Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng: Nghiên cứu cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cung cấp điện cho nhà máy gạch không nung

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cung cấp điện cho nhà máy gạch không nung" được hoàn thành với mục tiêu nhằm đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, môi trường cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp mặt trời và gió cho nhà máy sản xuất gạch không nung; Xác định phương pháp thiết kế tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió và mặt trời; Nâng cao kiến thức về lĩnh vực công nghệ năng lượng tái tạo cho học viên cao học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng: Nghiên cứu cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cung cấp điện cho nhà máy gạch không nung

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN QUYẾT THẮNG NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ, MẶT TRỜI CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY GẠCH KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG Hà Nội, 2022 HÀ NỘI, 202…
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN QUYẾT THẮNG NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ, MẶT TRỜI CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY GẠCH KHÔNG NUNG Chuyên ngành : Quản lý năng lượng Mã số : 8510602 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Minh Pháp Hà Nội, 2022 HÀ NỘI, 202…
LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian tiến hành triển khai nghiên cứu, em cũng đã hoàn thành nội dung luận văn “Nghiên cứu cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cung cấp điện cho nhà máy gạch không nung”. Luận văn được hoàn thành không chỉ là công sức của bản thân em mà còn có sự giúp đỡ, hỗ trợ tích cực của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS Vũ Minh Pháp, người trực tiếp hướng dẫn cho luận văn cho em. Thầy đã dành cho em nhiều thời gian, tâm sức, cho em nhiều ý kiến, nhận xét quý báu, giúp luận văn của em được hoàn thiện hơn về mặt nội dung và hình thức. Thầy cũng đã luôn quan tâm, động viên, nhắc nhở kịp thời để em có thể hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo khoa Quản Lý Năng Lượng trường đại học Điện Lực, những ý kiến đóng góp quý báu cùng sự quan tâm, động viên và chỉ bảo tận tình của thầy, cô giáo vừa giúp em có được sự khích lệ, tin tưởng vào bản thân, vừa tạo động lực nhắc nhở em có trách nhiệm với đề tài của mình, giúp em hoàn chỉnh luận văn tốt hơn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, các anh/chị cùng lớp cao học vì đã luôn động viên, quan tâm giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 06 năm 2022 Tác giả 3
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cung cấp điện cho nhà máy gạch không nung” là công trình nghiên cứu của bản thân. Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong luận văn đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, do cá nhân em tự tìm hiểu và thực hiện trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, không sao chép và chưa được sử dụng cho đề tài luận văn nào. Hà Nội, tháng 06 năm 2022 Tác giả 4
MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... 7 DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. 8 DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... 11 I. MỞ ĐẦU............................................................................................................... 12 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 12 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 13 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 14 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 14 5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 14 II. NỘI DUNG ........................................................................................................... 15 CHƯƠNG I .................................................................................................................. 15 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐIỆN TÁI TẠO (ĐIỆN GIÓ, ĐIỆN MẶT TRỜI) CHO CÁC NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP ............................................................................. 