3. Mô hình độ tin cậy
3.5.7.Tính toán trạm sạc năng lượng mặt trời cho xe điện tại bến xe Nguyễn Hoàn g
Xe điện tham quan là loại phương tiện không gây ô nhiễm, thân thiện với môi trường. Loại hình phương tiện này hiện đã được sử dụng khá phổ biến tại các khu du lịch, dịch vụ của các nước phát triển.
Dịch vụ xe điện được đưa vào hoạt động ở Đại Nội Huế nhiều năm nay nhưng chỉ với quy mô nhỏ lẻ, trong khi nhu cầu của du khách lại rất lớn, khoảng 1 ÷1,2 triệu lượt khách/năm.Với nỗ lực không ngừng nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của du khách, Trung tâm Bảo tồn di tích Cố đô Huế đã phối hợp với Công ty cổ phần đầu tư thương mại Hoàng Thành khai trương dịch vụ xe điện với quy mô lớn hơn, đưa 18 chiếc (4 đến 11 chỗ) vào hoạt động từ 7 giờ sáng đến 18 giờ 30 phút hàng ngày. Tuyến phục vụ không chỉ ở bên trong Đại Nội mà bao gồm toàn bộ khu vực thuộc thành nội Huế, liên thông ra bến xe du lịch Nguyễn Hoàng (hình 3.30).
Hình 3.30. Dàn xe điện phục vụ tham quan Đại Nội Huế
Với một lượng xe điện lớn như vậy thì ý tưởng xây dựng trạm sạc pin cho xe điện bằng NLMT là một ý tưởng rất hay. Không xét về khía cạnh kinh tế thì trạm sạc bằng NLMT vừa tạo một điểm nhấn độc đáo cho thành phố, vừa mang tính xây dựng nguồn năng lượng xanh, năng lượng thân thiện với môi trường mà các nước tiên tiến trên thế giới cũng đang phát triển.
Hình 3.31. Bến xe Nguyễn Hoàng – Nơi tập kết đưa đón khách của xe điện
3.5.7.1. Những ưu điểm khi xây dựng trạm sạc xe điện bằng năng lượng mặt trời tại bến xe Nguyễn Hoàng, TP. Huế
- Sử dụng nguồn LNLMT là xu thế năng lượng bền vững, góp phần giảm thải ô nhiễm môi trường. Tiết kiệm được nguồn điện lưới đang ngày càng đắt đỏ.
- Tạo điểm nhấn cho du lịch Huế, góp phần nâng cao vị thế của một thành phố du lịch Xanh – Sạch – Đẹp.
- Trạm sạc có mái che nhằm bảo vệ cho xe điện trước thời tiết khắc nghiệt tại Huế. Đồng thời cũng là điểm trú chân cho hành khách khi đến tham quan Đại Nội.
- Trạm sạc có tích hợp đèn Led chiếu sáng ban đêm, tích hợp cổng sạc cho các thiết bị cầm tay như điện thoại di động, máy tính bảng cho khách du lịch hoặc các bảng quảng cáo.
3.5.7.2. Phương án thiết kế trạm sạc cho xe điện tại bến xe Nguyễn Hoàng, TP. Huế
Hiện tại trên thế giới ngoài công nghệ sạc bình thường đã có từ lâu thì đang phát triển mạnh công nghệ sạc nhanh. Các trạm sạc nhanh "thông minh" có khả năng kết nối với xe ô tô để phân phối NL cần thiết trong điều kiện an toàn tối ưu. Thực sự lưu ý rằng trong trường hợp sạc nhanh, NL điện cung cấp có thể đạt đến công suất 40kW. Và với công suất này liên tục trong 1 giờ, nguy cơ gây nóng đường điện là có thể xảy ra.
Thế hệ trạm sạc nhanh đầu tiên cho phép sạc tới 80% dung lượng pin trong vòng 45phút. Nhưng nhờ sự phát triển của công nghệ sử dụng pin lithium, hiện nay chỉ cần khoảng 5 đến 10 phút để sạc tới 80% dung lượng pin .
Đối với xe điện đang hoạt động tại bến xe Nguyễn Hoàng, sử dụng động cơ điện 48V – 4kW. Cùng với 8 ắc quy loại nạp xả sâu 6V – 120Ah. Cần 6 đến 8 giờ để sạc đầy ắc quy cho xe điện.
Như vậy đối với loại ắc quy mà xe đang sử dụng thì ta không thể áp dụng phương án trạm sạc nhanh.
Với phương án trạm sạc thường, phải mất từ 6 đến 8 giờ mới có thể sạc đầy cho ắc quy thì với điều kiện làm việc liên tục trong ngày, xe không thể đậu lâu ban ngày để sạc điện do tốn nhiều thời gian dẫn đến mất năng suất hoạt động. Như vậy ta chỉ có thể sạc ắc quy vào buổi chiều tối sau giờ làm việc. Với việc sạc như vậy, hao tổn năng lượng trong quá trình nạp xả của ắc quy cộng với sự nạp xả liên tục khiến tuổi thọ của ắc quy của xe giảm dẫn đến hiệu quả kinh tế không cao.
