Luận văn Tính toán, thiết kế lưới điện hỗn hợp mini có các nguồn phát năng lượng mới và tái tạo cho các khu vực nông thôn chưa có điện lưới quốc gia

au: - Đảo Hòn Tre thuộc khu bảo tồn biển VỊnh Nha Trang, vì vậy việc khai thác sinh khối là bị cấm. - Lượng sinh khối ở đảo cũng không lớn. Đảo chỉ có diện tích tổng thể là 3600ha, trong đó hơn nửa diện tích là vùng ngập nước.  Năng lượng gió: Cho đến nay chưa có số liệu về NLG ở khu vực Đảo. Tại thời điểm này chưa thể nói gì về khả năng ứng dụng, khai thác NLG cho phát điện. Ngoài ra, số liệu đo gió ở trạm khí tượng thủy văn Khánh Hoà (cách Hòn Tre khoảng 40km) ở độ cao 10 - 12m cho thấy tốc độ gió rất thấp, trung bình năm chỉ là 2,8m/s (thời gian đo từ năm 1988 đến năm 1998) (theo số liệu của Viện khí tượng thuỷ văn tỉnh). Tuy nhiên, nếu trong tương lai, số liệu NLG đo ở độ cao 30 - 40m cho thấy có thể khai thác được NLG hiệu quả thì có thể sử dụng nguồn năng TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên lượng này để phát điện cung cấp cho Hòn Tre.  Năng lượng mặt trời: Đảo Hòn Tre thuộc khu vực có năng lượng mặt trời (NLMT) cao nhất ở Việt Nam, vì vậy việc khai thác, ứng dụng nguồn năng lượng này sẽ rất có hiệu quả. Cho đến nay chưa có trạm khí tượng thủy văn nào đặt trực tiếp trên đảo. Để đánh giá NLMT trên đảo các số liệu về bức xạ mặt trời ở các trạm khí tượng thủy văn ở các khu vực lân cận Hòn Tre đã được thu thập, đặc biệt theo nguồn COWI – Study Report No 5A – June 1999 số liệu về bức xạ mặt trời trung bình tại Nha Trang có thể sử dụng để đánh giá và tính toán. Số liệu được cho trong bảng 3.1. Như số liệu ghi trong bảng 3.1, bức xạ mặt trời trung bình ngày của khu vực này là 5,30 kWh/m2/ngày. Do đó NLMT trung bình năm sẽ là 1908 kWh/m2/năm. Bảng 3.1. Bức xạ mặt trời trung bình tại Nha Trang ( theo nguồn COWI – Study Report No 5A – June 1999) Hình 3.1. Bức xạ mặt trời trung bình ngày trong tháng trên bề mặt nằm ngang Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kWh/m2/ngày 4,67 5,16 5,86 5,73 5,43 6,00 5,49 5,73 5,93 5,08 4,36 4,20 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kWh/m2/ngày Tháng TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các số liệu này sẽ được dùng để thiết kế hệ thống điện ở Đầm Báy. Với giá trị NLMT khá cao ở khu vực đảo Hòn Tre sự ứng dụng công nghệ điện mặt trời sẽ khá hiệu quả. Tuy nhiên, trong các tháng 1, 11 và 12 bức xạ mặt trời kém hơn một ít so với mức trung bình cả năm là 5,30 kWh/m2/ngày.  