..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ HUÊ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CHO THÀNH PHỐ LÀO CAI VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, KINH DOANH NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên - năm 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ HUÊ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT
TRỜI CHO THÀNH PHỐ LÀO CAI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ,
KINH DOANH NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số: 8 52 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:


PGS. TS. Võ Quang Lạp

i


THÔNG TIN CHUNG
Họ và tên: Phạm Thị Huê
Điện thoại: 0919709906

; Email:

Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng Lào Cai.
Ngành đào tạo: Kỹ thuật điện
Lớp: K21 KTĐ;

Khóa học: 2018-2020

Mã ngành : 8.52.02.01
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển
Điện thoại: 0868015995; 0913588906 Email:
Tên đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng năng lƣợng mặt
trời cho thành phố Lào Cai và đề xuất giải pháp quản lý, kinh doanh cho năng
lƣợng mặt trời"

ii


LỜI CAM ĐOAN


iv

năm 2020


MỤC LỤC
THÔNG TIN CHUNG ............................................................................................ II
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... III
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... IV
MỤC LỤC ................................................................................................................. V
DANH MỤC CÁC CHỮ VI T TẮT................................................................. VIII
DANH MỤC BẢNG, BIỂU ................................................................................... IX
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... X
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .....................................................................1
2.1. Đối tượng nghiên cứu: .................................................................................1
2.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ....................................................................1
3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
4. Kết cấu của luận văn ...........................................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................3
1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lào Cai và thành phố Lào Cai .....................3
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lào Cai .................................................3
1.1.2. Giới thiệu khái quát về điện lực thành phố Lào Cai .................................4
1.2. Vai trò, đặc điểm và hiện trạng cấp điện của các tỉnh Tây Bắc .......................5
1.2.1. Vai trò và đặc điểm...................................................................................5
1.2.2. Hiện trạng cấp điện cho khu vực Tây Bắc ...............................................6
1.2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại các tỉnh Tây Bắc ...............................7
1.2. Vai trò của năng lượng mặt trời của thành phố Lào Cai .................................9

2.3.4.1. Dạng sóng sin mơ phỏng: ................................................................30
2.3.4.2. Dạng sóng sin chuẩn: ......................................................................30
2.3.5. Lọc sóng hài............................................................................................31
2.3.5.1. Khái niệm về sóng hài .....................................................................31
2.3.5.2. Nguyên nhân phát sinh sóng hài .....................................................33
2.3.5.3. Tác hại sóng hài ..............................................................................33
2.3.5.4. Giải pháp lọc sóng hài .....................................................................33
2.3.6. Nguồn điện một chiều (Ắc quy) .............................................................34
2.3.6.1. Giới thiệu chung về Ắc quy ............................................................34
vi


2.3.6.2.Tiêu chuẩn ắc quy: TCVN : 4472 : 93 .............................................35
2.3.7. Hệ thống điều khiển................................................................................37
2.3.7.1. Điều khiển điện áp một chiều..........................................................38
2.3.7.2. Điều khiển nghịch lưu một pha .......................................................38
2.4. Kết luận chương 2 ..........................................................................................40
2.4.1. Căn cứ để chọn hệ thống điện mặt trời lai:.............................................40
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ,
KINH DOANH NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CHO THÀNH PHỐ LÀO CAI 43
3.1. Đánh giá khái quát .........................................................................................43
3.1.1. Ưu, nhược điểm của năng lượng mặt trời ..............................................43
3.1.2. Các văn bản pháp quy về điện mặt trời mái nhà ....................................45
3.2. Quan điểm và định hướng phát triển NL tái tạo ở VN đến 2030 và tầm nhìn
đến 2050 ................................................................................................................46
3.2.1. Giai đoạn từ nay đến 2030 ......................................................................47
3.1.2. Định hướng đến 2050 .............................................................................47
3.3. Thực trạng phát triển NL mặt trời ở Việt Nam và thành phố Lào Cai ..........50
3.3.1. Thực trạng phát triển NL mặt trời ở Việt Nam ......................................50
3.3.2. Tình hình phát triển điện mặt trời ở Thành phố Lào Cai .......................53