15 1.1. Tình hình phát triển điện gió, điện mặt trời trên thế giới và Việt Nam ......... 15 1.1.1. Thế giới.................................................................................................... 15 1.1.2. Việt Nam ................................................................................................. 16 1.2. Các công nghệ điện gió và điện mặt trời ........................................................ 22 1.2.1. Công nghệ điện gió.................................................................................. 22 1.2.2. Công nghệ điện mặt trời .......................................................................... 32 1.2.3. Công nghệ điện hỗn hợp.......................................................................... 36 1.3. Tình hình phát triển nhà máy gạch không nung tại Việt Nam ....................... 37 1.4. Ứng dụng công nghệ điện tái tạo cho nhà máy công nghiệp ......................... 48 1.5. Kết luận chương I ........................................................................................... 49 CHƯƠNG II ................................................................................................................. 51 GIỚI THIỆU NHÀ MÁY GẠCH KHÔNG NUNG TẠI TỈNH QUẢNG BÌNH ........ 51 2.1. Nhà máy gạch không nung Quảng Bình ........................................................... 51 5
2.1.1. Giới thiệu về nhà máy gạch không nung Quảng Bình và tỉnh Quảng Bình 51 2.2.2. Đặc điểm thời tiết và khí hậu khu vực nhà máy ......................................... 53 2.2.3. Tiềm năng năng lượng tái tạo tại khu vực Quảng Bình .......................... 54 2.2. Nhu cầu sử dụng năng lượng trong nhà máy .................................................... 56 2.3. Kết luận chương II ............................................................................................. 60 CHƯƠNG III ................................................................................................................ 61 THIẾT KẾ CẤU HÌNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ, MẶT TRỜI TẠI NHÀ MÁY GẠCH KHÔNG NUNG, TỈNH QUẢNG BÌNH .................................... 61 3.1. Phương pháp thiết kế điện hỗn hợp ................................................................... 61 3.2. Dữ liệu phục vụ thiết kế .................................................................................... 64 3.2.1. Dữ liệu phụ tải nhà máy ............................................................................. 64 3.2.2. Phân tích tiềm năng về năng lượng mặt trời và gió tại khu vực nhà máy .. 64 3.2.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện hỗn hợp ....................................... 64 3.2.4. Các kịch bản mô phỏng .............................................................................. 65 3.3. Kết quả mô phỏng cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp ............................... 67 3.3.1. Kịch bản 1 (hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời nối lưới) ........................ 67 3.3.2. Kịch bản 2 (hệ thống điện mặt trời nối lưới).............................................. 70 3.3.3. Xác định kịch bản tối ưu ............................................................................ 72 3.3.4. Hiệu quả tài chính dự án............................................................................. 72 3.3.5. Phương án kỹ thuật chi tiết các thiết bị trong hệ thống điện mặt trời hỗn hợp 78 3.4. Kết luận chương III ........................................................................................... 81 III. KẾT LUẬN CHUNG ..................................................................................... 83 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 85 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 87 SẢN PHẨM NGHIÊN CỨU ................................................................................... 93 6
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 1 B/C Tỷ số doanh thu và chi phí 2 CDTE Cadmium telluride 3 CIGS Cu indium gallium selenide 4 GKN Gạch không nung 5 GRDP Tốc độ tăng trưởng kinh tế 6 HAWT Hozizontal axis Wind Turbine 7 HTĐ Hệ thống điện 8 IEA Cơ quan năng lượng quốc tế 9 IRR Tỷ suất sinh lời nội tại 10 MPPT Maximum power point tracking 11 NREL Phòng thí nghiệm quốc gia 12 NPC Tổng chi phí hiện tại ròng 13 NPV Giá trị hiện tại ròng 14 O&M Vận hành và bảo trì 15 PMT Pin mặt trời 16 PWM Pulse-width modulation 17 QLNL Quản lý năng lượng 18 SCADA Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 7