Thủy năng: Có vài suối nhỏ ở Đảo Hòn Tre nhưng chỉ có nước vào mùa mưa, từ tháng 4 đến tháng 8. Trong các thời gian khác trong năm các suối này bị khô cạn. Tóm lại, hiện nay nguồn năng lượng duy nhất có thể khai thác để phát điện ở Đảo Hòn Tre là nguồn năng lượng mặt trời. TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƯƠNG IV THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 4.1. Nhu cầu điện năng hiện tại và dự báo trong tương lai 4.1.1. Hiện trạng cung cấp điện ở đảo Hòn Tre Một phần của hiện trạng cung cấp điện ở Đầm Báy đã được trình bày trong mục 3.2.3 ở trên. Điện của cụm dân cư được cung cấp có công suất nhỏ nhờ các máy phát chạy bằng diezen của một vài hộ tự đầu tư. Năm 2007 điện năng tiêu thụ trung bình trên mỗi hộ trong khoảng 0,25kW/ngày. Do máy phát tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị điện năng rất lớn nên lượng dầu tiêu hao khá lớn, 0,8 lít/kWh (Theo số liệu các hộ có máy phát diezen ghi chép năm 2007). Giá dầu ở đảo hiện nay là 17500đ/lít. Vì vậy giá thực tế của điện năng ở Hòn Tre là khoảng 14000đ/kWh. Các hộ phải trả trả toàn bộ số tiền này vì không có sự bù cấp. Ngoài ra các hộ tiêu thụ điện phải nộp kinh phí để sửa chữa, bảo dưỡng các máy phát và đường dây cung cấp điện. Do vậy hàng tháng trung bình mỗi hộ chỉ phải trả từ 70 000 đến 80 000 VND tiền điện. Phần lớn điện năng được sử dụng cho sinh hoạt trong gia đình như chiếu sáng, tivi, quạt mát, v.v... Hàng ngày điện chỉ được phát 4 - 5 tiếng một ngày từ khoảng 6 giờ tối đến 11 giờ đêm. Hàng tháng các hộ tiêu thụ điện sẽ nộp tiền điện và kinh phí bảo dưỡng, sửa chữa máy phát cho các hộ bán điện. 4.1.2. Tính toán nhu cầu sử dụng điện năm 2008 Dự báo nhu cầu điện trong tương lai là một trong các nội dung rất quan trọng trong xây dựng, thiết kế dự án hệ thống cung cấp điện ngoài lưới. Có 2 thông số chính cần xác định, đó là nhu cầu điện hàng năm và công suất đỉnh. Sự dự báo nhu cầu điện cũng rất cần thiết cho việc lập đường cong phụ tải hàng ngày, đường cong này sẽ cho các thông tin cần thiết để thiết kế và vận hành hệ thống điện. TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Việc dự báo nhu cầu điện ở Đầm Báy được chia ra làm 2 nhóm theo mục đích sử dụng điện. Đó là: Sử dụng điện cho các thiết bị gia dụng và điện cho các thiết bị phi gia dụng. Nhu cầu về công suất cũng như điện năng được dự báo cho năm thứ nhất 2008, với các giả thiết rằng, tất cả các hộ trong thôn đều được nối vào lưới điện. Số liệu tính toán nhu cầu sử dụng điện của năm 2008 được xem là số liệu cơ sở. 4.1.2.1. Điện sử dụng cho các thiết bị gia dụng Các thiết bị sử dụng điện trong hộ gia đình gồm có: Bóng đèn, tivi và quạt mát. Dự báo cho nhu cầu điện về lĩnh vực này được thực hiện dựa trên các số liệu điều tra khảo sát thực tế ở Đầm Báy và Hòn Tre thực hiện năm 2007 (Nhu cầu tại các hộ sử dụng diezen với công suất trung bình mmõi hộ là 180W). Ngoài ra, số liệu và các kinh nghiệm có được từ các dự án điện khí hóa nông thôn các khu vực khác ở Việt Nam cũng được xem xét, tham khảo. Điều rõ ràng là, đối với khu vực nông thôn xa xôi và biệt lập như Đầm Báy, thì hiện nay tiêu