Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu hệ thống điều khiển, tối ưu điều phối điện năng trong hệ th...

Tài liệu Nghiên cứu hệ thống điều khiển, tối ưu điều phối điện năng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời

.PDF
77
83
109

Mô tả:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- NGÔ NHẬT HUY NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, TỐI ƯU ĐIỀU PHỐI ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- NGÔ NHẬT HUY NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, TỐI ƯU ĐIỀU PHỐI ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số : 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. GIÁP QUANG HUY Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu đã nêu trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi đã tự nghiên cứu, học hỏi dựa trên các kiến thức đã học, làm việc và nhận được sự hỗ trợ của Giáo viên hướng dẫn cũng như sự động viên từ gia đình. Tác giả Ngô Nhật Huy MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1 2. Mục tiêu và mục đích nghiên cứu ....................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 1 4. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn............................................................................. 2 6. Cấu trúc của luận văn .......................................................................................... 2 CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU ....................................................................................... 3 1.1. Nhu cầu về năng lượng hiện nay ..................................................................... 3 1.2. Sự cần thiết trong việc tiết kiệm điện năng ..................................................... 4 1.3. Các giải pháp đáp ứng nhu cầu năng lượng .................................................... 5 1.4. Vai trò của việc sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống điện độc lập và nối lưới ......................................................................................................................... 6 CHƯƠNG 2 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG ................................................................ 12 2.1. Giới thiệu hệ thống ........................................................................................ 12 2.2. Cấu trúc và các bộ phận cấu thành hệ thống ................................................. 14 2.2.1. Microgrid ............................................................................................... 14 2.2.2. Cấu tạo và hoạt động pin mặt trời (PV) ................................................. 15 2.2.3. Bộ biến đổi DC/DC ................................................................................ 28 2.2.4. Bộ biến đổi DC/AC ................................................................................ 32 2.2.5. Pin (Ắc-quy) ........................................................................................... 33 2.3. Hệ thống giám sát nguồn năng lượng............................................................ 34 2.4. Hoạt động của hệ thống ................................................................................. 35 2.4.1. Hệ PV độc lập ........................................................................................ 36 2.4.2. Hệ PV làm việc với lưới ........................................................................ 39 2.4.3. Điều khiển bộ biến đổi DC/DC .............................................................. 40 CHƯƠNG 3 - MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG .......................................................... 42 3.1. Pin mặt trời .................................................................................................... 42 3.2. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng ................................................................... 46 3.3. Tải tiêu thụ ..................................................................................................... 47 CHƯƠNG 4 - QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG ............... 48 4.1. Phương pháp tối ưu SLSQP .......................................................................... 