Nội dung 1: Khảo sát nhu cầu phụ tải điện và các điều kiện kỹ thuật phục vụ công tác thiết kế mơ hình trạm điện MT nối lưới nội bộ cho hộ tiêu thụ điện tại Khu Di tích K9.
Nội dung 2: Đánh giá tiềm năng một số nguồn năng lượng gió và năng lượng
mặt trời tại Khu Di tích K9, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội.
Nội dung 3: Đánh giá tiềm năng giảm phát thải CO2 của nguồn năng lượng có
tiềm năng tại Khu Di tích K9, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội.
Nội dung 4: Đề xuất giải pháp đưa nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng phục
vụ cho Khu Di tích K9, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội.
Nội dung 5: Mơ hình trạm điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới tại K9. Xác định được điểm đặt, tính tốn được cơng suất điện năng và lượng giảm phát thải khí CO2 của mơ hình.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết quả khảo sát phụ tải điện tại Khu Di tích K9
3.1.1 Địa điểm khảo sát
Địa chỉ: Khu Di tích K9, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội.
3.1.2 Kết quả khảo sát phụ tải điện
Các hộ tiêu thụ điện chính Khu vực K9 có thể chia thành 15 hộ chủ yếu là sân thể thao, bể bơi, khu huấn luyện, nhà khách, nhà ăn, đội huấn luyện, nhà kính, nhà di tích - nhà sàn, khu chỉ huy, bếp nấu ăn, đội bảo vệ, khu biệt thự và nhà khách, khu tập kết khách và bãi đỗ xe, nhà tưởng niệm đang được xây dựng.
Quy mô công suất tiêu thụ, số giờ sử dụng trong ngày của các hộ tiêu thụ chính tại K9 được tổng hợp trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tổng hợp các hộ tiêu thụ điện khu vực K9 năm 2013
TT Hộ tiêu thụ Công suất
tiêu thụ (kW) Số lượng
1 Sân thể thao 24 16 đèn KI 1500w
2 Bể bơi 40 30 đèn KI 1000W, bơm xử lý nước 3 Khu huấn luyện 15 Đèn chiếu sáng, quạt
4 Nhà khách 20 Đèn chiếu sáng, quạt, bình nước nóng 5 Nhà ăn 10 Đèn chiếu sáng, quạt, Điều hòa
6 Đội huấn luyện 10 Đèn chiếu sáng, quạt
7 Nhà kính 25 Đèn chiếu sáng, quạt, Điều hịa, bình nước nóng
8 Nhà di tích, nhà sàn 10 Đèn chiếu sáng, quạt, Điều hòa
9 Khu chỉ huy 50 Đèn chiếu sáng, quạt, Điều hịa, bình nước nóng, máy tính
10 Bếp nấu ăn 1 Đèn chiếu sáng, quạt 11 Đội bảo vệ 5 Đèn chiếu sáng, quạt
12 Khu biệt thự 25 Điều hịa, bình nước nóng, đèn chiếu sáng, quạt
TT Hộ tiêu thụ Công suất
tiêu thụ (kW) Số lượng
sáng, quạt 14 Khu tập kết khách
và bãi đỗ xe 90
Đèn chiếu sáng, quạt, Điều hịa, máy tính
15 Nhà tưởng niệm
Bác 6
Đèn chiếu sáng, quạt, Điều hịa, máy tính
Tổng 431
3.1.3 Lượng điện năng tiêu thụ
Kết quả thống kê số liệu điện tiêu thụ và tiền điện phải trả trong 2 năm liên tục từ năm 2009 và 2010 được tổng hợp trong bảng 3.2 và hình 3.1.