thụ điện cho các thiết bị gia dụng là phần chính trong tiêu thụ điện ở nông thôn. Thời gian cao điểm cần công suất phát lớn nhất ở trong khoảng 18 giờ tối đến 21 giờ đêm hàng ngày. Để dự báo nhu cầu điện cho các thiết bị gia dụng ở đây dùng phương pháp "Hộ tiêu thụ điển hình" ở nông thôn. Cần nhấn mạnh rằng "Hộ tiêu thụ điển hình" không phải là một nhu cầu sử dụng điện thực sự của một hộ cụ thể, mà là mức độ tiêu thụ điện trung bình của một hộ trong thôn hay trong khu vực xây dựng dự án. Bảng 4.1 là số liệu sử dụng điện của các thiết bị gia dụng trong "Hộ tiêu thụ điện điển hình". Đầm Báy có 40 hộ nên sẽ cần một điện năng cho các thiết bị gia dụng là. Công suất đỉnh hàng ngày phục vụ cho các thiết bị gia dụng sẽ là khoảng 6,5 kW (=180 W/hộ x 40 hộ x 0,9). Trong trường hợp này “hệ số nhu cầu” được đưa vào để tính đến thực tế sử dụng trên. Hệ số nhu cầu bao gồm cả hệ số đồng thời và tỉ lệ hộ sử dụng thiết bị (Riêng đối với bóng đèn không phải các gia đình đều sử dụng cả 3 bóng trong cùng một thời gian). TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tên thiết bị Công suất Số lượng Số hộ gia đình Hệ số nhu cầu Công suất sử dụng Thời gian sử dụng Điện năng tiêu thụ trong ngày W Cái Hộ % kW h kWh/ngày Bóng đèn 20 3 40 0,4 0,5 0,3 0,6 0,9 0,8 0,7 0,5 0,3 0,96 1.20 0,72 1,44 2,16 1,92 1,68 1,20 0,72 5 6 7 18 19 20 21 22 23 0,96 1,20 0,72 1,44 2,16 1,92 1,68 1,20 0,72 Tivi 60 1 40 0,5 0,9 0,8 0,7 0,5 1,20 2,16 1,92 1,68 1,20 18 19-20 21 22 23 1,20 4,32 1,92 1,68 1,20 Quạt 40 1 40 0,5 0,7 0,8 1,12 11-13 18-19 2,4 2,24 Tổng cộng 26,9 Bảng 4.1. Số liệu sử dụng điện của các thiết bị gia dụng trong "Hộ tiêu thụ điện điển hình” ở Hòn Báy năm 2008 4.1.2.2. Điện sử dụng cho các thiết bị phi gia dụng Trên cơ sở các số liệu điều tra về tiêu thụ điện, có thể ước tính tiêu thụ điện phi gia dụng chiếm khoảng 25 – 30% tổng tiêu thụ điện cho gia dụng bao gồm tiêu thụ điện cho quản, chế biến hải sản, trạm y tế và các thiết bị điện khác, v.v.... Việc bảo quản hải sản chủ yếu là thiết bị lạnh ước tính công suất khoảng 600W và thực tế chỉ chạy gần 1/3 số giờ trong ngày do có rơle nhiệt tự ngắt, vì vậy chọn hệ số nhu cầu là 0,3. Còn đối với các thiết bị khác, ước tính có công suất khoảng 400W, và để có TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên thể thu nhận được nhiều năng lượng nhất trực tiếp từ hệ thống điện sử dụng năng lượng tái tạo (không qua nạp và phóng điện từ ăcquy) sẽ được vận hành trong khoảng thời gian từ 11h đến 15h trong ngày. Số liệu về phụ tải phi gia dụng này được tóm tắt trong bảng 4.2. Tổng nhu cầu tiêu thụ điện cho lĩnh vực này ước tính là gần 6kWh/ngày. Tên thiết bị Công suất Hệ số nhu cầu Công suất sử dụng Thời gian sử dụng Điện năng tiêu thụ trong ngày W % kW h kWh/ngày Thiết bị lạnh 600 0,3 0,18 1 - 24 4,32 Khác 