Mặt trời

BXMT

Bức xạ mặt trời

DC

Một chiều

AC

Xoay chiều

MN

Miền núi

QL

Quản lý

KD

Kinh doanh

viii



Hình 2.18: Sóng sin mơ phỏng (MODIRED SINE WAVE), thuần sin ....................30
(SINE WAVE) và xung vng (SQUARE WAVE) .................................................30
Hình 2.19: Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM........................................................31
Hình 2.20: Mơ dạng tín hiệu méo gây bởi song hài ..................................................32
Hình 2.21: Cấu tạo Ắc quy........................................................................................35
Hình 2.22: Cấu trúc điều khiển điện áp một chiều sử dụng bộ điều khiển PI ..........38
Hình 2.23: Sơ đồ khối nghịch lưu một pha ...............................................................38
Hình 2.24: Mạch vịng điều khiển dịng điện ............................................................39
Hình 2.25: Mạch vịng điều khiển cơng suất ............................................................39
Hình 2.26: Sơ đồ điều khiển hệ thống pin mặt trời nối lưới có lưu trữ ....................40

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài nghiên cứu khảo sát tiềm năng phát triển khai thác nguồn năng lượng
mặt trời tại tỉnh Lào Cai bằng việc thiết kế hệ thống điều khiển nhằm khai thác được
nguồn năng lượng mặt trời đưa vào phục vụ sản xuất và đời sống, nhất là áp dụng
cho các cơ quan cấp sở của tỉnh Lào Cai nhằm góp phần giảm tiêu hao năng lượng
hóa thạch, đồng thời giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Nguồn năng lượng
mặt trời phong phú với nguồn bức xạ nắng trung bình là 4kW/h/m2/ngày. Bên cạnh
đó việc sử dụng năng lượng mặt trời như là một nguồn năng lượng tại chỗ để thay
thế cho các dạng năng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu năng lượng của các
vùng dân cư không tập trung là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc
phịng và phát triển văn hố giáo dục,…
Từ những đánh giá quan trọng trên chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu
tiềm năng khai thác nguồn năng lượng mặt trời tại tỉnh Lào Cai cũng như nghiên
cứu thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống này để cung cấp cho một số phụ tải tại
tỉnh Lào Cai, thực hiện thí điểm tại Thành phố Lào Cai.

năng lượng mặt trời cho thành phố Lào Cai.
* 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
Chƣơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Vai trị của năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng
của thành phố Lào Cai.
Chƣơng 2. Nghiên cứu cấu trúc hệ điện mặt trời nối lƣới có lƣu trữ
Nghiên cứu mơ hình đặc trưng là nguồn năng lượng mặt trời tập trung hay
phân tán dưới dạng lai nối lưới có lưu trữ.
Chƣơng 3. Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý, kinh doanh
năng lƣợng mặt trời cho thành phố Lào Cai
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 Lào Cai.
Kết luận và kiến nghị.
2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lào Cai và thành phố Lào Cai
Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0, nguồn năng lượng điện ln giữ
vai trị xương sống góp phần quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia. Việc
duy trì nguồn điện ổn định, liên tục ln là bài toán đặt ra cho ngành điện hiện nay.
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lào Cai
Hiện nay mạng lưới điện của tỉnh Lào Cai không ngừng được đầu tư xây
dựng, cải tạo. Lưới điện quốc gia đã đến được các thôn, bản vùng sâu, vùng xa,
vùng đặc biệt khó khăn nhất của tỉnh. Khi lưới điện ngày một phát triển thì yêu cầu