Bảng 3.2: Tổng hợp tình hình tiêu thụ điện K9 từ tháng 1/2009-12/2010. Năm 2009 Năm 2010 Năm 2009 Năm 2010 Tháng Tổng lượng điện (kWh) Tổng số tiền (đồng) Tổng lượng điện (kWh) Tổng số tiền (đồng) 1 8.034 20.468.590 19.357 21.970.195 2 20.551 23.325.385 21.478 24.377.530 3 26.775 30.389.625 24.352 29.392.864 4 29.720 33.732.200 27.212 32.844.884 5 27.474 31.182.990 28.259 34.108.613 6 25.740 29.214.900 25.122 30.322.254 7 26.113 29.638.255 27.164 32.786.948 8 33.299 37.794.365 23.568 28.466.576 9 31.165 35.327.275 24.026 28.999.382 10 29.777 33.796.895 21.599 26.069.993 11 24.777 28.121.895 20.305 24.508.135 12 20.135 22.853.225 22.069 26.637.283 Cả năm 313.560 355.845.600 284.511 340.484.657
Hình 3.1: Biểu đồ mức tiêu thụ điện năm 2009 - 2010
3.1.4 Nhận xét
Qua kết quả khảo sát phụ tải điện tại Khu Di tích K9, chúng ta có một số nhận xét như sau:
- Tại bảng 3.1 cho thấy nhu cầu sử dụng đèn chiếu sáng và quạt mát tại K9 không nhiều do thiết kế trụ sở làm việc rất thuận lợi cho việc sử dụng ánh sáng và gió tự nhiên. Tuy nhiên, có một số thiết bị tiêu thụ điện trong Khu vực K9 chủ yếu là: điều hòa nhiệt độ, máy bơm nước, quạt và đèn chiếu sáng đã cũ, nếu có thể thay thế mới số lượng thiết bị này thì cịn có khả năng tiết kiệm điện năng nhiều hơn. Hiện tại khu nhà khách, khu tập kết khách đang là nơi tiêu thụ điện năng lớn trong khu vực K9, trong tương lai mở rộng đối tượng đến thăm quan, học tập sinh hoạt văn hóa tại Khu vực thì đây sẽ là hai nơi có nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng lớn nhất trong Khu Di tích K9.
- Từ số liệu tiêu thụ điện 2 năm liên tục tại bảng 3.2 và hình 3.1 cho thấy điện năng tiêu thụ Khu vực K9 biến động không lớn giữa các năm và giữa các tháng trong năm. Điện năng tiêu thụ tăng cao hơn trong các tháng mùa hè. Trong tháng 8/2009, điện năng tiêu thụ là lớn nhất trong năm. Trong năm 2010, điện năng tiêu thụ trong các tháng 8, 9, 10 có giảm hơn, là do có một số thiết bị cũ đã được thay mới nên có khả năng tiết kiệm điện năng.
- Vào những ngày mùa hè nóng bức, cùng với sự phát triển của đất nước và nhu cầu sử dụng điện của nhân dân trong khu vực tăng đáng kể dẫn đến hiện tượng quá tải thường xuyên xảy ra gây mất điện cho khu vực, làm ảnh hưởng đến việc thực hiện nhiệm vụ chính trị của đơn vị, cũng như các hoạt động tham quan, nghỉ dưỡng của du khách và sinh hoạt của cán bộ, chiến sỹ. Trung bình mỗi tuần có 01 lần, mỗi lần 04 giờ mất điện. Giai đoạn đến năm 2020 Khu Di tích K9 vẫn tiếp tục được đầu tư và nâng
cấp hạ tầng cơ sở, mở rộng đối tượng đến tham quan, học tập, nghỉ dưỡng của đồng bào và chiến sỹ cả nước. Hàng năm, có 2 đợt huấn luyện chiến sỹ phục vụ cơng tác của Bộ Tư lệnh Lăng, do đó việc sử dụng điện cũng tăng lên và cần có những nghiên cứu điều chỉnh sử dụng điện năng cho phù hợp.
Để đảm bảo cung cấp điện ổn định và sử dụng hiệu quả tiết kiệm điện năng và năng lượng phục vụ hoạt động của Khu Di tích K9, khai thác lợi dụng nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ có lợi trong việc hài hòa giữa vấn đề năng lượng với vấn đề bảo vệ môi trường, cảnh quan trong khu vực, giảm phát thải CO2 đồng thời với tăng lượng điện tiêu thụ, Bộ Tư lệnh Lăng cần xem xét áp dụng một số giải pháp chủ yếu sau đây: + Khai thác hợp lý các nguồn năng lượng tại chỗ (năng lượng mặt trời, địa nhiệt, gió) kết hợp với nguồn điện lưới được nâng cấp cải tạo nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đặc biệt là các hộ phụ tải ưu tiên.
+ Khu vực K9 có 3 vị trí có khơng gian rộng, khơng bị cây rừng che khuất có thể khai thác nguồn năng lượng mặt trời là khu huấn luyện, khu Chỉ huy, khu đón khách và bãi để xe.
+ Trong khuôn viên Khu K9 cần khảo sát những vị trí thuận lợi để lắp đặt đèn chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời. Việc thiết kế lựa chọn kiểu dáng đèn chiếu sáng cần được chú ý để đảm bảo sự hài hịa và tơn tạo cảnh quan khu vực.
Để có cơ sở cho việc đề xuất áp dụng các giải pháp nêu trên, dưới đây sẽ trình bày kết quả khảo sát đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ (NLG và BXMT), của Khu K9 và những giải pháp kỹ thuật cơng nghệ có triển vọng nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp năng lượng cho khu vực K9 và khả năng giảm thiểu CO2 của giải pháp được lựa chọn.