400 0,5 0,2 11 - 15 1,0 Tổng cộng 5,32 Bảng 4.2. Số liệu sử dụng điện của các thiết bị phi gia dụng trong "Hộ tiêu thụ điện điển hình” ở Hòn Báy năm 2008 4.1.2.3. Tổng nhu cầu điện năng Tổng nhu cầu điện năng đối với cụm dân cư Hòn Báy cho năm cơ sở 2008 được tóm tắt trong bảng 4.3 và được biểu diễn ở hình 4.1. Điện sử dụng cho Hàng ngày Hàng tháng Cả năm Đơn vị Tỷ lệ (%) Tải gia dụng 26,9 807 11599,2 kWh 85,82 Tải phi gia dụng 5,32 159,6 1915,2 kWh 14,18 Tổng cộng 32,22 966,6 13514,4 kWh 100 Bảng 4.3. Tổng nhu cầu điện năng của cụm dân cư Hòn Báy năm 2008 TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 4.1. Tỉ lệ sử dụng điện năm 2008 cụm dân cư Hòn Báy 4.1.3. Biểu đồ phụ tải ngày Biểu đồ phụ tải là yếu tố rất quan trọng để thiết kế hệ thống phát điện. Do phụ tải điện nông thôn chủ yếu là thắp sáng và sử dụng tập trung vào các giờ buổi tối nên phụ tải điện vào buổi tối sẽ cao gấp vài lần phụ tải điện vào ban ngày. Từ biểu đồ phụ tải ta có thể thấy được sự thay đổi phụ tải trong ngày và vì thế hệ số phụ tải của máy phát diezen khi vận hành để đáp ứng nhu cầu phụ tải cũng thay đổi. Mặt khác việc tiêu thụ nhiên liệu của máy phát diezen lại phụ thuộc vào hệ số phụ tải nên khi phụ tải thay đổi, tiêu thụ nhiên liệu cũng sẽ thay đổi. Do đó việc dựa vào biểu đồ phụ tải để tính toán thiết kế và đề xuất phương án vận hành nhằm mang lại hiệu quả về kinh tế là rất cần thiết. Việc xây dựng biểu đồ phụ tải có thể được dựa trên các số liệu từ các thiết bị gia dụng và phi gia dụng bằng cách tính toán các phụ tải theo thời gian trong ngày. Từ các số liệu tính toán trên, thay đổi đường phụ tải hàng ngày được trình bày trong bảng 4.4 và được biểu diễn thay đổi phụ tải ngày bằng hình 4.2 dưới đây: Thời gian Số giờ (h) Công suất (kW) Điện năng tiêu thụ (kWh) 24-4h 5 0,18 0,9 5h 1 0,18 + 0,96 = 1,14 1,14 Tải phi gia dụng (chiếm 14,18%) Tải gia dụng (chiếm 85,82%) TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6h 1 0,18 + 1,20 = 1,38 1,38 7h 1 0,18 + 0,72 = 0,9 0,9 8-10h 3 0,18 0,54 11h 1 0,18 + 0,8 + 0,2 = 1,18 1,18 12h 1 0,18 + 0,8 + 0,2 = 1,18 1,18 13h 1 0,18 +0,8 + 0,2 = 1,18 1,18 14h 1 0,18 + 0,2 = 0,38 0,38 15h 1 0,18 + 0,2 = 0,38 0,38 16h 1 0,18 0,18 17h 1 0,18 0,18 18h 1 0,18 + 1,44 + 1,20 + 1,12 = 3,94 3,94 19h 1 0,18 + 2,16 + 2,16 + 1,12 = 5,62 5,62 20h 1 0,18 + 1,92 + 2,16 = 4,26 4,26 21h 1 0,18 + 1,68 + 1,92 = 3,78 3,78 22h 1 0,18 + 1,20 + 1,68 = 3,24 3,24 23h 1 0,18 + 0,72 + 1,20 = 2,1 2,1 Tổng 32,22 Bảng 4.4. Số liệu về sự thay đổi phụ tải ngày Hình 4.2. Biểu đồ phụ tải hàng ngày 3.94 5.62 0.9 2.1 3.78 4.26 3.24 0.9 1.14 0.9 1.38 0.18 1.18 0.38 0.18 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thoi gian (h) C on g su at (k W ) TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ biểu đồ phụ tải hàng ngày ta