+ Lưới 220KV: Từ trạm 220KV Lào Cai có hai tuyến 220KV đi Tân Kiều và
Yên Bái: Tuyến 220KV Lào Cai - Tân Kiều (Trung Quốc) dây dẫn ACSR 300.
Tuyến 220KV Lào Cai - Yên Bái dây dẫn ACSR 400.
+ Lưới 110KV: Từ trạm 110KV Lào Cai có các lộ xuất tuyến sau: Tuyến
110KV Lào Cai - Hà Khẩu (Trung Quốc) dây dẫn AC 185, Tuyến 110KV Lào Cai Tằng Loỏng dây dẫn AC 185, Tuyến 110KV Lào Cai - Phong Thổ dây dẫn AC 185.
+ Lưới 35KV: Các tuyến 35KV hiện có trên địa bàn thành phố cấp điện đi
nổi dây dẫn AC 70, AC90.
+ Lưới 22KV: Các khu vực hành chính, đô thị phát triển mới và một số khu
vực trong đơ thị cũ lưới điện 22KV hiện có đã được đầu tư hạ ngầm, sử dụng cáp
ngầm trung thế XLPE 3x240
+ Lưới 10KV: Trong khu vực đơ thị cũ cịn một số tuyến 10KV đi nổi dây
dẫn AC 50, AC 70, AC90.
+ Lưới điện hạ thế 0,4KV trong khu vực đô thị mới và khu vực trung tâm đô
thị cũ cơ bản đã được đầu tư xây dựng mới bằng hệ thống cột bê tông ly tâm cáp
vặn xoắn ABC bọc cách điện tiết diện từ 50 mm2 đến 95 mm2, điện áp ổn định.
Còn lại một số các khu vực dân cư ven đô thị lưới điện hạ thế 0,4KV đi nổi trên cột
bê tông chữ H dùng dây nhôm bọc và dây nhôm trần A35, A50, A70 và A95.
Nhu cầu sử dụng điện trong thành phố đạt 100%, tiêu chuẩn cấp điện sinh
hoạt khu vực nội thị đạt khoảng 600 kwh/người/năm.
- Chiếu sáng công cộng
Tiếp tục nâng cao chất lượng chiếu sáng đô thị đảm bảo 100% các cơng trình
giao thơng, khơng gian cơng cộng và quảng cáo tại đô thị (bao gồm: xây mới, cải
4


tạo, nâng cấp) sử dụng các sản phẩm chiếu sáng hiệu suất cao, tiết kiệm điện, trong
đó phấn đấu các cơng trình sử dụng đèn năng lượng mặt trời đạt tiêu chuẩn.
1.2. Vai trò, đặc điểm và hiện trạng cấp điện của các tỉnh Tây Bắc
1.2.1. Vai trò và đặc điểm
Các tỉnh thuộc Tây Bắc (trong đó có tỉnh Lào Cai) chiếm một vùng rộng lớn,

1.2.2. Hiện trạng cấp điện cho khu vực Tây Bắc
Theo đặc điểm cung cấp năng lượng, các tỉnh Tây Bắc phân chia thành 2 khu
vực là khu vực có điện lưới, tập trung ở các xã thuộc vùng thấp, gần trung tâm các
huyện, thành phố thuận tiện giao thông và khu vực vùng sâu, vùng xa, vùng biên
giới, có đặc điểm dân cư sống phân tán, nhu cầu năng lượng thấp, chưa có hoặc đầu
tư đấu nối với lưới điện quốc gia gặp khó khăn và khơng kinh tế.
Có một thực tế là tại các vùng nơng thơn miền núi thì điện chủ yếu dùng
trong sinh hoạt tiêu dùng và thường chiếm tỉ lệ rất cao, khoảng trên 70%. Theo tính
tốn, tiêu thụ điện các huyện vùng sâu, vùng xa Việt Nam bình quân đầu người hiện
chỉ khoảng 60kWh/người.năm. Theo thống kê của EVN, số hộ gia đình nơng thơn
miền núi Tây Bắc nước ta (bao gồm các tỉnh Hịa Bình, Sơn La, Điện Biên và Lai
Châu và một phần Lào Cai, Phú Thọ) có mức độ điện khí hóa của vùng này mới đạt
khoảng hơn 74,0%, là một trong những vùng lãnh thổ có tỷ lệ điện khí hóa thấp
nhất cả nước.
Tình hình cấp điện phục vụ nhu cầu sinh hoạt và sản xuất tại khu vực Tây
Bắc như sau:
- Sử dụng điện lưới quốc gia: đây là giải pháp hiệu quả nhất về mặt kinh tế –
kỹ thuật, tuy nhiên giải pháp này chỉ có thể áp dụng được đối với các địa phương
gần lưới điện quốc gia,…
- Sử dụng máy phát diesel: được áp dụng phổ biến do có ưu điểm là chi phí
đầu tư thấp và dễ vận hành. Tuy nhiên, việc sử dụng các dạng nhiên liệu như xăng,
dầu để chạy máy có ảnh hưởng lớn đến môi trường và giá thành xăng dầu hiện nay
đang tăng khá cao, vào khoảng 21.300đ/lít. Vì vậy thời gian sử dụng máy phát
diesel trong ngày là không nhiều, chủ yếu phục vụ khi có nhu cầu và trong giờ cao
điểm.
- Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo (NLTT): Hiện nay việc khai thác sử
dụng các nguồn năng lượng tái tạo (đặc biệt từ các nguồn năng lượng nhiều tiềm
năng là thủy điện nhỏ và năng lượng mặt trời (NLMT)) là rất phổ biến tại khu vực
6


