MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 1/6
Giảng viên ra đề:
(Ngày ra đề)
8/5/2023
Người phê duyệt:
(Ngày duyệt đề)
(Chữ ký và Họ tên)
Trần Công Binh
(Chữ ký, Chức vụ và Họ tên)
(phần phía trên cần che đi khi in sao đề thi)
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Học kỳ/năm học
2
2022-2023
Ngày thi
20/5/2023
Môn học
Hệ thống năng lượng xanh
Mã môn học
EE3131
Thời lượng
90 phút
Mã đề
01
Ghi chú:
Được dùng tài liệu. Không được dùng thiết bị có chức năng thu phát thông tin (laptop, điện thoại,…).
Câu hỏi 1 (L.O.1): Cho tấm pin mặt trời có các thông số ở STC (1kW/m2, 25oC, AM1,5) như sau:
Công suất cực đại (Pmax) 665 W Hệ số nhiệt của Isc 0,04%/C
Dòng điện ngắn mạch (Isc) 18,73 A Hệ số nhiệt của Voc - 0,25%/C
Điện áp hở mạch (Voc) 45,46 V Hệ số nhiệt của Pmax - 0,34%/C
Dòng điện ở Pmax (Impp) 17,60 A NOCT 45C
Điện áp ở Pmax (Vmpp) 37,79 V Kích thước 2381 1303 mm
a) Tính công suất mỗi tấm pin mặt trời ở điều kiện NOCT (800W/m2, AM1,5, môi trường 20oC)? (1 đ)
b) Tính toán thiết kế (dàn pin, inverter) hệ điện mặt trời 100 kWp hòa lưới ở điều kiện như câu a? Ước
tính sản lượng điện mà hệ điện mặt trời này cung cấp cho lưới mỗi ngày? Biết dàn pin nhận trung
bình 5,5 giờ nắng đỉnh mỗi ngày. Nhiệt độ ban ngày thấp nhất là 10 oC. (Hiệu suất năng lượng
trung bình của bộ nghịch lưu hòa lưới là 98%). (2 đ)
c) Tính toán thiết kế bộ sạc (hiệu suất 97%) và hệ acquy (deep cycle, hiệu suất năng lượng 75%, làm
việc ở 40 oC) để tích 30% sản lượng điện mặt trời ở điều kiện NOCT từ dàn pin ở câu b trong 2 giờ
nghỉ trưa (cho hệ hòa lưới tự dùng zero export, giờ nghỉ trưa từ 11:00-13:00)? Cho biết năng lượng
trong acquy sẽ được phát lên lưới thông qua hybrid inverter (hiệu suất vẫn là 97%) vào ban đêm từ
(giờ cao điểm 17:00-20:00). (2 đ)
Câu hỏi 2 (L.O.2): Trên mặt biển sâu xa bờ, khi khảo sát ở độ cao 50 m so với mặt biển, tốc độ gió trung
bình 8 m/s, phân bố dạng Reyleigh. Lắp đặt turbine gió công suất 4,2 MW, có đường kính cánh quạt 117
m, lắp trên trụ tháp cao 84 m trên biển. Turbine làm việc trong dải tốc độ gió từ 3-25 m/s. Giả sử nhiệt độ
môi trường là 26 oC:
a) Tính tỷ trọng không khí và tốc độ gió trung bình ở độ cao lắp đặt turbine? Nhận xét? (1 đ)
b) Với mỗi turbine đứng độc lập ở điều kiện môi trường như trên, ước tính CF theo đồ thị ở Hình 1?
Nhận xét về kích thước cánh quạt? (0,5 đ)
c) Với trang trại gió gồm 100 turbine trên, bố trí sao cho theo các hướng gió chủ đạo, khoảng cách
giữa các turbine bằng 8 lần đường kính cánh quạt? Dựa theo đồ thị ở Hình 1 ước tính sản lượng
hàng năm của trang trại? (1 đ)
d) Ước tính thời gian mà turbine nghỉ do gió ngoài dải tốc độ làm việc mỗi năm? (0,5 đ)
Câu hỏi 3: (L.O.3): Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25 oC), pin (fuel cell) dùng nhiên liệu hydro
(H2) và oxi (O2 trong không khí) tạo ra nước ở thể lỏng; mỗi phân tử hydro giải phóng 2 electron. Giả sử
90% khí hydro chuyển đổi giải phóng electron. Hiệu suất thực của pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết.
Bộ pin này sử dụng lượng hydro tạo ra trong quá trình điện phân nước từ toàn bộ nguồn điện của trang
trại gió ở câu hỏi 2c bên trên. Cho biết quá trình điện phân có hiệu suất 90%.
a) Tính sản lượng điện năng tạo ra hàng năm từ pin nhiên liệu? (1 đ)
b) Tính khối lượng hydro tạo ra mỗi năm? (1 đ)
Nguồn: Vestas
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 2/6
Hình 1: Đồ thị sản lượng theo vận tốc gió ở điều kiện tiêu chuẩn
Người ra đề .
Trần Công Binh
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 3/6
ĐÁP SỐ SƠ BỘ:
Câu 1:
a) Pm_a = 495.824000 W
.
b) No_solar: 150 panels
b) INVERTER: Vac_INV = 380 V, 3 pha
b) INVERTER: Vdc_INV_max = 7074.712500 V
b) INVERTER: Isc_INV_total = 190.765050 A => 20A/string
b) INVERTER: P_INV = 72.886128 kW.ac
Bo tri dan pin gom 10 string, moi string gom 15 tam pin mac noi tiep.
Chon 1 inverter >= 73 kW, dien ap DC >= 750 Vdc, tong dong dien DC >= 200 A
cho 10 string.
b) E_day = 400.873704 kWh/day
.
c) Chon dien ap he thong (~72 kW): V_batt = 500 V
c) ACQUY: C_aq = 115.943130 Ah
c) CHARGER: Iin > 190.765050 A => 20 A/string x 10 string
c) CHARGER: Vin > 7074.712500 V => 750 V
c) CHARGER: Vbatt: 500 V
Câu 2:
a) Vavg_84 = 8.425990 [m/s] la kha cao!
a) ro = 1.169079 [kg/m3]
.
b) CF_b = 0.422807 la tuong doi phu hop => duong kinh canh quat phu hop
c) E_farm_c = 1291.140800 [GWh/100 turbines]
d) Thoi gian turbine dung dung lam viec <3m/s & >25m/s: 838.851805 [gio]
Câu 3:
a) San luong dien nang hang nam tu fuel cell: 415.611499 [GWh]
b) Khoi luong hydro sinh ra moi nam: 28034.502449 [tan]
Trần Công Binh
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 4/6
ĐÁP ÁN SƠ BỘ: (Giải bằng Matlab)
Câu 1:
% Lop HTNLX HK222_Lop CQ, Thi cuoi ky
% Cau 1
clc
clear all
q=1.602e-19
k=1.381e-23
% Thong so pin:
Pm=665
Isc=18.73
Voc=45.46
Im=17.6
Vm=37.79
TCIsc= 0.04 % %/K
TCVoc=-0.25 % %/K
TCPm =-0.34 % %/K
NOCT=45
Area=2.381*1.303 % m2
% Cau a:
Tcell_NOCT=45
Sun_NOCT=0.8 %NOCT
% Cau b:
Tamb_min=10
Psolar_b= 100e3 % Wp
Peak_hour=5.5
Eff_Grid_INV=0.98
% Cau c:
Charging_hour=2 % 11:00-13:00
DeepCycle=0.8 %
Eff_Ebatt=0.75 %
Eff_Charger=0.97 %
Eff_Batt_INV=0.97 %
Charging_Ratio=0.3% 30%
disp('Cau a ______________________')
Pm_a=Sun_NOCT*Pm*(1+TCPm/100*(Tcell_NOCT-25))
disp('Cau b ______________________')
N_panel_b = round(Psolar_b/Pm)
disp('Bo tri dan pin gom 10 string, moi string gom 15 tam pin mac noi tiep.')
N_string_b = 10
Voc_INV_max=N_panel_b*Voc*(1+TCVoc/100*(Tamb_min-25))%
Tcell_STC=40+(NOCT-20)*1/0.8 %
Isc_INV_MAX=N_string_b*Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell_STC-25)) %
P_INV_b= N_panel_b*Pm_a*Eff_Grid_INV % Dieu kien cau a
V_AC_INV_b = 380 % V
disp('Chon 1 inverter >= 73 kW, dien ap DC >= 750 Vdc, tong dong dien DC >= 200 A
cho 10 string.')
E_day_b= P_INV_b*Peak_hour
disp('Cau c ______________________')
Isc_c=Sun_NOCT*Isc*(1+TCIsc/100*(Tcell_NOCT-25))
P_Batt_In= N_panel_b*Pm_a*Eff_Charger % ~ 72 kW => He acquy 500 Vdc
V_Batt = 500 %
E_batt_Out= P_Batt_In*Eff_Ebatt*Charging_hour*Charging_Ratio
C_0 = E_batt_Out/V_Batt % Moi ngay
C_1 = C_0/DeepCycle % Acquy xa sau
C_2=C_1 % Theo hinh 9.39, nhiet do acquy 40 oC thi dung luong khong suy giam.
t_discharge = 3 % 3 gio: 17g-20g
I_discharge = E_batt_Out/t_discharge/V_Batt
DR = C_2/I_discharge
MSSV: ........................................ Họ và tên SV: ........................................................................................................... Trang 5/6
C_3=C_2/0.7 % Theo hinh 9.42, nhiet do moi truong 40 oC, DR=3.75 => TDR=0.7
Vbatt_chager = V_Batt
Vin_chager = Voc_INV_max
Iin_chager = Isc_INV_MAX
disp('Ket qua _________________________________________________________')
TEXT = sprintf('a) Pm_a = %f W', Pm_a); disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('b) No_solar: %d panels', N_panel_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) INVERTER: Vac_INV = %d V, 3 pha', V_AC_INV_b); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) INVERTER: Vdc_INV_max = %f V', Voc_INV_max); disp(TEXT)
%TEXT = sprintf('a) Tcell_STC = %f oC', Tcell_STC); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) INVERTER: Isc_INV_total = %f A => 20A/string', Isc_INV_MAX);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) INVERTER: P_INV = %f kW.ac', P_INV_b/1000); disp(TEXT)
disp('Bo tri dan pin gom 10 string, moi string gom 15 tam pin mac noi tiep.')
disp('Chon 1 inverter >= 73 kW, dien ap DC >= 750 Vdc, tong dong dien DC >= 200 A
cho 10 string.')
TEXT = sprintf('b) E_day = %f kWh/day', E_day_b/1e3); disp(TEXT)
disp('.')
TEXT = sprintf('c) Chon dien ap he thong (~72 kW): V_batt = %d V', V_Batt);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) ACQUY: C_aq = %f Ah', C_3); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) CHARGER: Iin > %f A => 20 A/string x 10 string', Iin_chager);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) CHARGER: Vin > %f V => 750 V', Vin_chager); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) CHARGER: Vbatt: %d V', Vbatt_chager); disp(TEXT)
Câu 2:
% Lop HTNLX HK222_Lop CQ, Thi cuoi ky
% Cau 2_NL Gio
% Matlab tinh goc theo rad!
clc
clear all
H=0 % Cao do so voi mat bien
H0=50 % Cao do khao sat
Vavg_50=8 % [m/s]
P_r=4.2e6 % MW
D=117 % Duong kinh
H1=84 % Do cao tru turbine
Tabm=26 % [oC]
disp('Kieu My _________________________________')
disp('Cau a _________________________________')
% Cach 1-------------------
R=8.2056e-5 % [m3.atm/(K.mol)]
T=273+Tabm % [oK]
MW=28.97 % air=28.97g/mol
Po=1 % atm
P=Po*exp(-1.185e-4*(H+H1))
ro=P*MW*1e-3/R/T
alfa1=0.1
Vavg_84 = Vavg_50*(H1/H0)^alfa1
disp('Toc do gio 8.43 m/s la kha cao')
disp('Cau b _________________________________')
E_year_1turbine=16.3e9 % o STP
CF_b=(ro/1.225)*E_year_1turbine/8760/P_r
disp('CF = 0.405 la tuong doi phu hop => duong kinh canh quat phu hop')
disp('Cau c _________________________________')
n=100 % turbines
% 100 turbine (gia su 10x10), khoang cach 8D: he so mang la 0.63