nhận thấy rằng công suất đỉnh của phụ tải là 5.7kW và coi như không thay đổi, ngay cả trong những ngày lễ, tết... vì rằng trong những ngày này nhu cầu điện năng tăng là do thời gian sử dụng tăng. Vì vậy, ta có thể chọn công suất đỉnh cho việc tính toán và thiết kế hệ thống. Cũng từ biểu đồ ta cũng thấy rằng hàng ngày có ba khoảng thời gian xuất hiện công suất cho phụ tải lớn. Đó là khoảng 5 - 6 giờ sáng, 11- 13 giờ trưa và 18 - 23 giờ tối. Công suất đỉnh tương ứng với buổi sáng từ 5 đến 6 giờ 1,4kW; buổi trưa từ 11 đến 13 giờ công suất đỉnh là 1,2kW và buổi tối từ 18 giờ đến 23 giờ công suất đỉnh là 5,7kW. Như vậy công suất đỉnh của cả ngày là 6kW. 4.1.4. Dự báo độ tăng trưởng nhu cầu trong tương lai Độ tăng trưởng nhu cầu sử dụng điện trong dự báo dài hạn phụ thuộc chủ yếu vào độ tăng trưởng dân số và kinh tế. Như đã thấy, Hòn Báy là một cụm dân cư nhỏ trên một dải đất chật hẹp, mật độ dân cư khá cao. Vì vậy việc mở rộng khu định cư trong tương lai là gần như không thể. Ngoài ra, do cuộc sống trên đầm còn nhiều khó khăn nên thế hệ trẻ ở đây hình như không muốn ở lại đó mà đi đến một nơi nào đó trong đất liền thuận lợi hơn để sinh sống. Đó là nguyên nhân giải thích cho sự kiện rằng dân số trong 10 năm qua chỉ tăng có 4%. Và trong 20 năm tới tốc độ tăng dân số được dự báo vào khoảng 2%. Không giống như các khu vực nông thôn khác có điều kiện thuận lợi hơn, nhu cầu điện tăng khá nhanh sau khi điện khí hóa. Hòn Báy dự báo sẽ có độ tăng trưởng nhu cầu điện từ từ. Khi có điện người dân sẽ mua sắm thêm tivi, quạt và dùng thêm bóng đèn, v.v ... Còn việc đầu tư các thiết bị điện đắt tiền, tiêu thụ nhiều điện năng như điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, lò sưởi điện, v.v... sẽ chưa phải là lựa chọn của người dân. Vì vậy, nhu cầu điện cho lĩnh vực gia dụng sẽ tăng lên với tốc độ tương đối chậm. Năm đầu của dự án nhu cầu điện cho các thiết bị gia dụng đối với 1 hộ được dự báo không quá cao hơn so với số liệu điều tra . Tuy nhiên, người dân trong đầm có thể sắm thêm nhiều thiết bị điện mới do có nguồn điện cả ngày và ổn định. Kinh TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghiệm từ các thôn, xã khu vực nông thôn đã được điện khí hóa ở Việt Nam cho thấy rằng nhu cầu điện sẽ tăng hàng năm từ 1,5 đến 2,5%. Đối với Đầm Báy dự báo rằng trong 3 năm đầu tốc độ tăng sẽ là 2%, còn các năm tiếp theo sẽ là 1,5%. Nếu tính trung bình cho cả thời gian của dự án là 20 năm thì tốc độ tăn g trung bình của nhu cầu điện cho các hộ sẽ là 1,6%/năm. Điều đó dẫn đến kết quả là nhu cầu điện năng cho phụ tải sẽ tăng từ 13600kWh trong năm 2008 lên 18420kWh vào năm 2028 (bảng 4.5). Còn đối với lĩnh vực phụ tải phi gia dụng nhu cầu điện cũng sẽ tăng lên với tốc độ không cao. Như đã phân tích ở phần trên, tốc độ tăng nhu cầu điện cho lĩnh