5. Cấu trúc của luận văn
3.2 Các thông số đầu vào của hệ thống
3.2.1 Pin mặt trời Canadian
Thành lập năm 2001 tại Canada [20], pin mặt trời Canadian là nhà cung cấp các sản phẩm về pin năng lượng mặt trời với sự phát triển lớn mạnh của 24 chi nhánh trên toàn cầu. Bên cạnh việc được biết đến là nhà sản xuất hàng đầu các tấm pin năng lượng mặt trời và giải pháp về năng lượng mặt trời, Bên cạnh đó Canadian Solar còn thực hiện nhiều dự án với quy mô lớn có công suất đã cung cấp lên đến 29 GW ở khắp nơi trên thế giới.
Hiệu suất của các tấm pin mặt trời Canadian (Hình 3.2) sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại pin cụ thể. Các tấm pin Canadian có mức hiệu suất từ 15,9% đến 17,2%. Điều này giúp các tấm pin mặt trời Canadian luôn có trong danh mục hiệu suất đạt tiêu chuẩn.
STT Địa điểm Vĩ độ Kinh độ
1 Đà Nẵng 16°4.6'B 108°14,2′Đ 2 Quãng Ngãi 15°19,7′B 108°50,2′Đ 3 Bình Định 13°58,5′B 108°58,9′Đ 4 Phú Yên 12°54,2′B 108°57,9′Đ 5 Khánh Hòa 12°21,9′B 108°57,5′Đ 6 Bình Thuận 11°1,5′B 108°2,8′Đ 7 Vũng Tàu 10°36,2′B 107°18,9′Đ 8 Trà Vinh 9°45,6′B 106°20,2′Đ 9 Sóc Trăng 9°31,9′B 106°4,3′Đ 10 Cà Mau 8°49,6′B 105°12,4′Đ
Hiệu suất (%)
Hình 3.2 Hiệu suất của tấm pin Canadian [20]
Hiệu năng hay còn gọi là hệ số nhiệt độ dùng để đánh giá hiệu năng của pin năng lượng mặt trời, chỉ số này cho thấy khả năng pin mặt trời xử lý các điều kiện không lý tưởng. Các tấm pin mặt trời, cũng giống như các thiết bị điện tử khác, hoạt động tốt hơn khi chúng được giữ ở nhiệt độ mát (lý tưởng là khoảng 25 ° C / 77 ° F). Hệ số nhiệt độ sẽ cho bạn biết hiệu năng của tấm pin sẽ thay đổi như thế nào trong những ngày hè nắng nóng.
Các tấm pin mặt trời sẽ đối mặt với nhiều ngày nắng nóng trong mỗi năm, vì vậy pin mặt trời lý tưởng nhất là pin có hệ số nhiệt độ thấp nhất có thể. Tất cả các tấm pin mặt trời Canadian đều đạt tiêu chuẩn và có hệ số nhiệt độ là -0,41.
Bảng 3.2 trình bày các thông số của tấm pin năng lượng Canadian [21]. Với thời gian sử dụng là 25 năm. Trong những năm đầu tiên đảm bảo công suất sản phẩm không dưới 98% công suất ghi trên tấm pin. Từ năm thứ 2 đến năm 25, đảm bảo công suất giảm mỗi năm không được lớn hơn 0.55%, và ở năm thứ 25 công suất đầu ra không được ít hơn 84.8% công suất ghi trên nhãn tấm pin.
Hiệ u suấ t nhỏ nhấ t Hiệ u suấ t lớn nhấ t
Bảng 3.2 Thông số tấm pin Canadian CS6X
Tấm pin canadian CS6X-325P được dùng để mô phỏng trên phần mềm Homer. Bằng sự ghép nối các tấm pin để đạt công suất 1MW. Hình 3.3 cài đặt thông số của tấm pin cũng như chi phí của hệ thống pin mặt trời. Thời gian sử dụng là 25 năm.
Hình 3.3 Cài đặt mô phỏng tấm pin mặt trời Canadian
Thông số Giá trị
Thương hiệu Canadian
Loại CS6X-325P Công suất 325 W Điện áp định mức 37V Dòng định mức 8.78 A Nhiệt độ hoạt động 0 0 -40 C đến +85 C
Điện áp tối đa 1000V
Dòng tối đa 15A
Hiệu suất 16,72%
Vòng đời 25 năm
3.2.2 Tua bin gió G1500
Các tua bin gió hiện nay được chia thành hai loại Một loại theo trục đứn g giống như máy bay trực thăng. Một loại theo trục ngang . L oại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt. Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi. Ngày nay tuabin gió 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi (Hình 3.4).