48 4.2. Xây dựng bài toán tối ưu ............................................................................... 48 4.2.1. Mô hình tối ưu hóa ................................................................................. 48 4.2.2. Hàm mục tiêu và các ràng buộc ............................................................. 49 4.3. Áp dụng thuật toán SQP vào việc tối ưu năng lượng hệ thống ..................... 52 CHƯƠNG 5 - MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ ............................................................ 53 5.1. Các giá trị tham số mô phỏng ........................................................................ 53 5.2. Mô phỏng bằng Python ................................................................................. 53 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 58 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 59 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, TỐI ƯU ĐIỀU PHỐI ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Học viên: NGÔ NHẬT HUY Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60.52.60 Khóa: K33 (PFIEV) Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt - Trong giai đoạn hiện nay, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng đóng một vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội. Nhu cầu về sử dụng năng lượng ở Việt Nam rất lớn, tuy nhiên lại bị hạn chế về mặt năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện. Chính vì thế việc sử dụng và khai thác không hợp lý gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Chi phí điện năng cho các tải tiêu thụ chiếm một tỉ lệ rất lớn, do đó việc tìm ra những giải pháp tiết kiệm năng lượng nhằm giảm chi phí và nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là điều quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất. Đồng thời, việc này cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên, góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường. Xuất phát từ thực tế này, tác giả đã tiến hành nghiên cứu để tìm ra giải pháp nhằm tối ưu hóa việc cung cấp điện năng từ hệ thống điện mặt trời bằng cách: xác định cấu trúc mô hình và các biểu thức toán học của phụ tải, từ đó xây dựng bài toán tối ưu với hàm mục tiêu là chi phí tối thiểu để chuyển đổi việc sử dụng nguồn năng lượng từ pin mặt trời trong các giờ cao điểm. Tác giả đã tóm tắt các kết quả đạt được và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo. Từ khóa – Năng lượng; quản lý năng lượng; tối ưu hóa; hệ thống năng lượng, pin. RESEARCHING CONTROL SYSTEM, OPTIMIZING ELECTRICITY COORDINATION IN SOLAR POWER ELECTRICITY SYSTEM Abstract - Today, energy in general and electricity in particular play a very important role in all fields of socio-economic life. Demand for energy in Vietnam is very large, however, it is limited in source of energy, especially electrical energy. Therefore, irrational use and exploitation cause serious consequences. Power costs for loads are very high, so finding energy-saving solutions to reduce costs and improve the competitiveness of the product in the market are the target of manufacturers. At the same time, it also reduces the expense of natural resources and contributes positively to the environment protection. For this reason, the author has conducted research to find a solution to optimize the power supply from the solar power system by: determine the model structure and mathematical expressions of the load, thereby, building optimization problem with the objective function is the minimum cost to convert the use of solar energy in the peak hours. The author has summarized the results obtained and give the development for the future. Key words - Energy; energy management; optimization; power system; battery. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới tính đến tháng 5 năm 2011. 9 (Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver). Bảng 1.2 Các nhà máy điện Mặt trời ở Việt Nam 10 Bảng 4.1 Giá bán điện theo thời điểm sử dụng 51 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Biểu đồ tương quan kinh tế và năng lượng 2005-2030 3 Hình 1.2 Nhà máy điện mặt trời Ivanpah tại California, nước Mỹ 10 Hình 1.3 Khởi công xây dựng nhà máy điện mặt trời Thiên Tân 11 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 12 Hình 2. 