BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MAI NGỌC PHƯƠNG GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI KẾT HỢP NGUỒN DIESEL HIỆN CÓ CẤP ĐIỆN CHO HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN - QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 60.52.50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐOÀN ANH TUẤN Phản biện 1: TS. TRẦN TẤN VINH Phản biện 2: TS. NGUYỄN LƯƠNG MÍNH Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 5 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, việc vận chuyển khó khăn, tốn kém đặc biệt là tới những vùng sâu, xa, hải đảo… thì nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu đặc biệt là nguồn NLMT. Việc tiếp cận để tận dụng nguồn NLMT không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường. Huyện Lý Sơn là một huyện đảo được tách ra từ huyện Bình Sơn- tỉnh Quảng Ngãi năm 1993, cách đất liền 30km. Huyện nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Quảng Ngãi, có tọa độ địa lý từ 15 0 32’ đến 150 0 58’ Vĩ độ Bắc và 109 0 5’ đến 109 0 14’ Kinh độ Đông, nằm án ngữ con đường ra biển Đông của khu vực kinh tế trọng điểm miền Trung qua cửa ngõ Dung Quất. Khu vực huyện đảo Lý Sơn có diện tích tự nhiên 9,97 km 2 , gồm 3 xã An Hải, An Vĩnh (thuộc đảo lớn) và An Bình (đảo bé), dân số toàn huyện hơn 20.000 người, với hơn 4.000 hộ. Do cách xa đất liền nên Lý Sơn vẫn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia. Nguồn cung cấp điện duy nhất cho đảo là từ nhà máy điện Diesel Lý Sơn. Đặc điểm của nguồn phát điện Diesel là nếu huy động phát thường xuyên thì các tổ máy rất dễ xảy ra sự cố dẫn đến có thể ngừng cung cấp điện toàn bộ Huyện. Với lợi thế nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời trung bình cao 4,71 kWh/m 2 .ngày, việc xây dựng HTPMT kết hợp với nguồn Diesel hiện có tại đảo có thể xem là một giải pháp hợp lý nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện và mang lại những lợi ích thiết 2 thực về mọi mặt cho toàn huyện. 2. Mục đích nghiên cứu Việc nghiên cứu giải pháp xây dựng HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có cấp điện cho huyện đảo Lý Sơn- tỉnh Quảng Ngãi đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển mọi mặt về vật chất cũng như tinh thần của người dân trên đảo. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Huyện đảo Lý Sơn- tỉnh Quảng Ngãi. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu, lựa chọn HTPMT, hệ thống kho ắc quy, các hệ thống biến đổi, điều khiển và các giải pháp đấu nối. Phân tích các chế độ làm việc của hệ thống điện ở Lý Sơn trước và sau khi xây dựng HTPMT. Tính toán hiệu quả kinh tế khi xây dụng thêm HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có tại đảo Lý Sơn. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về NLMT và các mô hình biến đổi NLMT thành điện năng. Thu thập, thống kê số liệu về cường độ bức xạ mặt trời vào các tháng trong nhiều năm tại huyện đảo Lý Sơn. Chọn địa điểm xây dựng HT PMT. Các giải pháp kỹ thuật công nghệ chủ yếu của HT PMT- Diesel. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Từ thực tiễn nhu cầu tiêu thụ năng lượng của con người ngày một tăng dần trong bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm môi trường và càng lúc càng cạn kiệt theo thời gian. Vì thế, 3 chúng ta cần phải đi tìm và khai thác các nguồn năng lượng mới - nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và một trong số đó chính là nguồn NLMT. Từ thực tiễn Lý Sơn là một huyện đảo nằm cách xa đất liền chưa được kết nối với điện lưới quốc gia, nhà máy điện Diesel nơi đây hoạt động thiếu ổn định, không đủ công suất để đáp ứng nhu cầu phụ tải và chi phí sản xuất điện bằng dầu diesel cao do việc vận chuyển dầu ra đảo khó khăn, tốn kém và giá dầu trên thế giới có xu hướng tăng cao dần theo thời gian. Nội dung luận văn muốn nghiên cứu xây dựng một HTPMT- Diesel nhằm khai thác thế mạnh về tiềm năng mặt trời tại Lý Sơn, đồng thời cũng vừa tận dụng được cơ sở vật chất là các máy phát Diesel hiện có để giải quyết phần nào vấn đề thiếu điện của người dân trên đảo. 6. Các nội dung nghiên cứu Mở đầu. Chương 1: Hiện trạng cung cấp, sử dụng điện năng và nhu cầu xây dựng hệ thống điện mặt trời tại huyện đảo Lý Sơn, tỉnh quảng ngãi. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về NLMT. Các khảo sát, thống kê tiềm năng bức xạ mặt trời tại huyện đảo Lý Sơn Chương 3: Tính toán kết hợp HTPMT- Diesel tại huyện đảo Lý Sơn và lựa chọn giải pháp kỹ thuật công nghệ chủ yếu. Chương 4: Tổng mức đầu tư và tính hiệu quả khi xây dựng HTPMT kết hợp nguồn Diesel hiện có tại huyện đảo Lý Sơn. Kết luận và kiến nghị. Các tài liệu tham khảo. Các phụ lục 4 CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG CUNG CẤP, SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG VÀ NHU CẦU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI 1.1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN 1.1.1. Nguồn điện Hiện tại, hệ thống điện Lý Sơn dùng sơ đồ nối điện máy phát - máy biến áp - đường dây. Bảo vệ quá áp đã có các chống sét van 18 kV trên thanh cái 22 kV. Thao tác đóng cắt MBA nâng áp đã có FCO phía 22 kV và phía 0,4 kV dùng các máy cắt hợp bộ đi kèm theo các tổ máy Diesel phát điện. Đấu nối mạch lực từ các máy phát điện đến các MBA nâng áp như sau: + Máy phát SKODA 7 (688 kW) đấu nối vào MBA T4 (1000 kVA). + Máy phát SKODA 6 (688 kW) đấu nối vào MBA T3 (1000 kVA). + Máy phát SKODA 9 (688 kW) đấu nối vào MBA T2 (1000 kVA). + Máy phát EGM 2 (200 kW) và SKODA 8 (688 kW) đấu nối vào MBA T1 (1000 kVA). 