vực này sẽ được dự báo là 1%/năm. Năm cơ sở 2008 nhu cầu điện cho các lĩnh vực này là 2000kWh sẽ tăng lên khoảng 2440kWh vào năm 2028. Phụ tải Nhu cầu điện năng (kWh/năm) Năm 2008 2015 2020 2025 2028 Điện phục vụ cho phụ tải gia dụng 11600 12930 13880 14830 16000 Điện phục vụ cho phụ tải phi gia dụng 2000 2120 2220 2320 2420 Tổng nhu cầu 13600 15050 16100 17150 18420 Bảng 4.5. Dự báo nhu cầu điện năng trong tương lai Hình 4.3. Dự báo tăng trưởng nhu cầu điện năng trong tương lai 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tải phi gia dụng Tải gia dụng kWh/năm năm TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tóm lại, trong thời gian hoạt động của dự án 2008 - 2028. Tổng nhu cầu điện của cụm dân cư Hòn Báy sẽ tăng từ 13600kWh lên gần 18500kWh. Điều này được thể hiện trên hình 4.3. 4.1.5. Công suất phát đỉnh hiện tại và tương lai Độ tăng trưởng trung bình của công suất phát điện được dự báo cũng vào khoảng như độ tăng trưởng nhu cầu điện năng, tức là 1,5%/năm cho suốt cả thời gian 20 năm. Công suất phát đỉnh của phụ tải ngày sẽ tăng từ 6kW vào năm 2008 lên 8kW vào năm 2028. Điều này được minh hoạ ở hình 4.4 dưới đây. Hình 4.4. Dự báo nhu cầu công suất phát đỉnh 4.2. Phương án cấp điện 4.2.1. Lựa chọn phương án cấp điện Các số liệu thống kê về bức xạ mặt trời tại Nha Trang (bảng 3.1) cho thấy nguồn bức xạ mặt trời ở đây rất dồi dào với cường độ bức xạ trung bình ngày của năm là 5,30kWh/m2/ngày. Tốc độ gió trung bình năm đạt 2,8m/s, thấp so với các vùng đảo khác. Vì vậy điện mặt trời được lựa chọn để cung cấp cho các hộ gia đình. Do nhu cầu sử dụng điện cho các hộ gia đình ở Đầm Báy khá cao so với các hộ nông thôn miền núi, vì thế tôi quyết định lựa chọn hệ thống phát điện tập trung, cung cấp điện từ lưới điện tại chỗ, và hệ thống phát điện các dàn pin mặt trời (PV) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 kW Năm TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên độc lập và hệ lai ghép PV – diezen là hai phương án được lựa chọn để thay thế phương án cấp điện bằng máy phát diezen 4.2.2. Tính toán các phương án cấp điện Việc tính toán thiết kế để chọn hai phương án cấp điện tại chỗ cho cụm dân cư Đầm Báy sẽ căn cứ vào số liệu bức xạ mặt trời (hình 3.1) và nhu cầu của phụ tải điện (hình 4.3) trong khoảng thời gian của dự án là 20 năm. Thực tế việc tính toán thiết kế phương án cấp điện bằng hệ thống điện lai ghép PV – diezen là phức tạp, nên ở đây ta sẽ đi sâu vào tính toán lựa chọn thiết bị cho hệ thống lai ghép, còn phương án cấp điện bằng hệ PV độc lập và phương án cấp điện bằng hệ thống phát điện diezen cũng sẽ được đề cập đến ở tứng phần tính toán lựa chọn công nghệ, thiết bị liên quan. Trong phần này nghiên cứu – tính toán - thiết kế hệ thống lai ghép sẽ dựa trên “các qui tắc ngón tay cái” và