2 Minh họa hoạt động lưới điện siêu nhỏ khi tách ra khỏi lưới điện tập trung 14 Hình 2. 3 Tế bào quang điện thông dụng được làm từ tinh thể Silicon 16 Hình 2. 4 Hiệu ứng quang điện 17 Hình 2. 5 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 18 Hình 2. 6 Các tấm pin mặt trời 19 Hình 2. 7 Đặc tính làm việc U - I của pin mặt trời 20 Hình 2. 8 Sơ đồ tương đương của pin mặt trời 20 Hình 2. 9 Đường đặc trưng theo độ chiếu sáng của Pin mặt trời 21 Hình 2. 10 Sự phụ thuộc của đặc trưng V – A của pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời 22 Hình 2. 11 Sự phụ thuộc của đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ 22 Hình 2. 12 Điểm làm việc và điểm công suất cực đại 23 Hình 2. 13 Ghép nối hai modul mặt trời với nhau 26 Hình 2. 14 Đường đặc tính V-A của modul và cả hệ 26 Hình 2. 15 Ghép song song hai modul pin mặt trời 27 Số hiệu Tên hình Trang Hình 2. 16 Đường đặc trưng V-A của modul và hệ 28 Hình 2. 17 Sơ đồ nguyên lý mạch Buck 30 Hình 2. 18 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost 32 Hình 2. 19 Bộ biến đổi DC/AC 1 pha dạng nửa cầu 33 Hình 2. 20 Cấu trúc hệ thống giám sát nguồn năng lượng 34 Hình 2. 21 Mô hình hệ thống với các đồng hồ đo năng lượng 35 Hình 3. 1 Giao diện lấy dữ liệu bức xạ mặt trời từ PVgis 43 Hình 3. 2 Tìm kiếm vị trí cần khảo sát 44 Hình 3. 3 Chọn thông số và định dạng kết xuất dữ liệu 44 Hình 3. 4 Dữ liệu thu thập được xuất dưới dạng file .txt 45 Hình 4. 1 Mô hình tối ưu hóa 49 Hình 5. 1 Công suất ba pha tất cả tải tiêu thụ 53 Hình 5. 2 Tổng công suất của ba pha các tải tiêu thụ 54 Hình 5. 3 Công suất các thành phần tham gia trong hệ thống 54 Hình 5. 4 Công suất của các nguồn cung cấp và của các tải tiêu thụ 55 Hình 5. 5 Năng lượng của pin trong quá trình tối ưu 55 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong giai đoạn hiện nay, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng đóng một vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội. Nước ta là một nước đang phát triển, chính vì thế, nhu cầu về sử dụng năng lượng rất lớn, tuy nhiên lại bị hạn chế về mặt năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện. Chính vì thế việc sử dụng và khai thác không hợp lý gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Đứng trước tình hình ngày càng khan hiếm về tài nguyên năng lượng, việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là ưu tiên hàng đầu trong chính sách năng lượng quốc gia. Như chúng ta đã biết, chi phí điện năng cho các tải tiêu thụ chiếm một tỉ lệ rất lớn. Vì thế, việc tìm ra những giải pháp tiết kiệm năng lượng nhằm giảm chi phí, giảm giá thành và nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là điều quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất. Đồng thời, việc này cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên, góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường. Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng nói chung cũng như điện năng nói riêng và sự tiết kiệm chi phí khi sử dụng năng lượng từ hệ thống pin mặt trời trong các giờ cao điểm, đó là lý do nghiên cứu, tính toán các giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống tải tiêu thụ điện. 2. MỤC TIÊU VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục tiêu: Xác định cấu trúc mô hình và các biểu thức toán học của các thành phần tham gia trong hệ thống tiêu thụ năng lượng, từ đó xây dựng bài toán tối ưu cho hàm mục tiêu nhằm chuyển đổi sử dụng nguồn năng lượng từ pin mặt trời trong các giờ cao điểm. - Mục đích: Giảm điện năng tiêu thụ từ lưới điện trong giờ cao điểm, góp phần giảm thiểu chi phí ở mức thấp nhất cho việc tiêu thụ năng lượng của tải. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Các phụ tải tiêu thụ điện, hệ thống điện mặt trời độc lập, nối lưới. - Phạm vi nghiên cứu: Các hệ thống tiêu thụ điện trong các khu dân cư, hộ gia đình. 2 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu sách, báo, giáo trình, bài giảng trong và ngoài nước. - Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để xây dựng các biểu thức toán học nhằm giải quyết bài toán tối ưu trong việc sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời thông qua việc mô phỏng hệ thống. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Ý nghĩa khoa học: Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở cho việc định hướng khai thác, hoạch định tài nguyên năng lượng một cách hợp lý. - Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng năng lượng thay thế hiệu quả trong các giờ cao điểm đối với phụ tải điện qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi phí ở mức thấp nhất, góp phần cải thiện môi trường, từ đó có thể nhân rộng việc áp dụng giải pháp cho các hộ gia đình hoặc cơ sở sản xuất khác. 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Nội dung của luận văn gồm có năm chương sau: Chương 1 – Giới thiệu Chương 2 – Cấu trúc hệ thống Chương 3 – Mô hình hóa hệ thống Chương 4 – Quản lý năng lượng tối ưu cho hệ thống Chương 5 – Mô phỏng và kết quả 3 CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU 1.1. NHU CẦU VỀ NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Năng lượng luôn là một nhân tố quan trọng để phát triển kinh tế và nâng cao chất lượng cuộc sống. Ý thức được tầm quan trọng của các nguồn năng lượng tái tạo trong chiến lược quốc gia về an ninh năng lượng và sự phát triển bền vững, việc tìm ra nguồn năng lượng sạch, vô tận luôn là ưu tiên hàng đầu. Năng lượng là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự phát triển của mỗi Quốc gia. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Nhưng nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống đang cạn kiệt dần tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển của nền kinh tế trên thế giới. Bởi vậy, các cuộc xung đột, chiến tranh cục bộ và khu vực, những điểm nóng trên thế giới những năm gần đây, đều có nguyên nhân từ vấn đề tranh chấp và tìm kiếm năng lượng. Hình 1.1 Biểu đồ tương quan kinh tế và năng lượng 2005-2030 (Nguồn: MPI, UNDP. Nghiên cứu, xây dựng các mục tiêu định lượng giảm phát thải khí nhà kính trong ngành năng lượng Việt Nam, giai đoạn 2013-2030. Hỗ trợ xây dựng, thực hiện Chiến lược Quốc gia về TĂNG TRƯỞNG XANH. Số đăng ký ĐKXB: 1287-2013/CXB/06-632/BĐ) Trong những năm gần đây, sự phát triển của đất nước ta nói chung cũng như tại các khu đân cư, hộ gia đình nói riêng phát triển với tốc độ ngày càng nhanh. Kinh tế phát triển cũng đồng nghĩa với việc khai thác, chế biến và sử dụng chưa hợp lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên dẫn đến nhu cầu về năng lượng ngày một gia tăng. 4 Từ biểu đồ Hình 1.1 cho thấy so sánh tương quan giữa tăng trưởng kinh tế GDP và tổng nhu cầu năng lượng, từ năm 2025 đến năm 2030 khả năng thiếu năng lượng đáp ứng nhu cầu tăng trưởng kinh tế là không tránh khỏi, đòi hỏi ngay từ bây giờ chúng ta phải có chiến lược sớm trong việc đáp ứng tổng nhu cầu năng lượng. 1.2. SỰ CẦN THIẾT TRONG VIỆC TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG Không ai một ngày lại không sử dụng ít nhiều đến điện, do đó việc tìm lời giải cho bài toán tiết kiệm điện năng không thể là trách nhiệm của riêng Chính phủ và những nhà chức trách mà nó phải là trách nhiệm của toàn xã hội. Từ gia đình đến doanh nghiệp và những người trong cuộc cần phải có những cách thức để tiết kiệm điện năng hợp lý để nhanh chóng hóa giải được bài toán đau đầu này. Sở dĩ chúng ta phải tiết kiệm điện năng là vì: Điện năng tiêu thụ rất lớn trong khi khả năng cung cấp điện của các nhà máy điện không đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến mất điện, ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sinh hoạt, sản xuất của chúng ta. Khi điện năng tiêu thụ lớn làm điện áp của mạng điện bị giảm xuống, ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc của đồ dùng điện. Công suất làm việc của các đồ dùng điện càng lớn thì tiêu thụ điện càng nhiều làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của các đồ dùng điện. Nếu tiết kiệm điện năng thì chúng ta sẽ tiết kiệm tiền cho gia đình, hạn chế điện năng trong giờ cao điểm và tránh hỏng hóc đồ dùng điện trong gia đình. - Hơn nữa điện là nhân tố gây ra hiệu ứng nhà kính, làm trái đất nóng lên, ô nhiễm môi trường….. vì thế tiết kiệm điện nghĩa là chúng ta đã và đang bảo vệ tính mạng của bản thân, gia đình và xã hội. - Tiết kiệm điện là tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên của chính chúng ta. Sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng của trái đất đặt ra nhiều thách thức đối với mỗi chúng ta. Cuộc khủng hoảng năng lượng đang trở