Từ những phân tích trên tôi đã đưa ra phương án là xây dựng trạm sạc ắc quy và đổi ắc quy cho xe điện. Trạm sạc làm nhiệm vụ sạc đầy 8 ắc quy dự phòng của xe điện. Đầu ngày hoặc cuối ngày làm việc, số ắc quy này sẽ được thay vào xe điện và trạm sạc lại làm nhiệm vụ sạc đầy số ắc quy cạn được thay ra trong ngày tiếp theo.
Phương án này có ưu điểm sau:
- Xe điện không có thời gian chết khi phải đứng chờ sạc đầy ắc quy, xe có thể hoạt động liên tục một cách chủ động đảm bảo năng suất tối ưu. Lái xe chỉ mất 15 đến 20 phút để thay ắc quy.
- Tổn hao công suất ít. Điện nạp vào ắc quy và ắc quy sẽ được nối trực tiếp với động cơ không phải thông qua 2 hệ ắc quy (từ hệ ắc quy của trạm sạc sang hệ ắc quy của xe điện) như cách nạp thông thường.
- Chu kỳ nạp xả của ắc quy là một ngày nạp, một ngày xả và chỉ bằng một nửa so với cách sạc thông thường sẽ giúp cho tuổi thọ của ắc quy cao hơn đáng kể, giúp tiết kiệm chi phí.
3.5.7.2. Tính toán trạm sạc ắc quy cho xe điện tại bến xe Nguyễn Hoàng, TP. Huế
Ta có thể tham khảo ý tưởng từ mẫu trạm sạc SUDI. Mẫu này có thiết kế bền vững, hiệu quả và thẩm mỹ. Và những trạm sạc kiểu này cũng đã xuất hiện nhiều trên thế giới. Mái che của trạm sạc có thể che mưa nắng cho 2 chiếc xe điện.
Về công suất, ta thiết kế trạm sạc có thể sạc cho 8 bình ắc quy 6V – 100Ah đủ để thay thế luân phiên cho 2 xe điện chạy liên tục trong ngày.
- Tính số Wh các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho các ắc quy: Dung lượng ắc quy:
DLAQ = 8 × 100 = 800 (Ah) Số Wh các tấm pin mặt trời:
EPV = DLAQ × Điện áp ắc quy × DOD = 800 × 6 × 0,8 = 3840 (Wh) Tính diện tích của các tấm pin NLMT:
Với cường độ bức xạ NLMT tại TP Huế là 4.37 kWh/m2/ngày
Spv = 3840
4,37 𝑥 0,15 𝑥 0,8 𝑥 0,799 = 9,164 (𝑚 2) Dung lượng dàn pin mặt trời cần sử dụng là:
PVcông suất cực đại = 9,164 x 1000 x 0,15 = 1374 (Wp)
Mô đun PV lựa chọn là mono–crystalline silicon SV-180W, công nghệ Singapore với các thông số kỹ thuật ở điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn là có mật độ 1000W/m2 và ở nhiệt độ tiêu chuẩn 250C. Công suất cực đại Pmax = 180W, thế ở công suất cực đại Vmp = 36V, dòng điện công suất cực đại Imp = 5,01A, dòng ngắn mạch Isc
= 5,55A, thế hở mạch Voc = 47,7V. Như vậy, ta chọn 8 mô đun PV 180W liên kết song song với nhau để cung cấp điện cho trạm sạc.
Tính bộ điều khiển nạp ắc quy:
Thông số của mỗi tấm pin: Pmax = 180W, Vmp = 36V, Imp = 5,01A, Voc= 47,7V, Isc = 5,55A.
Dòng điện bộ điều khiển nạp = 1,3 ×8 × 5,55 = 57,72 A Chọn bộ điều khiển nạp ắc quy có dòng 60A/12 V
Ta lựa chọn được các thành phần trong trạm sạc xe điện bằng NLMT cho trên bảng 3.28.
Bảng 3.30. Tính toán các thành phần trong một trạm sạc xe điện
Thành
phần PPV
Bộ
điều khiển nạp PAQ Diện tích PV
Công suất 8 × 180 Wp 60A/12V 8 × 6 V× 100 Ah 9,2 m2
Như vậy, diện tích mối trạm sạc sẽ được xây dựng với diện tích 9,2m2. Hiện nay, tại bến xe Nguyễn Hoàng có 6 chỗ cho xe điện đậu. Cho nên diện tích cho 6 chỗ đậu xe là 9,2 × 3 = 27,6m2 mái che là các tấm pin mặt trời. Vì vậy, cần phải xây dựng với 3 trạm xạc như trên, các thành phần trong ba trạm sạc xe điện cho trên bảng 3.29.