một số nghiên cứu khác về tính toán tối ưu trong đó đã chỉ ra kết quả rằng “khi công suất phụ tải trung bình ở giai đoạn đỉnh lớn hơn ở giai đoạn không đỉnh khoảng 5 lần, động cơ diezen chạy hàng ngày trong giai đoạn phụ tải đỉnh với tỉ lệ năng lượng cung cấp khoảng 50% tổng nhu cầu sẽ đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất”. Để tính toán thiết kế hệ thống lai ghép PV – diezen cung cấp cho một cụm dân cư với phụ tải ngày như trên, ta có thể chia biểu đồ phụ tải thành hai giai đoạn là giai đoạn phụ tải đỉnh và không đỉnh. Đối với phương án lai ghép PV – diezen, để đạt được chi phí giá thành điện năng thấp nhất, máy phát diezen sẽ vận hành để đáp ứng nhu cầu phụ tải và đồng thời nạp ăcquy trong giai đoạn phụ tải đỉnh (bắt đầu lúc 18 giờ và kết thúc vào lúc 21 giờ). Trong giai đoạn này nhu cầu phụ tải là 17,6 kWh, chiếm tỉ lệ 54,6% tổng nhu cầu phụ tải ngày. Thời gian còn lại, nhu cầu điện năng là 14,62kWh sẽ được đáp ứng bởi dàn PV và ăcquy qua bộ đổi điện DC – AC (Direct Current – Alternative Current). Vì chi phí cho ăcquy và bộ đổi điện chiếm tỉ lệ khá lớn trong tổng chi phí của hệ thống, bằng cách này ta có thể giảm dung lượng ăcquy và công TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên suất bộ đổi điện tới mức có thể trong khi vẫn tiết kiệm được nhiên liệu và giảm chi phí bảo dưỡng khi máy phát diezen chỉ vận hành trong giai đoạn phụ tải đỉnh. 4.2.3. Vấn đề đồng bộ và khả năng nối lưới điện quốc gia Khoảng cách từ trung tâm đảo Hòn Tre đến lưới điện quốc gia vào khoảng 35km ngang qua biển. Vì lý do đó mà trong 10 - 15 năm tới đảo Hòn Tre không thuộc vào danh sách những nơi vùng sâu vùng xa được nối lưới điện công nghiệp. Theo kế hoạch của tỉnh Khánh Hoà vùng đảo này sẽ được cấp điện độc lập từ các nguồn năng lượng địa phương như năng lượng mặt trời, năng lượng gió hay diezen, v.v... Với công nghệ điện mặt trời nối lưới, điện từ máy phát là dàn pin được biến đổi thành dòng xoay chiều có hiệu điện thế và tần số phù hợp nhờ các bộ biến đổi điện (Inverter) và được hoà vào mạng lưới điện công nghiệp. Khi sử dụng điện người ta lấy lại điện từ lưới. Mạng lưới điện có vai trò như một “ngân hàng”, tích trữ điện năng lúc dàn pin mặt trời phát điện và cung cấp trở lại người tiêu dùng khi cần thiết. Nhờ ngân hàng điện này mà việc sử dụng luôn ổn định và rất tiết kiệm. Có thể lấy ví dụ ở một số nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản, Đức, Mỹ... trên mái nhà mỗi gia đình người ta lắp một dàn pin mặt trời có công 3,5 – 4,0 kWp. Ban ngày dàn pin hấp thụ năng lượng mặt trời và phát điện. Nhờ bộ biến đổi điện và hệ thống dây dẫn điện của dàn pin được tải lên lưới (qua một công tơ để ghi chỉ số điện năng phát lên lưới). Khi dùng điện người ta lại lấy điện từ lưới qua một công tơ thứ hai. Hàng tháng