Dãy công suất tuabin gió thuận lợi từ 50 kW tới công suất lớn hơn cỡ vài MW. Để có dãy công suất tuabin gió lớn hơn thì tập hợp thành một nhóm nhưng tuabin với nhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện.
Hình 3.4 Cấu tạo bên trong của tua bin gió điển hình [23]
Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản. Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện. Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió. Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi, tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường. Các tuabin gió có thể sử dụn g cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn. Thông số của tuabin gió G1500 [24] và thông số cài đặt trên phần mềm được thể hiện trên Bảng 3.3 và Hình 3.5.
Bảng 3.3 Thông số tua bin gió G1500
Hình 3.5 Cài đặt mô phỏng tua bin gió G1500
Thông số Giá trị
Thương hiệu Genaric
Loại G1500 Công suất 1,5 MW Tốc độ gió thấp 3,5 đến 4 m/s Tốc độ gió cao 20 đến 25 m/s Tốc độ trung bình 17 đến 22 m/s Đường kính cánh quạt 70,5 m Tốc độ 10,1 đến 22,2 rpm Chiều cao 60 đến 80 m Điện áp đinh mức 690V Vòng đời 20 năm Giá 2000000 USD
3.2.3 Máy biến áp Eaton
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Với mục đích là biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Định nghĩa theo cách khác. Máy biến áp là thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định.
Một máy biến áp được cấu tạo bởi 3 phần chính lõi thép, dây quấn và vỏ máy. Lõi thép gồm có Trụ và Gông. Trụ là phần để đặt dây quấn. Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau. Chúng thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt. Phần dây quấn này thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm và bên ngoài được bọc cách điện. Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Cuộn dây có nhiệm vụ nhận năng lượng vào (nối với mạch điện xoay chiều) được gọi là cuộn dây sơ cấp (ký hiệu là N1), còn cuộn dây có nhiệm vụ truyền năng lượng ra (nối với nơi tiêu thụ) được gọi là cuộn dây thứ cấp (ký hiệu là N2). Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà các số vòng của các cuộn dây khác nhau. Ví dụ như N2> N1 thì gọi là máy tăng áp, nếu N2<N1 thì gọi là máy hạ áp. Phần vỏ máy tùy theo từng loại máy biến áp mà thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các bộ phân bên trong của máy.
Nguyên lý làm việc của máy biến áp là dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ (là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên. Năm 1831, Michael Faraday đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng từ trường có thể sinh ra dòng điện. Thực vậy, khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện). Và khi đặt điện áp xoay chiều ở 2 đầu cuộn dây sơ cấp, sẽ gây ra sự biến thiên của từ thông ở bên trong 2 cuộn dây. Và từ thông (từ thông là thông lượng đường sức từ đi qua một diện tích; từ thông được tạo ra từ phép tích phân của phép nhân vô hướng giữa mật
độ từ thông với véctơ thành phần diện tích, trên toàn bộ diện tích) này sẽ đi qua cuộn sơ cấp và thứ cấp, sau đó trong cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện suất điện động (tên khác là biến áp) cảm ứng và làm biến đổi điện áp ban đầu. Bảng 3.4 và Hình 3.6 trình bày thông số và mô phỏng trên phần mềm [25].
Bảng 3.4 Thông số máy biến áp Eaton
Hình 3.6 Cài đặt mô phỏng máy biến áp Eaton
Thông số Giá trị
Thương hiệu Eaton
Loại 9395P
Điện áp đầu vào AC 380 VAC
Điện áp đầu vào DC 220 VDC
Công suất 24000 W
Hiệu suất chuyển đổi 93,6%
Vòng đời 15 năm
3.3 Dữ liệu của hệ thống trên phần mềm Homer3.3.1 Dữ liệu bức xạ mặt trời 3.3.1 Dữ liệu bức xạ mặt trời
Dữ liệu bức xạ mặt trời tại các tỉnh được khảo sát trên phần mềm Homer được xác định từ máy chủ của NASA trên phần mềm Homer. Hình 3.7 trình bày dữ liệu bức xạ tại tỉnh Đà Nẵng.