nên hết sức cấp bách, không chỉ đe dọa đến tăng trưởng kinh tế thế giới, mà còn đe dọa trực tiếp hoà bình, an ninh quốc tế. Nguồn năng lượng hoá thạch, món quà cực kỳ quý báu của thiên nhiên ban tặng con người đang cạn kiệt. Năng lượng chỉ có hạn, con người càng ngày càng sinh ra nhiều, nhu cầu năng lượng ngày càng lớn, nếu ko sử dụng tiết kiệm và nghiên cứu các giải pháp năng lượng mới, thì khủng hoảng năng lượng sẽ xảy ra. - Nguồn cung cấp điện luôn thiếu và là vấn đề khó khăn đối với bất cứ quốc gia nào. Hầu hết năng lượng bây giờ được tạo ra từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Ví 5 dụ như điện thì được tạo ra từ nước, than, dầu, khí.....Vì vậy nếu không tiết kiệm năng lượng thì dẫn đến việc các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẽ bị cạn kiệt nhanh chóng. Qua các vấn đề đã nêu trên, ta thấy được tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện năng. 1.3. CÁC GIẢI PHÁP ĐÁP ỨNG NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Tài nguyên nhiên liệu và năng lượng là nguồn lực cơ bản đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội của đất nước, quốc gia nào giàu có về nguồn tài nguyên này là cơ sở tiền đề tốt nhất cho đáp ứng đầu vào của hệ thống kinh tế. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế và xã hội trong những năm tới, Việt Nam cần có những giải pháp phù hợp với thể chế kinh tế thị trường trong hoàn cảnh chúng ta ngày càng hội nhập sâu vào nền kinh tế thế giới, tính chất cạnh tranh ngày càng khốc liệt. Bên cạnh đó, việc lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện; lắp đặt hợp lý, khoa học; điều chỉnh thói quen sử dụng đồ điện... là những giải pháp giúp tiết kiệm điện năng trong các hộ gia đình hoặc các khu chung cư. Chẳng hạn một số ví dụ thực tế điển hình đang được áp dụng phổ biến như sau:  Lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện Các thiết bị điện, thế hệ càng mới khả năng tiết kiệm điện càng cao. Khi chọn lựa thiết bị điện quay (bơm nước, quạt điện, máy giặt...), nên chọn động cơ có nhiều nấc tốc độ hoặc có biến tần đi kèm để tiết kiệm điện. Với bóng đèn, nên sử dụng đèn tuýp và compact thay cho bóng đèn tròn, vì bóng đèn tròn tiêu thụ điện gấp 3-4 lần.  Lắp đặt thiết bị hợp lý, khoa học Biện pháp này cũng góp phần tiết kiệm điện rất lớn. Lắp đặt thiết bị điện hợp lý sẽ góp phần tiết kiệm lượng lớn điện năng tiêu thụ trong gia đình bạn. Ví dụ: Máy bơm đặt ở vị trí thích hợp sẽ giúp bể nước nhanh đầy hơn. Trong nhà nên quét vôi hoặc lăn tường bằng màu sáng, tận dụng ánh sáng tự nhiên để tiết kiệm một phần ánh sáng điện. Nên lắp đặt quạt trần, vì khi quạt trần hoạt động gió sẽ tỏa ra khắp phòng, mát và tiết kiệm hơn so với quạt cây.  Thay đổi thói quen sử dụng đồ điện trong gia đình Tủ lạnh: Nên hạn chế mở tủ lạnh để đỡ tốn điện. Nhiệt độ bên trong tủ lạnh nên để ở chế độ 3-6 độ C. Với chế độ đông lạnh, để -15 độ C đến -18 độ C. Cứ lạnh hơn 10 độ C là 6 tốn thêm 25% điện năng. Cũng nên thường xuyên kiểm tra gioăng cao su, nếu bị hở thì bộ phận nén khí của tủ lạnh sẽ phải làm việc nhiều nên rất tốn điện. Máy điều hoà nhiệt độ: - Để nhiệt độ ở mức trên 20 độ C. Cứ cao hơn 10 độ C là đã tiết kiệm được 10% điện năng. - Nếu thường xuyên lau chùi bộ phận lọc thì sẽ tiết kiệm được từ 5 - 7% điện năng. Nếu đặt máy xa tường thì sẽ tiết kiệm được 20 - 25% điện năng. - Nên tắt máy điều hòa nếu vắng nhà 1 giờ trở lên. Quạt: - Nên cho quạt chạy ở tốc độ thích hợp để tiết kiệm điện vì quạt càng chạy nhanh càng tốn điện. - Sau mỗi lần sử dụng rút phích cắm điều khiển từ xa ở quạt. Ngoài những phương pháp thông dụng đã được ứng dụng nhiều như đã nêu trên, trong luận văn này sẽ đề cập đến một phương án đó là cần có cơ chế chính sách khuyến khích sử dụng đối với nguồn năng lượng tái tạo, trước hết là năng lượng gió, năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học. Tuy nhiên trong bối cảnh hiện nay, do đầu tư công nghệ và chi phí lớn, nên sản phẩm năng lượng đầu ra của các loại năng lượng và nhiên liệu này còn cao. 1.4. VAI TRÒ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘC LẬP VÀ NỐI LƯỚI Năng lượng tái tạo đã và đang là một xu hướng và sẽ chiếm phần lớn trong việc tạo ra điện trên thế giới. Các nhà máy điện truyền thống sẽ dần bị thay thế bởi các Trang trại điện mặt trời/điện gió (Solar Farm/Wind Farm). Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng của Việt Nam ngày một gia tăng, khả năng cung cấp các nguồn năng lượng nội địa hạn chế (phải nhập than cho điện với khối lượng lớn) trong khi tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam rất lớn, kèm theo nhu cầu sử dụng điện và nhiệt cho sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác nguồn năng lượng tái tạo sẵn có cho sản xuất điện, đồng phát năng lượng (cả điện và nhiệt) là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế, môi trường. Ưu thế trong việc sử dụng của năng lượng mặt trời: Năng lượng hiện tại trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng. Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng 7 được dùng cho sưởi ấm (58%) một phần trong số này có thể cung cấp từ năng lượng mặt trời . Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hoàn toàn có thể nấu nước bằng năng lượng mặt trời. Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng công nghệ năng lượng mặt trời. Phần năng lượng, 13% được dùng để tạo ra điện năng cung cấp cho chiếu sáng và các thiết bị gia dụng. Năng lượng được dùng cho nấu ăn, 5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng. Việt Nam có tiềm năng về nguồn năng lượng mặt trời, có thể khai thác cho các sử dụng như: đun nước nóng, phát điện và các ứng dụng khác như: sấy, đun nấu... Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2. Ở Việt Nam, với tổng số giờ nắng trong năm dao động trong khoảng 1.400-3.000 giờ/năm, bức xạ mặt trời trung bình 230-250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam, chiếm khoảng 2.000 - 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. Với kết quả này có thể đánh giá Việt Nam có tiềm năng lớn, là cơ sở tốt về phát triển công nghệ năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời được khai thác sử dụng chủ yếu cho các mục đích như: sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Tuy nhiên hiện nay việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này còn hạn chế, nhất là sử dụng cho phát điện, đun nước nóng và vào sấy khô… một trong những nguyên nhân cơ bản là giá sử dụng nguồn năng lượng này so với các nguồn năng lượng khác kém cạnh tranh trên thị trường, mặt khác cơ chế chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời và nhận thức của người dân cũng còn hạn chế. Trong tương lai khi mà khai thác các nguồn năng lượng khác đã đến mức tới hạn thì nguồn năng lượng mặt trời sẽ là một tiềm năng lớn. Những tiện ích mà điện năng lượng mặt trời mang lại: - Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nguồn nhiên liệu nào, hoàn toàn miễn phí và thiết thực; - Giúp tiết kiệm tiền điện cho người sử dụng hàng tháng; - Tạo ra một nguồn điện độc lập, xanh sạch và bảo vệ môi trường; - Cung cấp nguồn điện liên tục kể cả khi điện lưới bị cắt. Việc sử dụng điện năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống không những góp phần tiết kiệm điện, giảm 8 tải nhu cầu ngày càng tăng lên về năng lượng cho quốc gia, mà còn góp phần phát triển kinh tế và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không chỉ đáp ứng nhu cầu tiết kiệm chi phí sử dụng điện mà còn góp phần cải thiện tình trạng thiếu điện của điện lưới quốc gia. Các dự án điện mặt trời Từ năm 1839 khi con người phát hiện ra hiện tượng quang điện cho đến nay, năng lượng mặt trời nói chung và điện mặt trời nói riêng đã có những bước tiến vượt bậc. Từ những ứng dụng nhỏ như máy tính bỏ túi ở Việt Nam, đến những chiếc xe ô tô mặt trời tại Úc, rồi vệ tinh dùng năng lượng mặt trời của Mỹ. Người ta cũng bắt gặp những chiếc đèn sạc bằng năng lượng mặt trời ở các ngôi làng chưa có điện lưới ở Châu Phi, tới những bộ điện mặt trời quy mô hộ gia đình ở Bangladesh, hay những trang trại điện mặt trời rộng hàng ngàn mét vuông ở Đức. Cả thế giới đã có tới gần 40GW điện sản xuất từ năng lượng mặt trời. Trong đó, công suất lắp đặt mới năm 2010 là 16.6GW, nước Đức đóng góp gần 50% lượng điện sản xuất ra từ năng lượng mặt trời năm 2010, bằng một nửa nhu cầu điện năng của cả nước ta. Trong vòng 5 năm qua, công suất lắp đặt điện mặt trời đã tăng một cách ngoạn mục nhờ những nỗ lực về chính sách nghiên cứu phát triển, hỗ trợ công nghiệp và đặc biệt là chính sách biểu giá FIT, hỗ trợ điện