Mã số N1121: Giải pháp tối ưu hóa Năng lượng trong hệ thống điện, tự động hóa doanh nghiệp và giải phóng lãnh đạo — Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Chỉ trong vài thập kỷ gần đây khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, các vấn đề môi trường ngày càng tăng và tài nguyên nhiên liệu hóa thạch giảm khiến chúng ta phải tìm kiếm các giải pháp năng lượng thay thế.

Tiềm năng phát triển điện mặt trời

Giá trị bức xạ của Việt Nam theo phương ngang dao động từ 897 kWh/m2 /năm đến 2108 kWh/m2 /năm. Tương ứng đối với ngày giá trị nhỏ nhất đạt 2,46 kWh/m2 /ngày và lớn nhất là 5,77 kWh/m2 /ngày.

Từ khu vực Đà Nẵng vào miền nam thì năng lượng bức xạ mặt trời trở nên cao từ 4.4 - 5.6 KWh/m2. Đặc biệt các tỉnh Long An, Tây Ninh, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Thuận và Ninh Thuận bức xạ năng lượng mặt trời rất cao đến 5.6 KWh/m2 (hình 4) rất có tiềm năng phát triển về mảng năng lượng mặt trời.

Tình hình phát triển và những tồn tại

Trong những năm qua, với sự vào cuộc tích cực của Chính phủ, các Bộ, ngành, địa phương, môi trường kinh doanh của Việt Nam liên tục được cải thiện, tạo tâm lý phấn khởi cho các nhà đầu tư trong, ngoài nước mở rộng quy mô hoạt động, sản xuất kinh doanh. Thêm vào đó, đời sống kinh tế vật chất của người dân tăng lên khiến cho nhu cầu sử dụng điện tăng cao. Tuy nhiên, đây cũng là một thách thức rất lớn cho ngành điện Việt Nam trong bối cảnh nguồn cung năng lượng sơ cấp trong nước đã tới hạn. Tuy vậy, việc tích hợp điện mặt trời vào lưới điện, khi đến một ngưỡng nào đó, sẽ gây ra nhiều vấn đề kỹ thuật cho việc vận hành lưới, như nghẽn mạch, giảm hiệu suất truyền tải, suy giảm tính ổn định hệ thống điện, khó khăn trong điều khiển tần số vá quản lý điện áp lưới, giảm hiệu suất sử dụng các nguồn điện truyền thống, khó khăn trong cân bằng công suất lưới trong ngắn, trung hạn và dài hạn.

Những giải pháp của chúng tôi

Độ tin cậy của hệ thống điện

Độ tin cậy R(t)

Theo định nghĩa Độ tin cậy (ĐTC), hàm R(t) có dạng như sau : R(t) = P (T > t )

Trong đó P ( T > t ) là xác suất để thời gian phục vụ lớn hơn t, cũng tức là hỏng sau thời điểm t.

Do vậy : R(t) = 1 – FT(t)

Cường độ hỏng hóc λ(t)

Với Δt đủ nhỏ thì λ(t).Δt chính là xác suất để phần tử đã phục vụ đến thời t

sẽ hỏng trong khoảng Δt tiếp theo.

Từ định nghĩa ta suy ra :

Đây là công thức cơ bản cho phép tính được ĐTC của phần tử khi biết cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc thì được xác định nhờ thống kê quá trình hỏng hóc trong quá khứ của phần tử .Đây là công thức quan trọng cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường độ hỏng hóc của các phần tử có luật phân bố mũ. Như vậy với các phần tử không phục hồi, ĐTC được mô tả nhờ cường độ hỏng hóc λ(t) hoặc ĐTC R(t)

Hình: Độ tin cậy R(t) . — *Hình: Độ tin cậy R(t)* .