1.1.2. Lưới điện Lưới điện phân phối tại huyện đảo Lý Sơn gồm 2 xuất tuyến 471/Lý Sơn và 472/Lý Sơn có cấp điện áp 22 kV, cấp điện cho phụ tải qua các trạm biến áp 22/0,4 kV. Đường dây 22 kV: - Đường dây trên không: Chiều dài tuyến 8.406 mét, dây dẫn 3M50. 5 - Cáp ngầm: Chiều dài tuyến 356 mét, dây dẫn XLPE/DSTA/PVC-3M120. Trạm biến áp phụ tải: Gồm 11 TBA 22/0,4 kV với tổng dung lượng 2520 kVA. Đường dây 0,4 kV: - Chiều dài tuyến 17.501 mét, cơ bản đảm bảo cung cấp điện cho các khu dân cư. 1.2. TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN VÀ KINH DOANH ĐIỆN NĂNG 1.2.1. Tình hình cung cấp điện Huyện đảo Lý Sơn chỉ được cấp điện từ 1 nguồn Diesel duy nhất là Nhà máy điện Lý Sơn. Phụ tải trong huyện khoảng 1500 kW. Từ ngày 3/07/2012 cho đến nay, Điện lực Lý Sơn đã cấp điện liên tục cho nhân dân 06 giờ một ngày và không cắt điện luân phiên như trước đây nữa. Để cấp điện được như vậy Điện lực Lý Sơn đã huy động, vận hành toàn bộ công suất các tổ máy đang có tại huyện đảo, nếu 01 tổ máy bị sự cố thì việc cấp điện cho nhân dân sẽ bị gián đoạn, lịch cấp điện luân phiên phải được thực hiện. 1.2.2. Tình hình kinh doanh điện năng Số lượng khách hàng hiện nay trong toàn huyện khoảng 3.700 khách hàng. Hằng năm, Công ty điện lực Quảng Ngãi phải bù lỗ hàng chục tỷ đồng cho quá trình vận hành và phát điện bằng nguồn phát Diesel 1.3. KHẢ NĂNG KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA Do cách xa đất liền nên Lý Sơn vẫn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia. 1.4. NHỮNG YẾU TỐ THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN NLMT 6 Nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày càng tăng cao Nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống ngày càng giảm dần và gây tác động xấu đến môi trường. 1.5. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NLMT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.5.1. Tình hình sử dụng NLMT ở Việt Nam 1.5.2. Tình hình sử dụng NLMT trên thế giới 1.6. NHU CẦU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN Chưa kết nối được với điện lưới quốc gia Nhà máy điện Diesel nơi đây cũ kỹ, hoạt động không ổn định, hiệu quả và không đủ công suất để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện của các hộ tiêu thụ. Có lợi thế nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao 4,71 kWh/m2.ngày. 1.7. KẾT LUẬN Hiện tại, nguồn phát điện ở Lý Sơn là các máy phát Diesel đã cũ kỹ, dễ xảy ra sự cố khi hoạt động liên tục và gây ô nhiểm môi trường. Trong xu thế giá dầu Diesel ngày càng tăng cao dẫn đến chi phí sản xuất điện lớn hơn nhiều so với giá thành bán điện cho khách hàng, vì thế hằng năm Công ty điện lực Quảng Ngãi phải bù lỗ hàng chục tỉ đồng để vận hành các tổ máy phát này. Do cách xa đất liền nên Lý Sơn chưa được kết nối với lưới điện quốc gia. Giải pháp xây dựng HTPMT - Diesel nơi đây có thể xem là một giải pháp có nhiều ưu điểm nổi bậc như bảo vệ môi trường, tận dụng được cơ sở thiết bị là các tổ máy phát Diesel hiện có của đảo, giảm sự phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn Diesel giá thành cao. 7 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. CÁC KHẢO SÁT, THỐNG KÊ TIỀM NĂNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NLMT 2.1.1. Giới thiệu về NLMT 2.1.2. Bức xạ mặt trời 2.1.3. Phương pháp tính toán năng lượng bức xạ mặt trời 2.2. PIN MẶT TRỜI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.2.1. Cấu tạo pin mặt trời 2.2.2. Nguyên lý hoạt động 2.3. MÔ HÌNH BIẾN ĐỔI NLMT THÀNH ĐIỆN NĂNG 2.3.1. Mô hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập Hình 2.17- Sơ đồ điển hình của hệ thống NLMT độc lập. 2.3.2. Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT và các nguồn NL khác Hình 2.19- Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT- Diesel 8 Hình 2.20- Mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữa NLMT- gió- Diesel 2.3.3. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới a. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ Hình 2.21- Sơ đồ điển hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ b. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ Hình 2.23- Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ . PHƯƠNG GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI KẾT HỢP NGUỒN DIESEL HIỆN CÓ CẤP ĐIỆN CHO HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN - QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện. CẤP, SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG VÀ NHU CẦU XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI 1.1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN TẠI HUYỆN ĐẢO LÝ SƠN