19 Thv Thời gian hoàn vốn 20 VAWT Verticat Axis Wind Turbin 21 VLKN Vật liệu không nung 8
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Công suất lắp đặt năng lượng mặt trời và gió trên thế giới [1] ...........................................15 Hình 1. 2 Tỷ lệ năng lượng tái tạo theo quy hoạch điện VIII [4] .........................................................17 Hình 1. 3 Bản đồ tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam [5]. .....................................................18 Hình 1. 4 Công suất lắp đặt điện mặt trời tại Việt Nam [1]. ................................................................19 Hình 1. 5 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam [7]. ...........................................................................................20 Hình 1. 6 Công suất lắp đặt điện gió tại Việt Nam [1]. ........................................................................21 Hình 1. 7 Tổng quan về công nghệ điện gió [9]. ..................................................................................23 Hình 1. 8 Phân loại Tuabin gió...........................................................................................................223 Hình 1. 9. Tài nguyên gió trên đất liền Việt Nam, 100m so với mặt đất [7]........................................25 Hình 1. 10 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam khoảng cách 200km từ bờ [7]. ...............................................27 Hình 1. 11 Các loại móng của hệ thống nổi ngoài khơi [10]. .............................................................29 Hình 1. 12 Sự phát triển của tuabin gió theo độ cao [11]. ..................................................................31 Hình 1. 13 Các loại pin quang điện [12]. .............................................................................................32 Hình 1. 14 Pin mặt trời silic [13]. .......................................................................................................33 Hình 1. 15 Pin mặt trời màng mỏng [14]. ...........................................................................................33 Hình 1. 16 Hệ thống điện off grid lưu trữ độc lập [15]. .......................................................................34 Hình 1. 17 Hệ thống điện mặt trời Hybrid hòa lưới kết hợp lưu trữ [16]. ...........................................35 Hình 1. 18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời nối lưới tập trung [17]. ........................................36 Hình 1. 19 Minh họa ví dụ sơ đồ của cấu hình hệ thống điện hỗn hợp [18]. .......................................37 Hình 1. 20 Gạch không nung [19]. .......................................................................................................38 Hình 1. 21 Nhà máy gạch không nung điển hình. .................................................................................47 Hình 1. 22 Quy trình sản xuất nhà máy gạch không nung [21]............................................................47 Hình 1. 23 Năng lượng tái tạo ứng dụng cho nhà máy công nghiệp [12]. ...........................................49 Hình 2. 1 Mặt bằng nhà máy gạch không nung Quảng Bình ................................................................51 Hình 2. 2 Vị trí địa lý tỉnh Quảng Bình [22].........................................................................................52 Hình 2. 3 Tỷ trọng các ngành kinh tế tại Quảng Bình. .........................................................................53 Hình 2. 4 Vị trí nhà máy gạch không nung Quảng Bình [22]. ..............................................................54 Hình 2. 5 Bức xạ mặt trời khu vực dự án [24]. .....................................................................................55 Hình 2. 6 Tốc độ gió ở khu vực dự án [24]. ..........................................................................................55 Hình 2. 7 Nhà máy gạch không nung điển hình. ...................................................................................57 Hình 2. 8 Phụ tải tiêu thụ điện của nhà máy 2 năm gần nhất [23]. ......................................................58 Hình 2. 9 Phụ tải tiêu thụ điện các tháng trong năm của nhà máy [23]. .............................................58 9