Số liệu bức xạ của cả nước ta như sau:
Bảng 1.1: Số liệu bức xạ của cả nước
Giờ nắng trong

Cƣờng độ

năm

BXMT (kWh/m2, ngày)

Đơng Bắc

1600-1750

3,3 – 4,1

Trung bình

Tây Bắc

1750-1800

4,1 – 4,9

Trung bình

Bắc Trung Bộ

1700-2000



Ứng dụng

Hình 1.1: Bản đồ số liệu bức xạ năng lượng mặt trời Việt Nam

8


1.2. Vai trò của năng lƣợng mặt trời của thành phố Lào Cai
Điện được sản xuất ra từ năng lượng mặt trời đang trở thành xu thế của
tương lai và việc lắp điện năng lượng mặt trời cho từng hộ gia đình có điều kiện sẽ
là một trong những giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề tăng phụ tải như hiện
nay. Vì sao nhiều quốc gia tiên tiến trên thế giới, nhiều tỉnh thành trên Việt Nam
luôn mong muốn có lượng bức xạ mặt trời cao như ở Lào Cai, bởi theo đo lường thì
cường độ bức xạ ở đây nằm trong khoảng 1800  2100 giờ/năm và ổn định trong
suốt thời gian của năm. Trong khi ở những nơi khác chỉ giao động từ 200  400
giờ/năm. Bức xạ mặt trời là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng của Việt Nam nói
chung và của tỉnh Lào Cai nói riêng, chúng ta đang được sống trong nguồn tài
ngun vơ tận đó vậy tại sao lại có thể bỏ phí chúng.
Năng lượng nguyên thủy đang ngày một cạn kiệt, thay vào đó là sự lên ngơi
của năng lượng tái tạo xanh và sạch như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều,
sóng và địa nhiệt, trong đó năng lượng mặt trời đang được áp dụng rộng rãi cũng
như là phù hợp nhất với điều kiện thời tiết ở nhiều tỉnh thành của Việt Nam. Không
thể phủ nhận những lợi ích mà tấm pin mặt trời mang lại cho cuộc sống hiện taị.
Ngồi việc mang lại những lợi ích to lớn, đẹp đẽ như bảo vệ môi trường, giảm
thiểu gánh nặng tiêu thụ điện năng, đảm bảo cung cấp điện cho bất cứ nơi đâu từ
biển đảo xa xôi đến các vùng núi hẻo lánh, tuy nhiên có một điều quan trọng hơn tất
cả đó là nó mang lại lợi ích tài chính rất lớn cho chính các hộ tiêu thụ điện. Nếu một
hộ gia đình hay hộ kinh doanh có hóa đơn điện hàng tháng từ 2 triệu trở lên, thì với
việc đầu tư một vài tấm pin năng lượng mặt trời thì chỉ trong 4  5 năm sẽ thu hồi

chuyên dụng cho điện mặt trời. Tiếp đến là điều kiện mái thi công, chất lượng thi
công, bảo hành bảo dưỡng.
1.3.3. Lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời:
Do số tiền mua pin mặt trời chiếm khoảng 60  70% giá trị hợp đồng, vì vậy
phải lựa chọn mua pin mặt trời loại nào. Có rất nhiều pin năng lượng mặt trời, kể cả
một số hãng sản xuất cũng có nhiều cấp độ sản phẩm, phổ thơng và rẻ nhất là Poly/
Poly Perc, cao hơn là Mono/ Mono Perc hay cao cấp là Mono N-Type. Giá thành
các sản phẩm này tùy thuộc vào uy tín nhà sản xuất, thông số kỹ thuật của sản
phẩm, chế độ bảo hành, các chứng chỉ chứng nhận của sản phẩm,...

10


1.3.4. Thu hồi vốn khi lắp hệ thống năng lượng mặt trời:
Nói về chi phí lắp đặt và thời gian hồn vốn, hãy tham khảo một mơ hình sau
một ví dụ cụ thể như sau: Nếu lắp hệ thống 1kWh thì 1 tháng sẽ tiết kiệm được
khoảng 300.000 VNĐ tiền điện, một năm sẽ tiết kiệm được 3.600.000 VNĐ và sau
khoảng 7 năm sẽ thu hồi được vốn. Nếu lắp đặt pin năng lượng chất lượng thì thời
gian bảo hành lên đến 30 năm. Như vậy, có nghĩa là sẽ cịn 23 năm để sử dụng điện
hồn tồn miễn phí. Lắp điện mặt trời khơng thể chỉ tính lợi trước mắt được, vì vào
những ngày nắng nóng hay những giờ cao điểm bị cắt điện lưới thì mới thấy hết lợi
ích của điện mặt trời. Hãy tin tưởng rằng việc lắp điện năng lượng mặt trời đang là
xu thế của xã hội hiện đại và nó khơng phải mang đến lợi tích tức thì mà sẽ đem lại
lợi ích lâu dài cho chúng ta.
Phần chi tiết về NLMT của thành phố Lào Cai sẽ được trình bày chi tiết
trong chương 3.
1.4. Kết luận chƣơng 1
Lào Cai là một trong những tỉnh liên tục đứng ở vị trí tốp đầu về chỉ số năng
lực cạnh tranh cấp tỉnh trong bảng xếp hạng những năm gần đây. Đặc biệt, trong
bảng xếp hạng về Chỉ số năng lực cạnh tranh cấp tỉnh của Việt Nam năm 2011, tỉnh

điện 1 chiều.
- Inverter chuyển dòng điện 1 chiều từ hệ thống tấm pin sang dòng điện xoay
chiều để sử dụng.
- Năng lượng điện sinh ra từ hệ thống điện mặt trời mái nhà được sử dụng
cho tịa nhà.
- Năng lượng thừa khơng sử dụng hết sẽ được phát ngược lên lưới điện.

12


2.1.2. Các mơ hình lắp đặt
Có ba mơ hình chính: Mơ hình các hệ thống khác nhau của điện mặt trời như
mơ hình nối lưới trực tiếp; Mơ hình năng lượng mặt trời nối lưới có lưu trữ - dùng
hệ thống lưu trữ nguồn điện; Mơ hình kết hợp lưu trữ và nối lưới trực tiếp.
2.1.2.1. Mơ hình nối lưới trực tiếp (On Grid)
Năng lượng mặt trời được hấp thu trực tiếp qua tấm pin năng lượng mặt
trời tạo ra dịng điện một chiều DC. Sau đó thơng qua bộ chuyển đổi điện hòa lưới
(DC/AC inverter on grid). Dòng điện được chuyển đổi thành điện xoay chiều AC,
cùng pha, cùng tần số với điện lưới quốc gia. Hệ thống sẽ hòa chung với điện lưới
quốc gia cùng cung cấp điện cho các thiết bị điện.

Hình 2.1: Mơ hình nối lưới trực tiếp
2.1.2.2. Mơ hình năng lượng mặt trời độc lập (Off Grid)
Nó gần tương tự hệ thống điện nối lưới khơng dự trữ. Tuy nhiên, có thêm hệ
thống ắc quy lưu trữ như trên Hình 2.2. Dành cho những thiết bị quan trọng cần
nguồn điện ổn định như camera quan sát, modum internet, máy tính,. hoặc dành cho
tồn bộ tải của hệ thống (chỉ dành cho những yêu cầu đặc biệt).

13