Bảng 3.31. Tính toán các thành phần trong ba trạm sạc xe điện
Thành phần PPV Bộ điều khiển nạp PPV Diện tích PV
Công suất 3 ×8 × 180 Wp 3 × 60A/12V 3 ×8 × 6 V 100 Ah 27,6 m2
Dự toán sơ bộ đầu tư phần các tấm pin mặt trời, ắc quy và bộ điều khiển nạp cho trên bảng sau:
Bảng 3.32. Tính toán chi phí các thành phần trong ba trạm sạc xe điện
Chi phí (VNĐ) Chi phí (VNĐ) CPV 125 280 000 CAQ 96 000 000 CAQ3 124 155 859 CAQ6 123 024 960 CAQ9 121 937 745 CAQ12 120 832 560 CAQ15 119 755 152 CN 1 800 000 CXD 12 528 000 CBD 44 132 803 CPVĐ 832 786 288 CPVĐN 47 138 847 C1kWh 12 276
Nhận xét: Từ kết quả của bảng trên cho thấy chi phí cho 1 kWh điện NLMT còn cao hơn chi phí điện lưới. Tuy nhiện, nếu trạm xạc này được xây dựng sẽ là biểu tượng khuyến khích áp dụng NLMT của du khách và tuyên truyền áp dụng NL sạch của thành phố Huế.
Hình 3.33. Mô hình trạm sạc cho xe điện tại bến xe Nguyễn Hoàng, TP. Huế
3.6. Nhận xét và thảo luận
Qua quá trình thực tập tốt nghiệp về lĩnh vực nghiên cứu và thiết kế, ứng dụng pin NLMT. Nhìn chung, hiện nay tại tỉnh Thừa Thiên Huế đã có các ứng dụng hệ thống ĐMT từ những ứng dụng đó đã có những hiệu quả nhất định. Tuy nhiên, việc ứng dụng hệ thống ĐMT tại Thừa Thiên Huế vẫn chưa phát triển mạnh chủ yếu là sử dụng cho chiếu sáng, sinh hoạt tại các khu vực cô lập và vùng xa như ở Đồn biên phòng của bán đảo Sơn Chà, huyện Phú Lộc, Đồn biên phòng Phòng Nhâm ở huyện A Lưới; sử dụng cho giảng dạy ở các trường học; sử dụng trong khu Resott Riverside Resort; sử dụng cho tín hiệu cột đèn báo giao thông và chiếu sáng đường phố,... Cho nên vẫn chưa phát triển hết tiềm năng về điện NLMT mà Huế đang có. Vì vậy, việc đánh giá hiện trạng sử dụng điện NLMT tại Thừa Thiên Huế và đề xuất các giải pháp phát triển điện NLMT trong những năm tới là cần thiết.
Hệ thống điện NLMT độc lập được sử dụng cho các phụ tải cho những vùng sâu, vùng cô lập mà điện lưới quốc gia khó vương tới. Nó thường sử dụng cho các phụ tải công suất nhỏ và tận dụng được nguồn NLMT khá dồi dào của Thừa Thiên Huế vào các tháng mùa hè và mùa thu, không tốn chi phí nhiên liệu.
Tuy nhiên hệ thống còn tồn tại những nhược điểm:
+ Đầu tư xây dựng hệ thống ban đầu còn cao, do giá thành các tấm pin và ắc quy còn cao;
+ Một hệ thống sử dụng từ 2 đến 4 năm thì phải thay thế ắc quy; người sử dụng hệ thống ĐMT còn chưa nắm rõ kiến thức cơ bản của nó cho nên hiệu quả sử dụng chưa cao;
+ Do điều kiện khí tượng của Thừa Thiên Huế có tháng còn có những ngày nhiều mây và mưa nên ảnh hưởng đến quá trình cung cấp điện cho phụ tải của hệ thống. Vì
vậy, cần có những nghiên cứu để liên kết nguồn NLMT với các nguồn NL khác như năng lượng gió, nắng lượng sinh khối, ... để cung cấp đủ điện cho phụ tải hoạt động trong nhiều ngày hơn.
+ Các công nghệ pin mặt trời hiện nay đều nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành còn khá đắt. Cho nên cần xây dựng nhà máy sản xuất chế tạo pin mặt trời ở Việt Nam để hạ giá thành sản phẩm.
+ Hiện nay trên thị trường nước ta có nhiều công nghệ pin mặt trời.Vì vậy, cần tính toán so sánh và đánh giá hiệu quả từng loại pin một cách cụ thể.
+ Hiện nay hệ thống trạm cho sạc cho xe ô tô điện chưa được xây dựng ở Việt Nam. Đặc biệt là các trạm sạc NLMT, vì giá thành xây dựng hệ thống còn khá đắt so với sử dụng điện lưới. Tuy nhiên, trong những năm tới, khi giá thành tấm pin mặt trời giảm xuống, hay thành phố sẽ khuyến khích sử dụng xe ô tô điện để bảo vệ môi trường. Việc xây dựng các trạm sạc NLMT vừa tận dụng được nguồn NLMT phong phú ở Thừa Thiên Huế, việc có một mô hình là biểu tượng cho sử dụng năng lượng xanh trong một thành phố xanh, sạch như Thừa Thiên Huế. Điều này có một ý nghĩa rất lớn đối với Thừa Thiên Huế trong việc khuyến khích người dân, du khách nên áp dụng NLMT vào cuộc sống để góp phần bảo vệ môi trường sống của chúng ta.
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