Hình 2. 10 Phụ tải tiêu thụ điện điển hình các ngày trong tháng của nhà máy [24]. ...........................59 Hình 2. 11 Phụ tải điện nhà máy theo ngày và theo tháng [24]. ..........................................................59 Hình 3. 1. Sơ đồ hệ thống điện hỗn hợp [24]........................................................................................64 Hình 3. 2 Kết quả lựa chọn phương án tối ưu kịch bản 1. [24] ............................................................67 Hình 3. 3 Kết quả phát điện từ hệ thống điện hỗn hợp. ........................................................................67 Hình 3. 4 Kết quả phát điện trong ngày điển hình. ...............................................................................68 Hình 3. 5 Hoạt động mua điện lưới và bán điện mặt trời [24]. ............................................................69 Hình 3. 6 Kết quả lựa chọn phương án tối ưu phương án 2 [24]. ........................................................70 Hình 3. 7 Kết quả phát điện từ hệ thống điện mặt trời nối lưới [24]....................................................70 Hình 3. 8 Kết Quả phát điện trong ngày điển hình [24]. ......................................................................71 Hình 3. 9 Bểu đồ so sánh 2 phương án lắp đặt hệ thống. .....................................................................72 Hình 3. 10 Phân tích cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời [24]. .................................76 Hình 3. 11 Quan hệ giữa lượng điện năng mua từ lưới với tổng chi phí hiện tại thuần [24]...............77 Hình 3. 12 Kết quả giảm phát thải khí nhà kính. ..................................................................................77 Hình 3. 13 Mối quan hệ giữa giá bán điện mặt trời lên lưới và NPC [24]. .........................................78 Hình 3. 14 Mặt bằng bố trí hệ thống Điện mặt trời và Tuabin gió. ......................................................79 Hình 3. 15 Sơ đồ một sợi. ......................................................................................................................80 10
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: So sánh sự khác nhau giữa các loại hình điện gió ...................................... 26 Bảng 2-1: So sánh gạch không nung và gạch nung ..................................................... 51 Bảng 2-2: Danh sách các thiết bị tiêu thụ điện chính lắp đặt tại nhà máy gạch không nung .............................................................................................................................. 56 Bảng 3-1: Thông số đầu vào phục vụ mô phỏng .......................................................... 65 Bảng 3-2: Chi phí hệ thống điện hỗn hợp .................................................................... 66 Bảng 3-3: Hiệu quả dự án ............................................................................................ 74 Bảng 3-4: Kết quả tính toán ......................................................................................... 75 11
I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Thế giới đang đối mặt với những thách thức lớn liên quan đến môi trường do ô nhiễm nguồn nước, không khí, ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại khó phân hủy… bắt nguồn từ các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Để giảm thiểu rủi ro từ quá trình này, hướng tới một nền sản xuất xanh hơn, sạch hơn, tăng trưởng xanh đang là xu hướng được nhiều quốc gia chú trọng và lựa chọn. Đây cũng là nội dung chủ đạo của phát triển bền vững có sự kết hợp chặt chẽ, hợp lý, hài hòa giữa phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường, đáp ứng nhu cầu của thế hệ hiện tại, nhưng không làm ảnh hưởng đến các thế hệ tương lai. Hiện nay, chuyển dịch từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng tái tạo cũng đang được xem là một xu hướng tất yếu nhằm hạn chế phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường và giảm sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch. Trong xu hướng đó, nhiều công ty trên toàn cầu, đặc biệt là các tập đoàn đa quốc gia có sức ảnh hưởng lớn, đã tiên phong dùng năng lượng sạch, thậm chí đưa ra lộ trình cụ thể tiến tới sử dụng 100% năng lượng tái tạo. Tại Việt Nam, chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh thời kỳ 2011 - 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt với 3 mục tiêu lớn là tái cấu trúc và hoàn thiện thể chế kinh tế theo hướng xanh hóa các ngành hiện có và khuyến khích phát triển các ngành kinh tế sử dụng hiệu quả năng lượng và tài nguyên với giá trị gia tăng cao; nghiên cứu, ứng dụng ngày càng rộng rãi công nghệ tiên tiến nhằm sử dụng hiệu quả hơn tài nguyên thiên nhiên, giảm cường độ phát thải khí nhà kính, góp phần ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu; và nâng cao đời sống nhân dân, xây dựng lối sống thân thiện với môi trường thông qua tạo nhiều việc làm từ các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ xanh, đầu tư vào vốn tự nhiên, phát triển hạ tầng xanh. Việc sử dụng năng lượng tái tạo trong hoạt động sản xuất, kinh doanh để phát triển bền vững cũng ngày càng được các doanh nghiệp quan tâm. Thời gian qua, nhiều doanh nghiệp trong nước đã đầu tư lắp đặt các hệ thống năng lượng tái tạo (đặc biệt là điện gió và điện mặt trời) để giảm chi phí điện hàng tháng do mua điện lưới quốc gia. Chi phí điện ngày càng tăng tạo thêm nhiều áp lực cho các công ty kinh doanh và các nhà máy sản xuất công nghiệp. Lắp đặt các hệ thống điện mặt trời và điện gió giúp các công ty và các nhà máy công nghiệp có thể sử dụng trực tiếp điện năng 12
do các nguồn điện sạch tạo ra để tiết kiệm chi phí điện và hướng đến các giải pháp thân thiện với môi trường. Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng hiện nay, các sản phẩm gạch không nung (GKN) ngày càng được nhiều doanh nghiệp trong nước quan tâm đầu tư sản xuất để thay thế dần các sản phẩm gạch nung do phù hợp với xu thế thời đại và chiến lược phát triển vật liệu không nung của Chính phủ, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm, bảo vệ sức khỏe con người. Ưu điểm nổi bật của GKN là giá thành thấp hơn từ 5 đến 10% so với các loại gạch truyền thống. Ngoài ra, GKN được sản xuất theo dây chuyền cơ giới hóa, người lao động không phải tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao. Gạch có tính cách âm, cách nhiệt, trọng lượng gạch nhẹ, giúp giảm chi phí cho kết cấu móng, bộ phận chịu lực, khung dầm, từ đó cho phép hạ thấp giá thành của các công trình. Tuy nhiên, chi phí điện tự dùng tại các nhà máy sản xuất gạch không nung thường chiếm khoảng 2% doanh thu hàng năm của nhà máy. Mặt khác, các nhà máy gạch không nung vẫn sử dụng toàn bộ điện mua từ điện lưới quốc gia, giá mua điện cao, vì vậy nhà máy cần có phương án cung cấp điện để tối ưu chi phí năng lượng. Xuất phát từ thực tế như vậy, học viên đề xuất thực hiện nội dung nghiên cứu “Xác định cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cung cấp điện cho nhà máy gạch không nung”, kết quả nghiên cứu tại nhà máy sản xuất gạch không nung điển hình sẽ tính toán được cấu hình tối ưu và hiệu quả kinh tế kỹ thuật môi trường khi sử dụng hệ thống điện mặt trời kết hợp điện gió để tiết kiệm chi phí điện cho nhà máy và góp phần tạo nên những sản phẩm đạt tiêu chuẩn xanh, tăng sức cạnh tranh trên thị trường Việt Nam. Sự thành công của luận văn cũng sẽ góp phần xác định tầm quan trọng khi ứng dụng các công nghệ điện tái tạo cho các nhà máy công nghiệp nói chung và nhà máy sản xuất gạch không nung nói riêng trên toàn quốc. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: - Nghiên cứu cấu hình tối ưu khi sử dụng hệ thống điện hỗn hợp gió, năng lượng mặt trời cho nhà máy gạch không nung để đảm bảo hiệu quả sử dụng năng lượng cho nhà máy. Mục tiêu cụ thể: 13
- Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, môi trường cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp mặt trời và gió cho nhà máy sản xuất gạch không nung. - Xác định phương pháp thiết kế tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió và mặt trời. - Nâng cao kiến thức về lĩnh vực công nghệ năng lượng tái tạo cho học viên cao học. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, lý luận khoa học về các công nghệ điện gió, điện mặt trời và khả năng ứng dụng trong nhà máy công nghiệp. - Tìm hiểu tính năng và cách sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống điện hỗn hợp. - Xác định các giải pháp kỹ thuật và đề xuất cấu hình tối ưu hệ thống điện hỗn hợp gió, mặt trời cho nhà máy sản xuất gach không nung. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ điện hỗn hợp mặt trời và gió sử dụng tại nhà máy sản xuất gạch không nung. - Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi không gian: nhà máy sản xuất gạch không nung tại huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình. - Phạm vi thời gian: thực hiện từ 11/2021 đến 06/2022. 5. Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp thông tin về tình hình phát triển điện tái tạo (điện gió, điện mặt trời). - Phân tích dữ liệu sử dụng năng lượng tại nhà máy. - Tính toán và chạy phần mềm mô phỏng xác định cấu hình hệ thống điện hỗn hợp mặt trời và gió phù hợp với nhà máy. - Đưa ra một số phương án cung cấp điện gió, điện mặt trời cho nhà máy và so sánh, đánh giá phương án tối ưu, đạt hiệu quả nhất cho nhà máy. - Nhận xét và đánh giá kết quả nghiên cứu. 14
II. NỘI DUNG CHƯƠNG I ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐIỆN TÁI TẠO (ĐIỆN GIÓ, ĐIỆN MẶT TRỜI) CHO CÁC NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP 1.1. Tình hình phát triển điện gió, điện mặt trời trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Thế giới Sự tăng trưởng năng lực sản xuất điện từ các tấm pin mặt trời, tuabin gió và các công nghệ tái tạo khác trên thế giới đang tăng tốc trong những năm tới và đã lập kỷ lục cao nhất từ trước tới nay về các công trình năng lượng tái tạo lắp đặt mới. Hình 1. 1 Công suất lắp đặt năng lượng mặt trời và gió trên thế giới [1] Hình 1-1 cho chúng ta thấy được tốc độ phát triển điện gió và điện mặt trời rất nhanh trong các năm qua. Mặc dù chi phí vật liệu chính được sử dụng để sản xuất các tấm pin mặt trời và tuabin gió tăng hàng năm, việc bổ sung thêm 226 gigawatt (GW) [2] công suất điện gió và điện mặt trời đã nói lên sự tăng trưởng vượt bậc của công suất lắp đặt, vượt qua mức cao nhất mọi thời đại trước đó được thiết lập vào năm ngoái. 15
1.1.2. Việt Nam Hiện nay, các nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu, khí đốt đã và đang là nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng lớn cho phát điện tại nhiều nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Các nguồn năng lượng nói trên cũng đang dần cạn kiệt, trong khi Việt Nam đang phải đối mặt với những thách thức lớn do các nguồn năng lượng thông thường để đáp ứng nhu cầu phát điện đã và đang vượt quá khả năng cung cấp. Với mức tăng trưởng nhu cầu điện năng khoảng 10%/năm [3], vấn đề đẩy mạnh nghiên cứu và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, năng lượng mặt trời là hết sức cấp thiết đối với Việt Nam. Việt Nam là một trong những nước đang phát triển ở Đông Nam Á có mức độ gia tăng nhu cầu sử dụng điện khá cao, đồng thời tỷ trọng năng lượng hóa thạch sử dụng trong phát điện vẫn còn khá lớn. Bên cạnh nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lượng hóa thạch do trữ lượng đang dần cạn kiệt thì việc sử dụng năng lượng hóa thạch đang gây ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường cũng là một thực trạng mà Việt Nam phải đối mặt. Trong khi đó, Việt Nam được biết đến là một nước có tiềm năng khá lớn về năng lượng tái tạo (NLTT) nhưng hiện tại mới chỉ khai thác và sử dụng chưa tương xứng với tiềm năng. năng. Bên cạnh đó, Việt Nam cũng chưa đáp ứng được mục tiêu phát triển trong Chiến lược phát triển NLTT của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 mới được phê duyệt, cũng như Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh, đồng thời chưa đảm bảo các cam kết của Việt Nam trong Hội nghị Thượng đỉnh Liên Hợp quốc về Biến đổi khí hậu (Thỏa thuận Paris) và hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của liên hợp quốc năm 2021. Đẩy mạnh sử dụng NLTT đang là xu thế của các nước trên thế giới bởi vai trò quan trọng và tính ưu việt của chúng, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ sản xuất điện từ NLTT đang phát triển rất nhanh, dần đảm bảo khả năng cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống. Chính vì vậy, việc gia tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ NLTT là một đòi hỏi tất yếu cho sự phát triển của hệ thống điện tại Việt Nam. Theo Quy hoạch điện VIII, với dự báo tăng trưởng GDP của Việt Nam giai đoạn 2021 – 2030 đạt bình quân 7%/ năm, giai đoạn 2031 – 2045 bình quân 6.6-7.5%/ năm, dự báo điện thương phẩm năm 2030 đạt 505,2 tỷ kWh, năm 2050 đạt 1224,3-1378,7 tỷ kWh. Tổng công suất lắp đặt sẽ tăng lên 150.489 MW vào năm 2030[4]. 16
Hình 1. 2 Tỷ lệ năng lượng tái tạo theo quy hoạch điện VIII [4] Tiềm năng năng lượng mặt trời có thể khai thác được căn cứ vào bức xạ mặt trời Việt Nam là khu vực có bức xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn và ổn định, đặc biệt là các khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung và miền Nam, Đồng bằng sông Cửu Long. Tính trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4-5kWh/m2 mỗi ngày. 17
Hình 1-1: Hình 1. 3 Bản đồ tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam [5]. Về tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam tính đến cuối năm 2014, đầu năm 2015, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trong cả nước đạt xấp xỉ 4,5 MWp, trong đó khoảng 20% tổng công suất (tương đương với 900 kWp) được đấu nối vào lưới điện . Các trạm điện mặt trời nối lưới này có công suất trung bình khoảng 50 kWp và thuộc sở hữu của một số tổ chức và doanh nghiệp lớn, như Intel Corporation, Big C (Hà Nội)… Năm 2018, điện mặt trời của Việt Nam ghi nhận mức tăng trưởng đáng kể, nhưng con số này vẫn còn quá nhỏ so với một số quốc gia có tiềm năng tương tự, như Mỹ, Ý, Philippines, thậm 18
chí còn thấp hơn Malaysia, Thái Lan. Cụ thể, tổng công suất điện mặt trời Việt Nam năm 2018 chỉ là 106 MWp, chưa bằng 1% so với Ý và chỉ bằng khoảng 4% của Thái Lan [6]. Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời đã tăng lên khoảng 5 GWp, trong đó 4,5 GWp là của các nhà máy điện mặt trời nối lưới và gần 0,4 GWp của hệ thống điện mặt trời mái nhà. Sự phát triển mạnh mẽ này là do các nhà đầu tư đã tăng tốc độ triển khai dự án để tận dụng các ưu đãi của Chính phủ theo Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam. Tính đến hết năm 2020, nguồn điện mặt trời nối lưới đã được đưa vào vận hành lên tới 9 GW (trong đó, 2 tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận gần 3,5 GW). Quy mô công suất của các dự án điện mặt trời đã được bổ sung quy hoạch là trên 13 GW (tổng quy mô đăng ký xây dựng các dự án điện mặt trời nhưng chưa được bổ sung vào quy hoạch là khoảng 50 GW). Theo Dự thảo quy hoạch điện VIII, dự kiến công suất lắp đặt điện mặt trời sẽ tăng từ 17 GW (giai đoạn 2020-2025) lên khoảng 20 GW (năm 2030). Tỷ trọng điện mặt trời được kỳ vọng sẽ chiếm 17% (năm 2025), 14% (năm 2030) trong cơ cấu các nguồn điện. Hình 1. 4 Công suất lắp đặt điện mặt trời tại Việt Nam [1]. Về điện gió Việt Nam là nước có tiềm năng năng lượng gió rất lớn, với hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính có tốc độ gió trung bình hằng năm lớn hơn 6m/giây ở độ cao 65m, tương đương công suất 512 GW. Đặc biệt, gần 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt, với tốc độ gió ở độ cao 65m là 7 - 8 m/giây. 19
Hình 1. 5 Bản đồ tốc độ gió Việt Nam [7]. Về tình hình phát triển điện gió tại Việt Nam kể từ khi Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 39/QĐ - TTg sửa đổi, bổ sung một số điều của Quyết định số 37/2011/QĐ - TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện gió tại Việt Nam. Đến ngày 31-12-2021 tổng công suất lắp đặt điện gió tại Việt Nam là 3980MW [8]. Trong đó có thể kể đến các dự án điện gió Bạc Liêu, Điện gió Trung Nam Ninh Thuận, Điện gió EaNam, …..Các dự án điện gió khác đã và đang triển khai ngoài ra còn nhiều trường hợp còn đang trong quá trình xin giấy phép hoặc tìm nhà đầu tư. Một yếu tố khác thúc đẩy sự phát triển của ngành năng lượng gió chính là xu hướng giảm chi phí trong sản xuất, dẫn đến việc giá thành các tuabin gió sẽ ngày càng cạnh tranh hơn trên thị trường. Theo dữ liệu mới nhất, giá điện gió năm 2018 từ các nhà máy trong đất liền được bán cho lưới điện quốc gia là 8,5 US cent/kWh, còn từ các dự án ngoài khơi là 9,8 US cent/kWh, mức giá này đã hết hạn vào ngày 31-10-2021. 20