3.2 Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời và năng lượng gió tại K9
3.2.1 Số liệu điều tra tiềm năng năng lượng mặt trời và năng lượng gió tại K9
- Vị trí đặt trạm đo: Trạm đo thơng số gió và BXMT được đặt tại khu vực núi U Rồng, đảm bảo được yêu cầu về độ cao, độ thống, khơng bị che khuất,… những yếu tố gây sai số khi đo. Đây là nơi có thể đón gió của tất cả các hướng, đặc biệt là hướng gió Đơng - Nam và Đơng - Bắc, là hai hướng gió phổ biến của khu vực đồng bằng và trung du Bắc Bộ.
- Thiết bị đo thơng số về gió và mặt trời hãng NRG – Mỹ (thiết bị đo tự ghi và lưu trữ dữ liệu trên máy tính theo chu kỳ tính bằng phút). Đầu đo gió đặt tại vị trí cao 20, 40 và 60 m; Đầu đo năng lượng bức xạ mặt trời đặt tại vị trí 10 m (hình 3.2).
Hình 3.2: Cột đo gió và bức xạ mặt trời tại Khu Di tích K9
- Số liệu: Thời gian đo của trạm là 01 năm liên tục. Các số liệu đo được lưu trữ tự động trên phần mềm chuyên dụng. Sau khi xử lý số liệu, các số liệu sẽ được tổng hợp, trình bày về như sau:
+ Số liệu về BXMT: Các thông số về BXMT đo được tại Khu Di tích K9 bao gồm thời gian đo, BXMT trung bình (W/m2), độ dao động BXMT (10’) (W/m2), BXMT max (W/m2), BXMT min (W/m2) và năng lượng (W/m2). Số liệu chi tiết sẽ xem thêm trong tài liệu phụ lục 01 của báo cáo.
+ Số liệu đo thông số gió: Các thơng số gió đo được tại Khu Di tích K9 bao gồm tốc độ gió trung bình, độ biến động của tốc độ gió, hướng gió tại các độ cao 20m, 40m và 60m. Thiết bị đo tự động được đặt chế độ 10 phút đo 01 lần. Số liệu chi tiết sẽ xem thêm trong tài liệu phụ lục 02 của báo cáo.
3.2.2 Tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời tại khu vực K9
Trên cơ sở phân tích, tính tốn số liệu đo bức xạ mặt trời tại trạm đo đặt tại Khu Di tích K9 và có tham khảo số liệu của các trạm khí tượng lân cận là Trạm Láng và trạm Ba Vì, đề tài tập hợp được tiềm năng năng lượng BXMT (Qd) như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Bảng tính tốn kết quả bức xạ mặt trời tại Khu Di tích K9 Tháng Số ngày Qd (Wh/m2) Tháng Số ngày Qd (Wh/m2) 1 31 2124 2 28 2112 3 31 2285 4 30 3011 5 31 4765 6 30 4812 7 31 4987 8 31 5023 9 30 4678 10 31 3768 11 30 3142 12 31 2670 Trung bình 3615
Nguồn: Đề tài VAST.NĐP.05/11-12[19]
Hình 3.3: Biểu đồ có tiềm năng bức xạ mặt trời tại Khu Di tích K9 năm 2012
Khu vực K9, thuộc huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội có đặc điểm chung về bức xạ mặt trời của vùng Đông Bắc Việt Nam, theo bảng 1.3 khu vực Đơng Bắc Việt Nam có số giờ nắng trung bình từ 1600 - 1800 giờ/năm. Kết quả trên bảng 3.3 và hình 3.3 cho thấy Khu vực K9 cũng như vùng Hà Nội có tiềm năng bức xạ mặt trời không cao bằng các khu vực khác trong cả nước. Tổng xạ trung bình ngày trong năm tại khu vực này là 3615Wh/m2 (3108kcal/m2). Trong các tháng mùa hè, đặc biệt ở tháng 8 tổng xạ
mặt trời là cao nhất (5023Wh/m2), phù hợp với nhu cầu cung cấp điện năng lớn nhất trong năm tại K9. Như vậy so với các vùng núi khác của Bắc bộ, thì tiềm năng năng lượng mặt trời ở khu vực này là khá khả quan, có thể lắp đặt trạm điện mặt trời để khai thác nguồn năng lượng này để phát điện bổ sung cho nguồn điện trong khu vực K9.
Hiện nay, nhiều cơng trình xây dựng trạm điện mặt trời khu vực Hà Nội đã cho thấy, nguồn năng lượng bức xạ mặt trời khu vực Hà Nội có tính khả thi về kỹ thuật và có hiệu quả kinh tế.