người ta lấy số chỉ của các công tơ và sẽ biết chủ hộ được nhận tiền điện (nếu số chỉ của công tơ sử dụng ít hơn số chỉ của công tơ phát lên lưới) hay phải trả thêm tiền điện (nếu ngược lại) từ các công ty điện. Như vậy khả năng nối lưới điện quốc gia của hệ thống điện loại này không có vấn đề gì gây ra trở ngại. 4.3. Xây dựng sơ đồ khối tổng quát 4.3.1. Sơ đồ hệ thống TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Như đã thấy, Hòn Báy là một cụm dân cư nhỏ, nhu cầu điện hàng năm không lớn (theo bảng 4.5 năm 2008 khoảng 13600kWh và năm 2028 dự báo là 18420kWh). Hiện tại chỉ có nguồn năng lượng mặt trời là được xác định có tiềm năng lớn, năng lượng gió có thể được khai thác thêm trong tương lai nếu các số liệu đo đạc sau này cho thấy có tiềm năng lớn. Để cấp điện cho các hộ trong đầm hiện nay các máy phát diezen của các hộ công suất nhỏ và chỉ phát điện 4 - 5 giờ mỗi ngày vào buổi tối (6 giờ tối đến 11 giờ đêm). Vì lý do trên ở đảo Hòn Báy nên sơ đồ thích hợp nhất của hệ thống phát điện ở Bãi Ông là hệ thống phát điện hỗn hợp điện mặt trời PV – diezen. Sơ đồ khối của hệ thống đó được chỉ ra trên hình 4.5. Sự kết hợp phát điện từ một một nguồn năng lượng địa phương là một giải pháp rất mới và thời sự được phát triển cho các đảo. Về mặt tổng thể, sơ đồ này gồm một trục đường tải 220V, 50Hz. Các nguồn điện một chiều từ một số nguồn năng lượng khác như từ Pin mặt trời, ăcquy, điện gió, v.v... được biến đổi thành điện xoay chiều 220V- 230V, 50Hz nhờ các bộ biến đổi điện (Inve rter) và sau đó được đưa vào đường trục 220V-50Hz để hòa mạng đồng bộ. Các bộ biến đổi điện cũng có thể hoạt động theo chiều ngược lại. Ví dụ khi ăcqui đói điện thì từ dàn pin mặt trời hoặc từ máy phát diezen có thể nạp điện cho ăcqui. Hình 4.5. Sơ đồ khối tổng quát hệ thống phát điện hỗn hợp Dàn PV Máy phát diezen Thiết bị đồng bộ+Bộ đổi điện/nạp điện Phụ tải AC 230V-50Hz Ăcquy Thiết bị đồng bộ+Bộ đổi điện/nạp điện Máy phát gió TÝNH TO¸N, THIÕT KÕ L¦íI §IÖN HçN HîP MINI Cã C¸C NGUåN PH¸T N¡NG L¦îNG MíI Vµ T¸I T¹O CHO C¸C KHU VùC N¤NG TH¤N CH¦A Cã §IÖN L¦íI QUèC GIA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Để đảm bảo tính đồng bộ của hệ thống người ta phải sử dụng thêm các thiết bị đồng bộ, có thể được lắp cùng với các bộ biến đổi điện (trong hình 4.5, Sunny Boys hay Sunny Islands là các thiết bị loại này). Tất cả các thiết bị sử dụng điện đều được cấp từ đường điện trục AC 230V - 50Hz một cách bình thường. Sơ đồ này là một giải pháp kỹ thuật có rất nhiều ưu điểm cho việc cấp điện cho các khu vực vùng sâu, vùng xa biệt lập nơi không có lưới điện quốc gia. Nó cho phép tận dụng được mọi nguồn năng lượng sẵn có ở điạ phương, giảm tốn thất điện do quá trình truyền tải. Sơ đồ này đặc biệt thích hợp đối với việc cấp điện cho dân cư trên các đảo xa, biệ