Hình 3.7 Dữ liệu bức xạ mặt trời tại Đà Nẵng trên phần mềm Homer Từ dữ liệu bức xạ mặt trời tại các tỉnh khảo sát được tổng hợp lại thành một biểu đồ để so sánh. Hình 3.7 trình bày dữ liệu bức xạ của các tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam. Trong các tháng 2, 3, 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h. Cường độ bức xạ trung bình đạt từ 4,42 đến 5,29 kWh/m2/ngày. Kết quả cho thấy tại các tỉnh Bình Thuận, Vũng Tàu, Trà Vinh, Cà Mau thì cường độ bức xạ lớn hơn 5,1 kWh/m2/ngày. Các tỉnh Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Phú yên có bức xạ mặt trời thấp.
7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng
Hình 3.8 Biểu đồ bức xạ mặt trời tại các tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam
Ca Mau
Binh Thuan
Da Nang Binh Thuan
Quang Ngai Vung Tau Binh Dinh Tra Vinh Phu Yen Soc Trang
Khanh Hoa Ca Mau
B ức X ạ M ặt T rờ i ( kW h/ m 2 /d ay )
3.3.2 Dữ liệu tốc độ gió
Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới chỉ ra rằng, Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước khu vực, với hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s, ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512 GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt (tốc độ gió ở độ cao 65m 7 - 8 m/giây), có thể tạo ra hơn 110 GW [26].
Dữ liệu tốc độ gió cũng được xác định từ máy chủ của NASA trên phần mềm Homer. Hình 3.9 trình bày tốc độ gió tại tỉnh Đà Nẵng trên phần mềm Homer.
Hình 3.9 Dữ liệu tốc độ gió tại Đà Nẵng trên phần mềm Homer
Tốc độ gió tại các tỉnh miền Trung và miền Nam được trình bày ở Hình 3.10. Biểu đồ cho thấy các tháng Một, Hai, Ba và tháng Mười, Mười Một, Mười Hai có tốc độ gió trên 6m/s đối với các tỉnh như Bình Thuận, Vũng Tàu. Các tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau có tốc độ gió thấp.
9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng
Hình 3.10 Biểu đồ tốc độ gió tại các tỉnh miền Nam
3.4 Kết quả mô phỏng
Dựa vào bức xạ mặt trời và tốc độ gió ở Hình 3.8 và Hình 3.10 khi khảo sát tại 10 tỉnh miền Trung và miền Nam Việt Nam. Từ phần mềm mô phỏng Homer cho sản lượng điện được trình bày như Bảng 3.5.
Bảng 3.5 Sản lượng điện hệ thống PV, Wind và PV-Wind
Tỉnh Hệ thống PV Sản lượng (kWh/năm) Hệ thống Wind Sản lượng (kWh/năm) Hệ thống PV- Wind Sản lượng (kWh/năm) TP.Đà Nẵng 1467622 3760333 5227955 Quảng Ngãi 1330088 3283774 4613862 Bình Định 1543020 3256734 4799754 Phú Yên 1513531 3418804 4392335 Khánh Hòa 1509989 3418804 4928793 Bình Thuận 1552048 3813242 5365290 Vũng Tàu 1541427 3789372 5330799 Trà Vinh 1509464 2619888 4129352 Sóc Trăng 1508779 2619888 4128867 Cà Mau 1592551 2542795 4135346
Da Nang Binh Thuan Quang Ngai Vung Tau Binh Dinh Tra Vinh Phu Yen Soc Trang Khanh Hoa Ca Mau
Vung Tau Binh Thuan Tố c độ g ió (m /s )
Khi đầu tư hệ thống năng lượng điện mặt trời tại các tỉnh khảo sát thì cho sản lượng điện ở mức thấp. Cụ thể tại các tỉnh Quãng Ngãi, thành phố Đà Nẵng cho sản lượng thấp là 1330088 kWh/năm và 1467622 kWh/năm. Tại các tỉnh cho sản lượng lớn như Bình Thuận là 1552048 kWh/năm, Vũng Tàu là 1541427 kWh/năm, Cà Mau là 1592551 kWh/năm.