Thay đổi vị trí lắp đặt inverter

Đề xuất lắp đặt tập trung inverter vào khu vực có hệ thống làm mát:

1. Nâng cao hiệu suất hoạt động của inverter

Nhiệt độ cao khiến cho inverter hoạt động với hiệu suất thấp

Việc làm mát sẽ tăng hiệu suất của các inverter lên khoảng 18%

2. Tăng tuổi thọ của inverter

Nhiệt độ cao khiến cho inverter có tuổi thọ giảm. Theo quy tắc thì cứ tăng 10°C thì tần suất hỏng của thiết bị điện tử tăng gấp đôi

Với việc làm mát thì tần suất hỏng của inverter giảm. Cụ thể nếu giảm 10°C thì chi phí bảo trì và thay thế cho inverter sẽ giảm đi khoảng 50%. Việc đó cũng dẫn đến nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống do thời gian chết giảm 50%

Đấu nối lại String tấm pin theo tiêu chuẩn nhà sản xuất

Thiết kế lại dàn khung

Đề xuất thiết kế lại dàn khung

1. Nâng cao hiệu suất hoạt động của tấm pin

Nhiệt độ cao khiến cho tấm pin hoạt động với hiệu suất thấp

Việc làm mát sẽ tăng hiệu suất của các tấm pin lên khoảng 20%

2. Tăng tuổi thọ của tấm pin

Nhiệt độ cao khiến cho pin có tuổi thọ giảm. Theo quy tắc thì cứ tăng 10°C thì tần suất hỏng của thiết bị điện tử tăng gấp đôi.

Tinh toán góc nghiêng tối ưu dàn khung

Giải pháp mô phỏng năng lượng

NĂNG LƯỢNG TRONG CẢI TẠO VÀ THIẾT KẾ NHÀ XƯỞNG

Nhiệt độ giảm so với chưa phun từ 5 -10 độ C, chống cháy

Thay đổi vị trí lắp đặt inverter

- Giải quyết sụt áp.

- Inverter tập trung gần tủ điện tổng làm giảm độ dài dây AC (3x50 + 1x35 mm2). Việc này nâng cao chất lượng điện áp tại đầu vào inverter và làm cho inverter hoạt động với hiệu suất cao nhất.

*Hình: Thay đổi loại dây AC và máng cáp.*

Di chuyển các tấm pin đang ở gần ống khói của nhà máy bên cạnh ra xa vị trí ống khói

Theo bài báo [1], hiệu suất các tấm pin gần kề ống khói tăng từ 10 – 20% tùy vào tình trạng của từng tấm pin.

[1] Hussain, A., Batra, A. & Pachauri, R. An experimental study on effect of dust on power loss in solar photovoltaic module. Renewables 4, 9 (2017). https://doi.org/10.1186/s40807-017-0043-.2 Giảm thiểu bụi trên các tấm pin

Di chuyển các tấm pin đang ở gần ống khói của nhà máy bên cạnh ra xa vị trí ống khói

Theo bài báo [1], hiệu suất các tấm pin gần kề ống khói tăng từ 10 – 20% tùy vào tình trạng của từng tấm pin.

[1] Hussain, A., Batra, A. & Pachauri, R. An experimental study on effect of dust on power loss in solar photovoltaic module. Renewables 4, 9 (2017). https://doi.org/10.1186/s40807-017-0043-y

Kiểm tra hiệu suất tấm pin bằng I-V checker: thiết bị chuyên dụng để đánh giá hiệu suất vận hành của tấm pin, bằng cách đo hiệu suất vận hành tấm pin trước và sau khi bụi bám trên tấm pin, Chủ đầu tư có thế chọn đúng thời điểm vệ sinh giúp cho hiệu suất đạt ở mức tốt nhất và giảm thiểu tối đa chi phí.

Giải pháp bảo vệ tổng thể và đầy đủ (ANSI/UL 1449, IEEE Std) bao gồm:

Thiết kế bảo vệ bên ngoài bằng hệ thống chống sét trực tiếp (tức là không để sét đánh trúng vào hệ thống PV). Dùng tia sét có hình dạng 1.2/50 us để tính toán theo chuẩn

Thiết kế bảo vệ chống xung quá áp đột biến lan truyền trên đường dây DC, AC và tín hiệu

Giảm nguy cơ cháy và hỏng hệ thống do sét đánh về 0%

Giải pháp bảo vệ tổng thể và đầy đủ (ANSI/UL 1449, IEEE Std) gồm:

Thiết kế hệ thống nối đất đảm bảo kỹ thuật

Tính toán, lựa chọn dây tiếp địa, cọc tiếp địa

Giải pháp phòng cháy và báo cháy

Thiết kế theo quy định của cục Cảnh sát PCCC và NFPA 101 Life Safety Code

Các tấm pin được chia làm các dãy, nhóm với kích thước không quá 40x40m cho mỗi nhóm

Khoảng cách giữa các nhóm không nhỏ hơn 1.5m

Đảm bảo khả năng cách điện của dây DC trên khu vực mái và không để dây DC tiếp xúc trần với bề mặt mái

Lắp đặt hệ thống pin và inverter đúng khuyến cáo của nhà sản xuất

Hệ thống báo cháy

Hệ thống báo cháy phải đảm bảo luôn trong tình trạng hoạt động tốt

Lắp đặt chuông tại nơi có thể nhìn thấy và nghe thấy tiếng còi báo động

Ngay sau khi Công tắc khẩn cấp được kích hoạt, FireRaptor sẽ "tắt" các tấm pin mặt trời bằng cách cô lập tất cả hệ thống cáp DC,AC. Nếu nhiệt độ trong khu vực vượt quá 85 ° C.

Giải pháp tối ưu công suất PV

1- Trong chuỗi nối tiếp PV, các hiện tượng (lão hóa, chênh lệch CS đầu ra, bụi bẩn, phủ bóng), sản lượng điện, dòng điện giảm xuống mức thấp nhất do hiện tượng thắt nút cổ chai

2- Không thể giám sát mức công suất. Do đó, việc xác định, chẩn đoán lỗi chính xác rất khó khăn

3- Các phương pháp bảo trì hiện tại không thể ngăn chặn việc giảm đáng kể điện năng có thế hệ xảy ra bất cứ lúc nào

Giải pháp giám sát và điều khiển từ xa

Giải pháp giảm sóng hài

Sóng hài tại điểm đấu nối hiện tại đã đạt các tiêu chuẩn quy định. Tuy nhiên trong tương lai có thể có các nguồn phát sóng hài lân cận làm xấu tình hình hệ thống điện và đồng thời ảnh hưởng chất lượng điện cung cấp cho nhà máy

Đề xuất cải tiến bộ lọc hiện tại (600 kVAR tại xưởng 1 và 2, 400 kVAR tại xưởng 3) thành bộ lọc thụ động như high-pass filter hoặc tuned filter như hình bên với thiết kế phù hợp để loại bỏ cộng hưởng trong hệ thống từ điện, từ đó giảm sóng hài về mức thấp gần với mức của nhà sản xuất inverter.

Giải pháp test dây DC, AC

Phải căn cứ vào chỉ số PI

Đo lấy 2 giá trị. Cứ để đầu đo đó cho 1 phút lấy giá trị 1 lần, để 10 phút sau lấy giá trị thêm lần nữa.

>4 là excellent.

<2 là potential problems.

Hạn chế việc cháy nổ do lỗi cách điện kém

Nhiệt độ ảnh hưởng đến vật liệu cách điện, nghĩa là nhiệt độ tăng sẽ làm giảm điện trở cách điện .Quy tắc chung là: nhiệt độ tăng 10 ℃ thì giảm một nửa điện trở cách điện.

Kiểm tra và vệ sinh tấm pin thường xuyên

Một tấm pin năng lượng mặt trời bẩn thậm chí có thể làm giảm tới 30% khả năng cung cấp năng lượng

Các phương pháp làm sạch :

Tùy thuộc vào đặc điểm, điều kiện của khu vực dự án để chọn phương án làm sạch tấm PV:

+ Vệ sinh bằng robot, xe chuyên dụng với nước tại khu vực có nguồn nước phong phú, chi phí nước thấp, chi phí lao động cao.

+ Vệ sinh bằng nước với phương pháp lau thủ công tại khu vực có nguồn nước phong phú, chi phí nước và lao động thấp.

+ Vệ sinh bằng robot, máy móc với bàn chải khô tại khu vực có nguồn nước khan hiếm, chi phí nước và lao động cao.

+ Vệ sinh thủ công với cọ cao su tại khu vực có nguồn nước khan hiếm, chi phí nước cao, chi phí lao động thấp

Nhu cầu tích trữ điện bằng ắc quy của Việt Nam