3.2.3 Tiềm năng năng lượng gió tại khu vực K9
3.2.3.1 Tính tốn phân bố tốc độ gió theo độ cao tại K9
Tốc độ gió trung bình của K9 ở các độ cao khác nhau được thống kê trên bảng 3.4 và đồ thị hóa trên hình 3.4 như sau:
Bảng 3.4: Tốc độ gió trung bình tại Khu vực K9 ở các độ cao khác nhau
(m/s) Tháng Độ cao 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 TB 10m 1,3 1,3 1,3 1,6 1,4 1,2 1,1 1,1 1,0 1,1 1,0 1,0 1,2 20m 1,5 1,5 1,5 1,8 1,7 1,4 1,3 1,3 1,1 1,2 1,2 1,2 1,4 40m 2,4 2,4 2,4 2,9 2,7 2,2 2,1 2,0 1,8 2,0 1,9 1,9 2,2 60m 3,0 3,0 3,0 3,6 3,3 2,8 2,6 2,5 2,2 2,4 2,4 2,3 2,7
Nguồn: Đề tài VAST.NĐP.05/11-12[19]
Hình 3.4: Đồ thị tốc độ gió trung bình tại Khu vực K9 ở các độ cao khác nhau
Như vậy, theo số liệu thu được trong bảng 3.4 và hình 3.3 cho thấy tốc độ gió trung bình tại khu vực K9 không lớn. Trong các tháng mùa hè, tháng 3 đến tháng 6 có tốc độ gió ở các độ cao khác nhau lớn hơn các tháng còn lại trong năm.
Tính tốn phân bố tốc độ gió tại các độ cao 40m và 60m trên tồn bộ diện tích khu vực K9 (xem hình 3.5, 3.6).
Hình 3.5: Phân bố tốc độ gió khu vực K9 tại độ cao 40m so với mặt đất
Hình 3.7: Phân bố số giờ có các tốc độ gió khác nhau trong năm 2012 tại khu K9
Theo kết quả tính tốn phân bố tốc độ gió trên tồn bộ khu vực K9 thấy rằng: - Tại độ cao 20m so với mặt đất phần lớn khu vực K9 tốc độ gió phổ biến khoảng 1m/s, tại các vị trí cao hơn tốc độ gió khá hơn nhưng cũng chỉ đạt được 2 – 2,5m/s, tuy vậy diện tích này khơng lớn. Có hai vị trí trên đỉnh cao, tốc độ gió có thể đạt trên 3m/s.
- Tại độ cao 40m so với mặt đất (hình 3.5) phân bố tốc độ gió có cải thiện hơn, phần lớn diện tích có phân bố tốc độ gió khoảng 1,5m/s.
- Tại độ cao 60m so với mặt đất (hình 3.6) phần diện tích có tốc độ gió đạt 2,5 đến 3m/s chiếm đa số.
Hình 3.7, trình bày kết quả tính tốn phân bố số giờ có tốc độ gió khác nhau trong năm tại K9. Quan sát biểu đồ ta thấy rằng tốc độ gió nhỏ hơn 3m/s chiếm đa số thời gian trong năm. Số giờ có tốc độ gió lớn hơn 4m/s rất ít. Tổng số giờ có gió trên 2,5m/s trong 01 năm tại K9 nhỏ hơn 2000h. Qua số liệu này cũng cho thấy rằng tiềm năng năng lượng gió tại K9 khơng lớn.
3.2.3.2 Mật độ năng lượng gió theo độ cao tại K9
Để xác định mật độ năng lượng gió tại khu vực K9 ta sử dụng phần mềm WASP, trên cơ sở sử dụng số liệu về phân bố gió đã xác định ở phần trên. Kết quả bản
đồ phân bố mật độ năng lượng gió tại khu vực K9 ở độ cao 40 và 60m được trình bày trên các hình 3.8 và hình 3.9.
Hình 3.8: Bản đồ phân bố mật độ năng lượng khu vực K9 ở độ cao 40m
Theo kết quả tính tốn phân bố mật độ năng lượng tại các độ cao 40m và 60m thấy rằng tại độ cao 40m tiềm năng năng lượng gió tại khu K9 khơng cao, chủ yếu có mật độ năng lượng khoảng trên dưới 30 - 40W/m2, chỉ có tại các đỉnh núi cao như tại U Rồng có thể đạt trên 50W/m2. Tại độ cao 60m so với mặt đất phổ biến là lớn hơn 40 - 50 W/m2.
Như vậy, theo kết quả tính tốn phân bố mật độ năng lượng gió trong khu vực K9 thì tiềm năng năng lượng gió tại đây khơng lớn. Khai thác năng lượng gió tại đây không đạt được hiệu quả mong muốn của công nghệ điện gió hiện nay.
3.3 Tiềm năng giảm phát thải CO2 của nguồn NLTT tại khu vực K9
Ủy ban Liên chính phủ về Thay đổi khí hậu (IPCC) vừa mới công bố (ngày