Đối với hệ thống năng lượng gió thì cho sản lượng cao hơn. Các tỉnh có sản lượng thấp như tỉnh Cà Mau là 2542795 kWh/năm, tỉnh Sóc Trăng và Trà Vinh là 2619888 kWh/năm. Các tỉnh cho sản lượng cao như Bình Thuận 3813242 kWh/năm, Vũng Tàu là 3789372 kWh/năm.
Khi kết hợp hệ thống lai năng lượng điện mặt trời và điện gió thì đạt kết quả tốt nhất. Các tỉnh cho sản lượng thấp như Trà Vinh là 4129352 kWh/năm, Sóc Trăng là 4128867 kWh/năm, Cà Mau là 4135346 kWh/năm. Những tỉnh này khi kết hợp hệ thống lai năng lượng mặt trời và năng lượng gió chưa mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tại các tỉnh Bình Thuận là 5365290 kWh/năm, Vũng Tàu là 5330799 kWh/năm có sản lượng điện cao nên việc đầu tư dự án mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Chương 4 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ KĨ THUẬT CỦA HỆ THỐNG LAI
4.1 Chi phí đầu tư ban đầu của dự án
Khi quản lý thực hiện dự án đầu tư xây dựng, chủ đầu tư, đơn vị thi công và các bên có liên quan phải tuân thủ các nguyên tắc cơ bản của quản lý dự án đầu tư xây dựng. Khi đó, việc quản lý dự án đầu tư xây dựng đòi hỏi cần có những chi phí hợp lý và hợp lệ, để thực hiện vấn đề này pháp luật nói chung và pháp luật về xây dựng nói riêng đã quy định rất rõ những hành lang pháp lý trong cách tính và định mức chi phí quản lý dự án đầu tư xây dựng mới nhất. Chi phí quản lý dự án là chi phí cần thiết để tổ chức thực hiện các công việc quản lý dự án từ giai đoạn chuẩn bị dự án, thực hiện dự án và kết thúc xây dựng đưa công trình của dự án vào khai thác sử dụng.
Theo thông tư số 16/2019/TT-BXD về hướng dẫn xác định chi phí quản lý dự án và tư vấn đầu tư xây dựng [17], chi phí tư vấn đầu tư xây dựng xác định theo định mức chi phí tư vấn đầu tư xây dựng là cơ sở để xác định chi phí các công việc tư vấn gồm chi phí nhân công tư vấn (tiền lương, các khoản phụ cấp lương, tiền thưởng, phúc lợi tập thể, các khoản đóng góp bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế, bảo hiểm thất nghiệp, kinh phí công doàn, trích nộp khác theo quy định của pháp luật đối với các cá nhân thực hiện công việc tư vấn tại dự án); chi phí ứng dụng khoa học công nghệ; chi phí thanh toán các dịch vụ công cộng, vật tư văn phòng phẩm, thông tin liên lạc; chi phí thuê mướn, sửa chữa, mua sắm tài sản phục vụ tư vấn cho dự án (nếu có); chi phí quản lý của tổ chức tư vấn; chi phí khác; lợi nhuận chịu thuế tính trước nhưng chưa bao gồm chi phí áp dụng hệ thống thông tin công trình , thuế giá trị gia tăng và chi phí dự phòng.
Để xây dựng nhà máy năng lượng điện Mặt Trời kết hợp điện gió thì cần xác định các chi phí đầu tư ban đầu như chi phí thiết bị, chi phí mua đất, chi phí xây dựng, chi phí phát triển và bảo hiểm. Tổng chi phí đầu tư ban đầu được trình bày ở Bảng 4.1.
Bảng 4.1 Tổng chi phí ban đầu hệ thống PV, Wind và PV-Wind
Như vậy với công suất là 1 MW, hệ thống năng lượng mặt trời thì chi phí ban đầu là 1188909 USD, hệ thống năng lượng điện gió chi phí ban đầu là 1957272 USD. Còn khi đầu từ hệ thống lai năng lượng mặt trời và năng lượng gió thì tổng chi phí ban đầu là lớn nhất với 2631909 USD.
4.2 Phân tích giá trị kinh tế của hệ thống
Hiện nay, hệ thống điện mặt trời và điện gió được xem là một giải pháp năng