từ năng lượng mặt trời. Bình quân mỗi năm công suất lắp đặt tăng 50%, trong vòng 5 năm trở lại đây. Năm 2008, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời đạt 16GW, chỉ một năm sau đã tăng lên tới 22GW và năm 2010 đạt xấp xỉ 40GW. Trong đó Châu Âu chiếm tới 75% sản lượng điện từ năng lượng mặt trời. Trung Quốc cũng là một thị trường mới nổi nhờ sự đầu tư lớn vào ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời cũng như chính sách trợ giá cho người tiêu dùng. Năm 2011 đánh dấu 1GW công suất lắp đặt đầu tiên của nước này. Ba khu vực sản xuất điện mặt trời chính của thế giới là EU, Asia Pacific (Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Úc, Đài Loan, Thái Lan) và Bắc Mỹ. Xu hướng hiện nay trên thế giới là phân tán các nguồn cung năng lượng quy mô lớn, và nhờ đó, điện mặt trời có chỗ đứng với công suất cho một nhà máy ngày càng tăng. Theo khảo sát của PVR Partners (http://www.pvresource.com), thì một phần tư công suất lắp đặt mới năm 2010 là cho các hệ thống lớn từ 500kWp trở lên. 9 Nhờ những nỗ lực trong nghiên cứu đưa hiệu suất pin tăng lên (tới 40% theo kết quả của NREL), hay từ 16-20% cho các loại pin tinh thể Silic thông thường. Đây là 1 động lực lớn góp phần tăng tính cạnh tranh cho điện mặt trời nhờ giảm được nhược điểm về diện tích lắp đặt và giá thành của pin mặt trời. Dự án lớn nhất thế giới về xây dựng nhà máy điện mặt trời tại sa mạc Sahara với công suất 100GW, cung cấp cho nhu cầu 15% năng lượng của châu Âu, dự kiến hoàn thành vào năm 2050 với sự tham gia của 12 tập đoàn lớn trên thế giới với giá trị dự án lên đến 555 tỷ USD. (http://inhabitat.com/ginormous-saharan-renewable-projectmovingforward). Một số dự án điện mặt trời trên thế giới được trình bày trong Bảng 1.1. Bảng 1.1 Nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới tính đến tháng 5 năm 2011. (Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver). Địa điểm dự án Nước CS (MW) Năm 1 Nhà máy điện mặt trời Sarnia PV Canada 97 2010 2 Nhà máy điện mặt trời Montalto di Castro Ý 84 2010 3 Solarpark Finsterwalde I,II,III Đức 80 2010 4 Nhà máy điện mặt trời Rovigo Ý 71 2010 5 Nhà máy điện mặt trời Parque Fotovoltaico Olmedilla de Alarcón Tây Ban Nha 60 2008 6 Nhà máy điện mặt trời Solarpark Straßkirchen Đức 54 2009 7 Nhà máy điện mặt trời Solarpark Lieberose Đức 53 2009 8 Nhà máy điện mặt trời Copper Mountain Solar Facility Mỹ 48 2010 9 Nhà máy điện mặt trời Parque Fotovoltaico Puertollano Tây Ban Nha 48 2008 Bồ Đào Nha 46 2008 10 Nhà máy điện mặt trời Moura 10 Hình 1.2 Nhà máy điện mặt trời Ivanpah tại California, nước Mỹ Điện mặt trời tại Việt Nam Tiềm năng điện mặt trời ở Việt Nam Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý báu. Theo các nhà chuyên môn thì trong tương lai, nhu cầu sử dụng các thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời ở nước ta là rất lớn, kể cả khu vực thành thị cũng như khu vực nông thôn. Pin mặt trời vừa có thể thay thế cho thuỷ điện nhỏ khi mùa hanh khô, vừa có thể là nguồn năng lượng dự trữ khi điện lưới quốc gia không đủ cung cấp cho người dân. Do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn. Những dự án điện mặt trời ở Việt Nam Bảng 1.2 Các nhà máy điện Mặt trời ở Việt Nam Địa điểm dự án 1 Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân 2 Nhà máy điện mặt trời Tuy Phong Mức đầu tư CS (MW) Năm 800 tỉ 19,2 2015 1.454 tỉ 30 2017 11 Hình 1.3 Khởi công xây dựng nhà máy điện mặt trời Thiên Tân Như vậy, nếu xét về cả mặt kinh tế lẫn môi trường thì rõ ràng nhà máy điện mặt trời tỏ ra có quá nhiều ưu điểm so với hai kiểu nhà máy năng lượng cũ là thủy điện và nhiệt điện khi nó sử dụng năng lượng sạch và gần như không bao giờ cạn, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao nhưng nó lại không gây ra bất kỳ hậu quả tiêu cực nào đến môi trường cũng như cuộc sống của con người. Đề tài này cho ta cái nhìn tổng quan về năng lượng mặt trời, đồng thời có được sự thay thế sử dụng năng lượng mặt trời một cách tối ưu trong các giờ cao điểm cho các tải tiêu thụ điện, góp phần tiết kiệm năng lượng cũng như giảm tải cho lưới điện quốc gia một phần năng lượng. Bên cạnh đó, nguồn năng lượng mặt trời có thể được dự trữ góp phần giảm quá tải của nguồn lưới vào giờ cao điểm.
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan