng năm 2011 và hoàn thành năm 2014 trên diện tích 24.6 km vuông. Điện năng được bán cho công ty Pacific Gas and Electric bằng một hợp đồng có thời hạn 25 năm.
30
Hình 2.21 Longyangxia Dam Solar Park 530 MW, Qinghai
Longyangxia Dam Solar Park được đặt gần nhà máy thủy điện Longyangxia Dam trên lưu vực sông Hoàng Hà của Trung Quốc. Con đập được hoàn thành năm 1992. Dự án pin năng lượng mặt trời trãi rộng trên diện tích 9.6 km vuông và là một phần của nhà máy hỗn hợp thủy điện-pin mặt trời lớn nhất thế giới. Công ty China Power Investment bắt đầu xây dựng vào tháng 3 năm 2013 và hoàn thành trong 9 tháng với công suất thiết kế là 320 MW.
Giai đoạn 2 của dự khởi công vào tháng 8 năm 2015 và hoàn thành vào năm 2015 với công suất thiết kế 530 MW. Với kết quả này, dự án đã giảm thiểu được 795.000 tấn khí CO2 phát thải ra môi trường mỗi năm.
2.4.1.5 Nhận xét chung
Qua các dự án năng lượng mặt trời tiêu biểu được đầu tư xây dựng trên thế giới đã được khảo sát, có thể rút ra một số nhận xét như sau:
− Đã có nhiều dự án năng lượng mặt trời công suất lớn được xây dựng và đưa vào vận hành đạt hiệu quả cao.
− Quy mô các nhà máy năng lượng mặt trời ngày càng lớn cùng với sự phát triển nhanh chóng các phương pháp điều khiển tối ưu được nghiên cứu áp dụng.
31
− Nhà máy năng lượng mặt trời có khả năng thay thế một phần nguồn điện truyền thống chứng tỏ tỉ lệ thâm nhập của năng lượng mặt trời ngày càng tăng cao. 2.4.2 Tình hình sử dụng pin năng lượng mặt trời ở trong nước.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của việc sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới, tại nước ta hiện nay việc sử dụng điện năng lượng mặt trời cũng được phát triển nhanh dưới sự hỗ trợ về giá cũng như cơ chế của nhà nước về phát triển năng lượng tái tạo. Nhiều hệ thống năng lượng mặt trời được thi công và vận hành trong thời gian qua cũng như các hệ thống năng lượng mặt trời cho các hộ dân cũng được phát triển rộng khắp cả nước. Một số các công trình tiêu biểu được đưa ra như bên dưới.
2.4.2.1 Nhà máy điện mặt trời Thiên Tân
Ngày 29/8/2015, dự án Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân do Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Thiên Tân làm chủ đầu tư đã chính thức được khởi công xây dựng, nhà máy có công suất 19,2 MW với tổng mức đầu tư 800 tỉ đồng, được xây dựng trên diện tích 24 ha tại thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi bằng nguồn vốn vay trong nước và nước ngoài. Dự án do Công ty TNHH Full Advantage làm tư vấn.
Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân được sử dụng công nghệ và thiết bị hiện đại, hiệu suất cao, tuổi thọ dự kiến kéo dài hơn 25 năm. Với công suất lắp đặt 19,2 MW, khi đi vào vận hành, Nhà máy điện mặt trời Thiên Tân cung cấp cho hệ thống điện quốc gia hơn 28 triệu kWh điện mỗi năm. Đồng thời, tạo ra hàng chục công việc làm cho người dân ở địa phương, đặt biệt người dân ở huyện Mộ Đức.
2.4.2.2 Nhà máy quang năng An Hội
Dự án thí điểm điện mặt trời tại Côn Đảo được bắt đầu từ giữa tháng 3/2014 và hoàn thành việc xây dựng, lắp đặt và đầu nối vào lưới điện của điện lực Côn Đảo vào đầu tháng 12/2014, với tổng mức đầu tư khoảng 140 nghìn Euro do Chính phủ Tây Ban Nha viện trợ không hoàn lại. Trên cơ sở thiết kế, từ ngày 24/11-04/12/2014 Công ty Trama TecnoAmbienta SL của Tây Ban Nha cùng với Công ty Điện lực Bà Rịa - Vũng
32
Tàu thực hiện lắp đặt Nhà máy điện mặt trời Côn Đảo tại khuôn viên Nhà máy điện An Hội và kết nối thành công vào lưới điện hạ thế của nhà máy. Dự án chính thức đưa vào vận hành từ ngày 5/12/2014.
Dự án có công suất đỉnh 36 kW, với sản lượng điện ước tính một năm hơn 50 MWh, bao gồm 7 giàn tấm module quang điện, 2 bộ biến đổi từ điện một chiều thành điện xoay chiều của hãng Ingeteam và được giám sát, theo dõi từ xa qua hệ thống truyền dữ liệu sử dụng sóng 3G. Dự án do Công ty Trama của Tây Ban Nha thiết kế, mua sắm, giám sát thi công, lắp đặt và giám sát vận hành từ xa trong 1 năm.
2.4.2.3 Dự án năng lượng mặt trời trên đảo Trường Xa
Dự án là một trong những công trình trọng điểm Quốc gia, được đầu tư bởi Bộ Tư lệnh Hải quân và Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam – Petro Vietnam. Được thực hiện từ năm 2008 đến năm 2010 và liên tục được bảo trì, nâng cấp định kỳ hàng năm. Hệ thống lai ghép năng lượng gió và mặt trời trên quy mô lớn, triển khai trên 48 điểm đảo (đảo, nhà dàn) với hơn 5700 tấm pin năng lượng mặt trời.
Đây là công trình rất có ý nghĩa về mặt an ninh quốc phòng và kinh tế khi tiết kiệm được 700.000 lít dầu mỗi năm cho vận hành máy phát điện. Điều này càng đặc biệt có ý nghĩa khi Trường Xa là nơi cách xa đất liền và công tác hậu cần gặp nhiều khó khăn. 2.4.2.4 Nhận xét
Qua một số dự án tiêu biểu về năng lượng mặt trời tiêu biểu ở trong nước nêu trên, nhận thấy năng lượng mặt trời có sự phát triển nhanh chóng về số lượng cũng như công suất phát điện của các dự án. Tuy nhiên, do đặc thù giá điện nước ta hiện nay vẫn còn thấp trong khi chi phí cho một đơn vị điện năng lượng mặt trời vẫn còn cao là rào cảng không hề nhỏ cho các nhà đầu tư trong nước. Do đó, các dự án đầu tư chỉ mới mang tính chất thí điểm, tính hiệu quả kinh tế không cao.
Các dự án năng lượng mặt trời ở nước ta chỉ thực sự có hiệu quả kinh tế tại các vùng không có điện lưới quốc gia như các hải đảo, vùng sâu, vùng xa buộc phải phát
33
điện bằng máy diesel. Đây cũng là điểm mạnh của năng lượng mặt trời cần khai thác để có thể phát triển mạnh hơn trong thời gian tới và đem lại hiệu quả kinh tế xã hội cao hơn. 2.5 Hướng tiếp cận của luận văn về sử dụng pin mặt trời.
Qua phân tích tình hình phát triển năng lượng mặt trời trong và ngoài nước trong những năm gần đây, cùng với tình hình kinh tế xã hội của nước ta hiện nay, luận văn đề xuất hướng phát triển năng lượng có công suất vừa và nhỏ kết nối lưới (nhà máy điện năng lượng mặt trời).
Các nhà máy điện mặt trời đóng vai trò của các máy phát phân tán. Ngoài mục đích cung cấp một lượng công suất trong giờ cao điểm, các nhà máy điện cũng góp phần ổn định điện áp các phụ tải cuối nguồn cũng như giảm tải trên các đường dây. Giải pháp nâng cao tỉ lệ thâm nhập của điện gió có tác dụng giảm thiểu phát thải khí nhà kính gây tác hại cho môi trường và con người.
Tuy nhiên, để giúp các nhà máy năng lượng tái tại nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng phát triển bền vững thì cần phải có các đánh giá khách quan, đầy đủ và chi tiết về tính khả thi của dự án về kinh tế và kỹ thuật. Có như vậy thì các dự án mới có thể tồn tại được một cách tự nhiên và phù hợp với kinh tế thị trường. Đây là việc làm quan trọng nhất để quảng bá hiệu quả sử dụng của năng lượng mặt trời đến người dân thay vì các khẩu hiệu chung chung về lợi ích môi trường của pin mặt trời.
Trong luận văn, các vấn đề kỹ thuật được bàn thảo để đánh giá tình khả thi về mặt kỹ thuật của dự án. Các chỉ số đánh đánh giá hiệu quả kinh tế cơ bản được sử dụng để đảm bảo khả năng sinh lời của một dự án nhà máy năng lượng mặt trời.
34
CHƯƠNG 3: NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI SAO MAI 3.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực dự án.
3.1.1 Đặc điểm tự nhiên. Về vị trí địa lý: Về vị trí địa lý: