Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn và đề xuất giải pháp quản lý, kinh doanh năng lượng mặt trời

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu khảo sát tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp cho một số phụ tải tại thành phố Lạng Sơn, tỉnh Lạng Sơn; cấu trúc của nguồn năng lượng mặt trời dạng tập trung và áp mái. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn và đề xuất giải pháp quản lý, kinh doanh năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Bùi Tuấn Ngọc NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO THÀNH PHỐ LẠNG SƠN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, KINH DOANH NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - năm 2020 1
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Nguyễn Như Hiển. Các nội dung nghiên cứu, số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một luận văn nào trước đây. Các số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, đánh giá, nhận xét đã được chính tác giả thu thập từ nhiều nguồn thông tin khác và đã nêu rõ trong tài liệu tham khảo. Ngoài ra, đề tài cũng sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, tổ chức cơ quan khác nhau và cũng đã thể hiện trong phần tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình./. Thái Nguyên, ngày 02 tháng 7 năm 2020 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Bùi Tuấn Ngọc 2
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn của mình, tôi đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp, động viên từ các quý thầy, cô trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, từ các bạn đồng nghiệp và người thân trong gia đình. Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Như Hiển đã tận tình hướng dẫn, luôn hỗ trợ và khích lệ trong suốt thời gian làm luận văn để tôi có thể hoàn thành được luận văn của mình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy, cô giáo đã tham gia giảng dạy trong khóa học chuyên ngành Kỹ thuật điện. Các thầy cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo của khoa Điện và phòng Đào tạo Nhà trường đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành nội dung luận văn. Thái Nguyên, ngày 02 tháng 7 năm 2020 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Bùi Tuấn Ngọc 3
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………1 LỜI CÁM ƠN…………………………………………………………………..2 MỤC LỤC………………………………………………………………………3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………….6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU………………………………………………6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ………………………………...…7 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………...8 Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu …………………………..……11 1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lạng Sơn và thành phố Lạng Sơn ………11 1.1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lạng Sơn………………………………11 1.1.2. Giới thiệu khái quát về Điện lực thành phố Lạng Sơn………………..…13 1.2. Vai trò, đặc điểm và hiện trạng cấp điện của các tỉnh Đông Bắc và thành phố Lạng Sơn……………………………………………………………...……14 1.2.1. Vai trò và đặc điểm………………………………………………………14 1.2.2. Hiện trạng cấp điện cho khu vực Đông Bắc và tỉnh Lạng Sơn……….…15 1.2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại các tỉnh Đông Bắc……………….…15 1.2. Vai trò của năng lượng mặt trời của thành phố Lạng Sơn……………...…16 1.3. Một số lưu ý về năng lượng mặt trời tại thành phố Lạng Sơn……….……18 1.3.1. Tư vấn về lắp điện mặt trời………………………………………...……18 1.3.2. Chi phí lắp 1 hệ thống điện năng lượng mặt trời hoàn chỉnh……………21 1.3.3. Lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời………………………………..…21 1.3.4. Thu hồi vốn khi lắp hệ thống năng lượng mặt trời………………………24 1.4. Kết luận chương 1…………………………………………………………25 Chương 2. Nghiên cứu cấu trúc hệ điện mặt trời nối lưới có lưu trữ…...…26 2.1. Giới thiệu………………………………………………………………..…26 2.1.1. Nguyên lý hoạt động………………………………………………….…26 2.1.2. Các mô hình lắp đặt…………………………………………………..…26 2.1.2.1. Mô hình nối lưới trực tiếp (On Grid)………………………….………27 2.1.2.2. Mô hình năng lượng mặt trời độc lập (Off Grid)………………..……27 4
2.1.2.3. Mô hình vừa nối lưới vừa có lưu trữ (Hybrid)………………..………27 2.2. Cấu trúc của hệ thống điện mặt trời…………………………………….…28 2.2.1. Cấu trúc hệ năng lượng mặt trời nối lưới……………………….……….28 2.2.2. Cấu trúc hệ năng lượng mặt trời độc lập………………………..……….29 2.2.3. Cấu trúc hệ năng lượng mặt trời lai………………………………..…….30 2.3. Hệ năng lượng điện mặt trời nối lưới có lưu trữ……………………..……31 2.3.1. Pin mặt trời (PV - Photovoltaic)………………………………….……..31 2.3.2. Bộ biến đổi một chiều - một chiều (DC/DC).……………………...……35 2.3.3. Nghịch lưu nối lưới (Grid Tie Inverter)…………………………………39 2.3.3.1. Nghịch lưu dòng một pha………………………………………..…….39 2.3.3.2. Sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm giữa…………………….…………40 2.3.3.3. Nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu…………………………………………41 2.3.3.4. Mạch công suất của bộ nghịch lưu (cầu H)……………………………42 2.3.4. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp…………………….……43 2.3.4.1. Dạng sóng sin mô phỏng…………………………………………....…43 2.3.4.2. Dạng sóng sin chuẩn……………………………………………….….43 2.3.5. Lọc sóng hài………………………………………………………..……44 2.3.5.1. Khái niệm về sóng hài…………………………………………………45 2.3.5.2. Nguyên nhân phát sinh sóng hài………………………………………46 2.3.5.3. Tác hại sóng hài………………………………………………….…….46 2.3.5.4. Giải pháp lọc sóng hài…………………………………………………46 2.3.6. Nguồn điện một chiều (Ắc quy)…………………………………………47 2.3.6.1. Giới thiệu chung về Ắc quy……………………………………………47 2.3.6.2. Tiêu chuẩn ắc quy……………………………………………..……….48 2.3.7. Hệ thống điều khiển………………………………………………..…….50 2.3.7.1. Điều khiển điện áp một chiều………………………………………….51 2.3.7.2. Điều khiển nghịch lưu một pha………………………………..………51 2.4. Kết luận chương 2…………………………………………………………53 2.4.1. Căn cứ để chọn hệ thống điện mặt trời lai………………………………53 2.4.2. Để thiết kế được hệ thống điều khiển……………………………………55 5
Chương 3. Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý, kinh doanh năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn…………………………………….56 3.1. Đặt vấn đề………………………………………………………………….56 3.1.1. Ưu, nhược điểm của năng lượng mặt trời…………………….………....56 3.1.2. So sánh về ưu nhược điểm một số hệ thống năng lượng mặt trời…….....59 3.1.2.1. Hệ thống NLMT độc lập (Off Grid Solar System)…………………….59 3.1.2.2. Hệ thống NLMT nối lưới trực tiếp (On Grid System)…………...……59 3.1.2.3. Hệ thống kiểu kết hợp, vừa lưu trữ vừa hòa lưới………………...……60 3.1.3. Các văn bản pháp quy về điện mặt trời mái nhà…………………..….…60 3.2. Quan điểm và định hướng phát triển NL tái tạo ở VN đến 2030 và tầm nhìn đến 2050……………………………………………………………………..…61 3.2.1. Giai đoạn từ nay đến 2030…………………………………………..…...62 3.2.2. Định hướng đến 2050……………………………………………..……..62 3.3. Thực trạng phát triển NL mặt trời ở Việt Nam và thành phố Lạng Sơn……………………………………………………………………………...65 3.3.1. Thực trạng phát triển NL mặt trời ở Việt Nam…………………….….…65 3.3.2. Tình hình phát triển điện mặt trời ở Thành phố Lạng Sơn…………...….68 3.4. Đề xuất một số giải pháp QL và KD NLMT ở thành phố Lạng Sơn…...…70 3.4.1. Công tác tuyên truyền………………………………………………..…..71 3.4.2. Việc thực hiện thủ tục của ngành Điện……………………………….….74 3.4.3. Công tác kinh doanh, cung cấp thiết bị, phụ kiện, giá cả……………..…75 3.4.4. Giải pháp hỗ trợ về tài chính………………………………………...…..77 3.4.5. Công tác quản lý vận hành điện mặt trời…………………………..….…77 3.5. Kết luận………………………………………………………………....…79 Kết luận và Kiến nghị…………………………………………………………80 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………….82 6
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam NLTT Năng lượng tái tạo NLMT Năng lượng mặt trời MT Mặt trời BXMT Bức xạ mặt trời DC Một chiều AC Xoay chiều MN Miền núi QL Quản lý KD Kinh doanh DANH MỤC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1: Công suất mang tải đường dây…………………………...…………11 Bảng 1.2: Số liệu bức xạ của cả nước …………………………………...…….16 Bảng 2.1: Sơ đồ trạng thái đóng ngắt các khóa trên mạch cầu H……….….…..42 Bảng 2.2: Dạng sóng của một số loại phi tuyến…………………….….………47 Bảng 2.3: Khả năng khởi động ban đầu của ắc quy……………………...…….49 Bảng 2.4: Khả năng phóng điện của ắc quy…………………….………….…..50 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Bản đồ số liệu bức xạ năng lượng mặt trời Việt Nam……..….……..17 Hình 1.2: Hệ pin năng lượng mặt trời.…………………………………….…...20 Hình 1.3: Pin loại Pin Mono và poly …………………………………….…….22 Hình 2.1: Mô hình nối lưới trực tiếp…………………………………………...27 Hình 2.2: Mô hình năng lượng mặt trời độc lập ……………………………….28 Hình 2.3: Mô hình vừa nối lưới vừa có lưu trữ (Hybrid)………………………28 Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới …………………………29 Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời độc lập.........................................30 Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời lai..................................................30 Hình 2.7: Các tấm pin mặt trời …………………………………………….......31 Hình 2.8: Mô hình tương đương của module PV………………………………33 Hình 2.9: Các họ đặc tính của PV……………………………………………...35 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck…………………………………36 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp…………………………………..…37 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck-Boost…………………………….......38 Hình 2.13: Bộ chuyển đổi DC/DC có cách ly………………………….………39 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng.................................40 Hình 2.15: Sơ đồ nghịch lưu môt pha có điểm giữa……………………………41 Hình 2.16: Sơ đồ dạng nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu…………………….……42 Hình 2.17: Sơ đồ đơn giản của mạch cầu H sử dụng Mosfet làm công tắc….…42 Hình 2.18: Sóng sin mô phỏng, thuần sin và xung vuông…………………..…44 Hình 2.19: Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM…………………………..……44 Hình 2.20: Mô dạng tín hiệu méo gây bởi song hài……………………………45 Hình 2.21: Cấu tạo Ắc quy………………………………………………..……48 Hình 2.22: Cấu trúc ĐK điện áp một chiều sử dụng bộ điều khiển PI…..……..51 Hình 2.23: Sơ đồ khối nghịch lưu một pha………………………………….…51 Hình 2.24: Mạch vòng điều khiển dòng điện…………………………….…….52 Hình 2.25: Mạch vòng điều khiển công suất……………………………..…….52 Hình 2.26: Sơ đồ điều khiển hệ thống pin mặt trời nối lưới có lưu trữ……...…53 8
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu sử dụng điện của người dân, các tổ chức ngày càng tăng cao về chất và lượng. Trong khi đó, nguồn năng lượng cơ bản (than đá, thủy điện, dầu khí…) phục vụ việc sản xuất điện ngày càng hạn hẹp. Đây là một trong những thách thức lớn đối với ngành Điện. Thêm vào đó, vấn đề tiết kiệm năng lượng, sử dụng năng lượng điện hiệu quả chưa thực sự được người dân quan tâm nhiều, chưa áp dụng triệt để, rộng rãi. Thành phố Lạng Sơn là địa bàn có sự tăng trưởng phát triển kinh tế lớn nhất trong tỉnh Lạng Sơn. Dân số tập trung đông, tập trung nhiều cơ quan, tổ chức hành chính, doanh nghiệp với nhu cầu sử dụng điện lớn, có nhiều thiết bị điện hiện đại, yêu cầu cao về chất lượng điện năng. Thành phố nằm ở trung tâm của tỉnh, thuộc phía Đông Bắc của cả nước, có vị trí địa lý thuận lợi, tổng số giờ nắng và cường độ bức xạ nhiệt cao (trung bình xấp xỉ 4kWh/m2/ngày), được đánh giá là khu vực có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời. Với những lý do trên, đề tài “nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời và đề xuất giải pháp quản lý, kinh doanh cho năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn” là một trong những giải pháp về đáp ứng nguồn cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng, qua đó nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, tiết kiệm nguồn tài nguyên, tận dụng tốt nguồn năng lượng sạch, bảo vệ môi trường, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng ảnh hưởng đến tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2.1. Đối tượng nghiên cứu: - Nguồn năng lượng tái tạo của thành phố Lạng Sơn và tiềm năng về điện mặt trời trên địa bàn thành phố Lạng Sơn. - Đánh giá khả năng khai thác nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp cho một số phụ tải tại Thành phố Lạng Sơn, Tỉnh Lạng Sơn. 9
2.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài * Mục tiêu chung: - Nghiên cứu khảo sát tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp cho một số phụ tải tại Thành phố Lạng Sơn, Tỉnh Lạng Sơn. - Cấu trúc của nguồn năng lượng mặt trời dạng tập trung và áp mái. * Các mục tiêu cụ thể là: - Về lý thuyết: + Nghiên cứu khảo sát tiềm năng năng lượng mặt trời tại Tỉnh Lạng Sơn. + Đánh giá khả năng khai thác nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp cho một số phụ tải tại Thành phố Lạng Sơn, tỉnh Lạng Sơn. + Cấu trúc bộ nguồn năng lượng mặt trời khi vận hành độc lập và nối lưới. - Về thực tiễn: Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý, kinh doanh năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn. 3. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sử dụng kết hợp 2 phương pháp nghiên cứu khảo sát, lý thuyết và thực tiễn nhằm có những đánh giá để đưa ra tính khả thi trong việc áp dụng khai thác nguồn năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn. * Các công cụ, thiết bị nghiên cứu: Sử dụng các phần mềm phục vụ cho khảo sát đánh giá kết quả lý thuyết và thực tiễn. 4. Kết cấu của luận văn Dự kiến kết cấu luận văn như sau: Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Vai trò của năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng của thành phố Lạng Sơn. Chương 2. Nghiên cứu cấu trúc hệ điện mặt trời lai Nghiên cứu mô hình đặc trưng là nguồn năng lượng mặt trời tập trung hay phân tán dưới dạng lai. 10
Chương 3. Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý, kinh doanh năng lượng mặt trời cho thành phố Lạng Sơn Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật, kinh tế và kinh doanh điện mặt trời từ các nguồn độc lập và nối lưới trên địa bàn thành phố Lạng Sơn. Kết luận và kiến nghị. 11
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lạng Sơn và thành phố Lạng Sơn 1.1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lạng Sơn * Về nguồn điện: Lạng Sơn gồm có 05 nhà máy điện: NĐ Na Dương (110MVA); TĐ Cấm Sơn (4,5MW), TĐ Bản Quyền (1MW), TĐ Bắc Khê (2,4MW), TĐ Thác Xăng (20MW). Tổng công suất 137,9MVA, tuy nhiên chủ yếu phụ thuộc Nhà máy nhiệt điện Na Dương, các nguồn thủy điện tính ổn định không cao. * Về lưới điện 110kV: Gồm 08 đoạn ĐZ 110kV, có liên kết với các tỉnh Bắc Giang, Quảng Ninh và Cao Bằng, giữa các trạm 110 đều có kết nối mạch vòng. Các đường dây 110kV trên địa bàn mang tải từ 50- 75% tải định mức, dây dẫn chủ yếu AC150, AC185. Công suất phụ tải toàn tỉnh đạt Pmax = 167 MW, không tính phụ tải chuyên dùng thì Pmax = 152 MW/công suất đặt 04 TBA là 250MVA (chiếm 61%). Trong đó riêng TBA 110kV Thành phố hiện đang vận hành đầy tải (95%), mặc dù đã được TBA Đồng Đăng san tải 2 huyện phía Bắc (Văn Lãng, Tràng Định) và thị trấn Đồng Đăng. Bảng 1.1 CS đặt Pmax Mang tải Ghi chú TT Tên TBA (MVA) (MW) (%) 1 Đồng Mỏ (E13.1) 50 28,3 56,6 2 Lạng Sơn (E13.2) 80 76,2 95,25 3 Đồng Đăng (E13.6) 80 35,5 44,38 4 Hữu Lũng (E13.7) 40 27 67,5 (Ước đến tháng 12/2020 tổng công suất đạt 175MW) Khu vực Lạng Sơn chưa có TBA 220kV, tổng công suất tiêu thu trên địa bàn là 167 MW lớn hơn công suất các nguồn phát. Do đó phải nhận công suất từ cả 03 mạch liên kết 110kV Lạng Sơn – Quảng Ninh, Lạng Sơn – Bắc Giang, 12
Lạng Sơn – Cao Bằng. Điện áp nguồn cấp không ổn định, trong quá trình vận hành nhiều lần phải mở vòng phía Bắc Giang để tránh sự cố do quá tải dây AC150 đoạn Bắc Giang quản lý (4 tháng đầu năm mở vòng 10 lần), dẫn đến điện áp thấp 98kV÷105kV trên các TBA 110kV Hữu Lũng, Đồng Bành, Đồng Mỏ. Điện áp đầu các xuất tuyến 35kV đạt 33,5÷36kV (trong khi theo tiêu chuẩn vận hành thì yêu cầu giờ cao điểm là 37,5kV ÷ 38,5kV). - Lưới 110kV không ổn định, kết lưới yếu, phải nhận công suất từ cả 03 mạch liên kết 110kV Quảng Ninh, Bắc Giang, Cao Bằng. - Ngoài ra thời gian tới triển khai dự án xuất tuyến sau TBA 220kV Lạng Sơn mở vòng mạch Lạng Sơn – Đồng Đăng (hướng Cao Bằng) 50 ngày. Mất nguồn Cao Bằng cấp sang, Bắc Giang sẽ phải cấp cho Lạng Sơn nhiều hơn, dẫn đến nguy cơ quá tải đoạn Bắc Giang, phải mở vòng để tránh sự cố. Khi đó điện áp vận hành dự kiến chỉ đạt 92÷94kV. * Lưới điện trung áp: - Lưới điện trung áp với khối lượng 2.813,9km trải dài trên địa bàn rộng với 19 xuất truyến 35kV, 07 xuất tuyến 22kV, 10 xuất tuyến 10kV, các đường dây trung áp mang tải 60-80%. Có 05 điểm liên lạc liên tỉnh với cả 05 tỉnh tiếp giáp (Cao Bằng, Bắc Kạn, Bắc Giang, Quảng Ninh, Thái Nguyên) và 13 liên lạc nội tỉnh. - Có những đường dây trung áp dài liên huyện, nguồn cấp điện hiện phải phụ thuộc vào các Công ty lân cận, tính chủ động không cao, điện áp thấp. Mặc dù có các mạch vòng, nhưng đa số bán kính cấp điện lớn, điện áp thấp, truyền tải công suất hạn chế. Các đường dây 35kV trải dài liên huyện không khai thác được hết công suất đặt của các MBA 110kV. Các đường dây có chiều dài từ 500km÷600km, bán kính cấp điện trên 100km, điện áp cuối nguồn thấp 32÷33kV. * Lưới điện hạ áp: Tổng chiều dài đường dây hạ áp bán lẻ là 5.266,32km trong đó khu vực thành thị là 769,9 km, khu vực nông thôn là 4498,46km. Thuận lợi: Lưới hạ áp khu vực thành thị đường dây đảm bảo kỹ thuật. Giai đoạn 2010 - 2019, một số khu vực lưới điện hạ thế tỉnh Lạng Sơn đã được đầu tư 13
và cải tạo bởi các chương trình sửa chữa thường xuyên, sửa chữa lớn, cải tạo chống quá tải. Đặc biệt là các năm từ 2013 đến 2016 các dự án công trình đầu tư, cải tạo được đẩy mạnh (theo các nguồn vốn thuộc dự án DEP 1, DEP 2, ĐTXD, ADB, cải tạo lưới điện hạ áp nông thôn). Khó khăn: Lưới điện khu vực thị trấn, thành Phố hiện nay có hiện tượng đầy tải dây dẫn. Lưới hạ áp khu vực nông thôn bán kính lớn (trung bình 1,7km, cá biệt có nơi 3-5km). Lưới điện hạ áp sau tiếp nhận cũ nát, dây dẫn trần, tiết diện nhỏ và nhiều mối nối, chưa có nguồn vốn đầu tư, cải tạo sửa chữa. Trong đó riêng phần lưới không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tối thiểu còn 584,3km. 1.1.2. Giới thiệu khái quát về Điện lực Thành phố Lạng Sơn - Nguồn điện: Thành phố Lạng Sơn hiện đang được cấp điện trực tiếp từ lưới điện Quốc Gia thông qua chủ yếu 01 trạm biến áp 110kV E13.2 thành phố Lạng Sơn, với 02 máy biến áp, tổng công suất là 80MVA. Ngoài ra, thành phố còn được cấp điện từ phía trạm biến áp 110 KV E13.1 Đồng Mỏ, E13.6 Đồng Đăng bởi các mạch trung thế liên lạc. Tuy nhiên, các điểm liên lạc hầu như không đóng điện, chỉ sử dụng trong trường hợp thay đổi phương thức để sửa chữa, bảo dưỡng hoặc sự cố. - Về lưới điện: lưới điện thành phố gồm có cấp điện áp trung thế 22kV, 35kV và hạ thế 0,4kV. Trong đó: + Lưới 35KV: Gồm 01 lộ đường dây trung thế 35kV (373 E13.2) được cấp điện từ trạm 110kV E13.2 thành phố Lạng Sơn. Đây là lộ có bán kính cấp điện dài, cấp điện cho thành phố Lạng Sơn, cấp đến huyện Cao Lộc, Lộc Bình và Đình Lập, với bán kính cấp điện là hơn 70km. Do bán kính cấp điện lớn nên xác suất xảy ra sự cố mất điện lớn, ảnh hưởng đến tình hình cấp điện cho các hộ tiêu thụ. + Lưới 22KV: Gồm 04 lộ đường dây trung thế 22kV (471, 473, 474, 476 E13.2) được cấp điện từ trạm 110kV E13.2 thành phố Lạng Sơn. Các lộ đã được xây dựng và vận hành từ nhiều năm, hiện tại đều đang đầy tải. 14
+ Lưới điện hạ thế 0,4KV: toàn địa bàn thành phố có gần 200 trạm biến áp công cộng và gần 100 trạm biến áp chuyên dùng của khách hàng. Trong đó, tại các trạm biến áp công cộng, cơ bản lưới điện hạ thế đều đã được đầu tư, cải tạo nên chất lượng điện năng đảm bảo tiêu chuẩn vận hành, cung cấp điện ổn định, tin cậy. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều lưới điện của trạm biến áp có bán kính cấp điện lớn hơn tiêu chuẩn (>500m), nhiều lưới điện hạ thế đã đầy tải, một số có hiện tượng quá tải cục bộ và giờ cao điểm tối. Nhu cầu sử dụng điện trong thành phố đạt 34% so với toàn tỉnh Lạng Sơn, tiêu chuẩn cấp điện sinh hoạt khu vực nội thị đạt khoảng 228kWh/người/năm. - Chiếu sáng công cộng: Điện chiếu sáng công cộng địa bàn thành phố Lạng Sơn được cấp chủ yếu qua các trạm biến áp chiếu sáng đô thị, dưới sự quản lý của UBND thành phố Lạng Sơn. Việc chiếu sáng công cộng từ nguồn điện khác hầu như rất ít. 1.2. Vai trò, đặc điểm và hiện trạng cấp điện của các tỉnh Đông Bắc và thành phố Lạng Sơn 1.2.1. Vai trò và đặc điểm Vai trò: việc cấp điện ở các tỉnh Đông Bắc, đặc biệt là tỉnh có biên giới như Lạng Sơn có vai trò nhất định như sau: - Thứ nhất, là cấp điện phục vụ cho sinh hoạt, sản xuất, kinh doanh của người dân, doanh nghiệp, góp phần phát triển kinh tế, xã hội, xây dựng đất nước giàu đẹp. - Thứ hai, là cấp điện phục vụ cho cơ quan, chính quyền quản lý nhà nước (UBND, các Sở, ban, ngành của tỉnh…) nhằm đảm bảo duy trì các hoạt động quản lý của Nhà nước. - Thứ ba, là cấp điện cho người dân, các cơ sở vật chất khu vực biên giới, phục vụ mục đích an ninh, kinh tế. Đây cũng là một trong những vai trò trọng tâm của cấp điện. Đặc điểm: Các tỉnh thuộc Đông Bắc (gồm Lạng Sơn) chủ yếu có đặc điểm cấp điện tương đồng. Lưới điện đa số là hình tia, số lượng trạm biến áp 15
220kV, 110kV ít. Đường dây trung thế thường hình tia, kéo dài, chất lượng điện năng ở cuối nguồn có nhiều thời điểm không đảm bảo tiêu chuẩn vận hành. 1.2.2. Hiện trạng cấp điện cho khu vực Đông Bắc và tỉnh Lạng Sơn Với số lượng trạm biến áp truyền tải 110kV ít, lưới điện chủ yếu hình tia, vào giờ cao điểm tối trong ngày, nhiều hộ tiêu dùng ở cuối nguồn phải sử dụng điện năng với chất lượng không đảm bảo tiêu chuẩn. Một số khu vực lưới điện quá tải cục bộ vào giờ cao điểm tối, đặc biệt là khu vực thành phố, thị trấn. Khi lưới điện quá tải, Aptomat tác động cắt gây mất điện, ảnh hưởng đến sinh hoạt, kinh doanh, sản xuất của các hộ tiêu dùng. Bên cạnh đó, tại khu vực nông thôn, vùng sâu, vùng xa, do đặc thù sử dụng điện của hộ tiêu thụ, tình trạng non tải máy biến áp vẫn còn phổ biến và kéo dài trong ngày. Tại đây, dân cư thưa thớt, rải rác, chủ yếu sinh sống bằng nghề nông, lâm nghiệp, nhu cầu tiêu thụ điện ít cả về thời gian và công suất. Đa số các máy biến áp phân phối chỉ đạt tối đa khoảng 70% tải vào giờ cao điểm tối. Vào các thời điểm khác, công suất sử dụng của trạm chủ yếu chỉ
Chính vì vậy, trong hai mùa này, hệ thống điện năng lượng mặt trời vẫn hoạt động, chỉ là sản lượng điện tạo ra sẽ giảm (khoảng 50%). Nhưng trong hai mùa này, nhu cầu điện trong gia đình cũng thường giảm nhiều; vì thế gia đình nào lắp điện mặt trời vẫn có thể vừa sử dụng điện “sạch” vừa dùng điện từ điện lưới quốc gia. Theo các chuyên gia, tổng số giờ nắng và bức xạ mặt trời tại Việt Nam dù ở khu vực nào cũng cao hơn các nước châu Âu và Bắc Mỹ. Ở châu Âu mỗi năm có đến 6 tháng mùa đông, ngày ngắn đêm dài nhưng họ vẫn đầu tư phát triển điện mặt trời. Do đó, ở Đông Bắc, dù thời gian hoàn vốn sẽ dài hơn một chút so với miền Nam và Nam Trung Bộ nhưng bài toán kinh tế khi đầu tư điện mặt trời hộ gia đình vẫn đảm bảo. Số liệu bức xạ của cả nước ta như sau: Bảng 1.2. Số liệu bức xạ của cả nước Cường độ Giờ nắng trong Vùng BXMT (kWh/m2, Ứng dụng năm ngày) Đông Bắc 1600 - 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 - 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 - 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên và 2000 - 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Trung Bộ Nam Bộ 2200 - 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 - 2500 4,6 Tốt 1.2. Vai trò của năng lượng mặt trời của thành phố Lạng Sơn: được coi là nguồn năng lượng gần như vô tận, năng lượng mặt trời mang lại rất nhiều ứng dụng về mặt năng lượng, cụ thể: Năng lượng mặt trời tạo ra các máy nước nóng sử dụng nguồn nhiệt từ mặt trời để sử dụng trong sinh hoạt, kinh doanh, sản xuất. 17
Hình 1.1: Bản đồ số liệu bức xạ năng lượng mặt trời Việt Nam Hệ thống sưởi ấm từ năng lượng mặt trời áp dụng trong xây dựng, sử dụng các vật liệu nhiệt khối như đá, xi măng, nước... Hệ thống xử lý nước sử dụng nhiệt mặt trời và điện năng lượng mặt trời để khử mặn hoặc khử khuẩn. Bếp năng lượng mặt trời, người ta cũng sử dụng kỹ thuật hội tụ ánh sáng mặt trời để tạo nhiệt phục vụ nấu ăn, điển hình là các bếp công nghiệp công nghệ Ấn Độ đang phục vụ tới 35.000 suất ăn mỗi ngày. Lợi ích to lớn từ điện năng lượng mặt trời Điện năng lượng mặt trời là nguồn điện được chuyển đổi từ năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng. Do vậy với năng lượng mặt trời, chúng ta có một nguồn tài nguyên gần như vô tận để khai thác. 18
Ý nghĩa kinh tế của điện năng lượng mặt trời Với nguồn cung cấp ngày càng lớn về nguyên vật liệu, chi phí sản xuất pin năng lượng mặt trời đang ngày càng giảm. Đồng thời với sự phát triển của công nghệ ngày càng cao, sản lượng điện do pin mặt trời cung cấp đang tăng dần theo thời gian góp phần giảm chi phí tiêu thụ điện. An ninh năng lượng Một trong những vai trò quan trọng nữa là điện năng lượng mặt trời trong tương lai có thể thay thế các hình thức sản xuất điện khác từ việc đốt nguyên liệu hóa thạch cũng như hạn chế thủy điện làm thay đổi hệ sinh thái. Lợi ích môi trường của điện năng lượng mặt trời Điện năng lượng mặt trời được công nhận là nguồn năng lượng xanh, sạch và thân thiện với môi trường, công nghệ tái chế pin năng lượng mặt trời cũng dần hoàn thiện, theo thống kê các năm gần đây, lượng phát thải khí CO2 trung bình của điện năng lượng mặt trời là 41g/kWh so với điện than là 820g/kWh và dầu khí là 490g/kWh. Ngoài ra, điện năng lượng mặt trời được ứng dụng sâu rộng trong đời sống của con người từ sinh hoạt đến sản xuất, có khả năng triển khai với quy mô rất đa dạng và phù hợp với mọi đối tượng. 1.3. Một số lưu ý về năng lượng mặt trời tại thành phố Lạng Sơn Tại thành phố Lạng Sơn, khi muốn sử dụng một hệ thống năng lượng mặt trời thì trước hết cần giải quyết tốt một số vấn đề sau: 1.3.1. Tư vấn về lắp điện mặt trời: - Lắp đặt các tấm pin: Thành phố Lạng Sơn nằm ở trung tâm tỉnh Lạng Sơn, phía Bắc của cả nước. Do vị trí địa lý của nước ta nằm ở bán cầu Bắc nên việc lắp đặt các tấm pin năng lượng sẽ được lắp nghiêng 10-150 về phía nam và vuông góc với hướng đông và tây (không lệch về phía nào) để hứng ánh sáng mặt trời là tốt nhất. Thêm vào đó, do đặc tính của các tấm pin là công suất phát điện sẽ bị hạn chế khi bị nóng lên do vậy khi lắp các giá đỡ tấm pin thì phải căn cứ theo vị trí, 19
địa thế lắp đặt để tính toán độ cao, độ cứng của giá đỡ so với mái nhà, xưởng. Ví dụ: nếu mái nhà, xưởng được làm bằng bê tông và các công trình xung quanh ảnh hưởng khiến sự lưu thông, tản nhiệt kém thì độ cao của giá đỡ tấm pin có thể làm cao đến 1,2-1,5 mét. Nếu mái nhà, xưởng được làm bằng vật liệu ngói gốm thì sự tản nhiệt tốt hơn nên độ cao của giá đỡ cũng chỉ cần thấp hơn. Nếu đây là khu vực thường có gió mạnh trong năm thì cần tăng cường thêm độ cứng của khung giá đỡ (thêm thanh nối, giằng hoặc kích thước của các thanh thép làm khung). - Số lượng tấm pin: Tùy theo nhu cầu công suất sử dụng, lắp đặt và khả năng lắp đặt (diện tích mái nhà, xưởng) mà số lượng tấn pin năng lượng mặt trời có thể ít hoặc nhiều. Thêm vào đó, công suất của mỗi tấm pin cũng ảnh hưởng đến số lượng tấm pin cần lắp. Năm 2019, tại miền Bắc, khi điện năng lượng mặt trời bắt đầu được bộ Chính phủ cho phép ký hợp đồng bán điện giữa ngành Điện và cá nhân, tổ chức thì các hệ thống điện năng lượng mặt trời dần được lắp đặt nhiều hơn ở các tỉnh miền Bắc, trong đó có Lạng Sơn và chủ yếu là khu vực thành phố Lạng Sơn. Thời điểm này, các tấm pin được lắp đặt chủ yếu là có công suất nhỏ (245-:-325 kWp) nên với một lượng công suất vừa hoặc nhỏ nhưng số lượng tấm pin nhiều, chiếm nhiều diện tích. Đến đầu năm 2020, các tấm pin công suất lớn hơn đã được sản xuất và lắp đặt (công suất 425kWp) với diện tích của một tấm là không đổi, qua đó tiết kiệm diện tích lắp đặt hơn, cho phép mở rộng tổng công suất một cách dễ dàng hơn. Trong tương lai gần, với sự phát triển của khoa học công nghệ, công suất của mỗi tấm pin có thể sẽ tiếp tục lớn hơn và đáp ứng kịp thời nhu cầu của người sử dụng. So với nhiều tỉnh Đồng bằng, thành phố Lạng Sơn có mật độ dân và mật độ cơ sở hạ tầng vừa phải, diện tích mặt bằng mỗi cơ sở hạ tầng cơ bản đáp ứng tốt cho nhu cầu lắp đặt điện năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, với sự phát triển của kinh tế xã hội, mật độ dân và mật độ cơ sở hạ tầng ngày một tăng. Lúc đó, nhu cầu sử dụng tấm pin có công suất lớn sẽ rất thiết thực. - Lắp đặt bộ điều khiển và chuyển đổi nguồn: theo nguyên lý, năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ được tấm pin mặt trời hấp thụ và chuyển đổi thành 20