Bài toán đánh giá, so sánh kinh tế - Kỹ thuật các phương án trạm sạc xe đạp điện sử dụng điện mặt trời tại trường đại học điện lực

Nội dung text: Bài toán đánh giá, so sánh kinh tế - Kỹ thuật các phương án trạm sạc xe đạp điện sử dụng điện mặt trời tại trường đại học điện lực

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) BÀI TỐN ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN TRẠM SẠC XE ĐẠP ĐIỆN SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC TECHNICAL AND ECONOMICAL ASSESSMENT OF PV BASED CHARGING STATIONS FOR ELECTRIC BICYCLES AT ELECTRIC POWER UNIVERSITY Nguyễn Ngọc Văn, Nguyễn Hữu Đức Trường Đại học Điện lực Ngày nhận bài: 30/06/2020, Ngày chấp nhận đăng: 16/03/2020, Phản biện: TS. Vũ Hồng Giang Tĩm tắt: Sự phổ biến của các phương tiện hai bánh ở Việt Nam xuất phát từ sự thiếu hụt phương tiện cơng cộng, cơ sở hạ tầng và điều kiện kinh tế. Mặc dù cĩ độ linh hoạt cao và giá thành thấp, các phương tiện chạy xăng được xem là nguyên nhân gây nên chất lượng khơng khí kém. Xe điện hai bánh, loại phương tiện ít ơ nhiễm hơn, cĩ thể là một giải pháp thay thế hiệu quả. Tuy nhiên, sự chuyển dịch này chỉ cĩ lợi cho mơi trường nếu điện năng sử dụng để sạc xe điện được lấy từ các nguồn năng lượng tái tạo thay vì nhiên liệu hĩa thạch. Bài báo này nhằm mục tiêu nghiên cứu đánh giá tính khả thi của trạm sạc xe điện tích hợp điện mặt trời áp dụng tại Trường Đại học Điện lực. Từ khĩa: Xe đạp điện, xe máy điện, trạm sạc, điện mặt trời. Abstract: The popular availability of two-wheeled vehicles in Vietnam derives from the lack of public transport, poor traffic infrastructure and economic condition. Despite high flexibility and low cost, these gasoline-powered vehicles are likely mentioned as a culprit of making poor air quality. Electric two- wheelers, which are less polluting, should be considered as an alternative. However, this transition is only beneficial to environment if the electricity used to charge e-bikes comes from renewable sources sources instead of fossil fuel-based power plants. This paper aims to research on the feasibility of PV integrated charging stations in Vietnam as well as conduct an economic and technical assessment of a PV integrated charging station. Keywords: E-bikes, electric motorbikes, charging stations, solar energy. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ cấp (refill) một cách bền vững và (2) ít hoặc khơng phát thải CO2. Năng lượng tái Các nguồn năng lượng tái tạo cĩ nhiều ưu tạo là giải pháp lí tưởng và hiệu quả nhằm điểm nổi bật nếu so sánh với năng lượng giải quyết các vấn đề về mơi trường và hĩa thạch như (1) cĩ thể được tái cung phát triển bền vững. 36 Số 25
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Ưu điểm chính của EV (xe điện - Electric khơng phát thải. Lượng phát thải chỉ gần Vehicle) là chi phí vận hành thấp, thân như bằng khơng nếu EV được sạc từ lưới thiện với mơi trường và gần như khơng và nếu điện lưới chủ yếu được tạo ra từ phải bảo trì. Với các chính sách khuyến các nguồn năng lượng tái tạo. khích phát triển năng lượng tái tạo, điện Điện giĩ, điện mặt trời, thủy điện, biogas mặt trời, đặc biệt là điện mặt trời hịa lưới hoặc năng lượng thủy triều đều cĩ thể được thương mại hĩa mạnh mẽ ở nhiều xem là các nguồn năng lượng bền vững để quốc gia, do cĩ tiềm năng kinh tế trung và cấp cho các phương tiện chạy điện. Trong dài hạn [1]. các nguồn đĩ, điện mặt trời (PV - Trong lĩnh vực giao thơng, xe điện được photovoltaics) là một lựa chọn hấp dẫn xem là phương tiện giao thơng của tương bởi một số yếu tố: lai. Tuyên bố Paris về phương tiện chạy (1) Chi phí của mơđun PV liên tục giảm điện, biến đối khí hậu và kêu gọi hành và hiện nay (Q1 2019) là nhỏ hơn 0.3 động, kêu gọi triển khai tồn cầu 100 triệu $/Wp [5]. xe điện cho tới năm 2030. Phương tiện chạy điện cĩ hiệu quả năng lượng cao hơn (2) Khả năng tiếp cận của chủ xe điện nhiều so với phương tiện chạy xăng/ dầu, với điện mặt trời rất dễ dàng do các đồng thời khơng phát sinh khí thải. Chúng mơđun PV cĩ thể được đặt trên mái nhà cũng cĩ hệ truyền động đơn giản hơn, ít gần với vị trí sạc xe điện hoặc đặt trên/sử ồn và ít phải bảo trì. dụng làm mái che của bãi gửi xe. Tiềm năng điện mặt trời áp mái rất lớn do hiện Tuy nhiên việc phát triển các phương tiện nay vẫn chưa được khai thác rộng rãi. chạy điện chỉ cĩ thể xem là bền vững nếu như điện năng sử dụng để sạc các phương (3) Việc sử dụng điện mặt trời làm giảm tiện này xuất phát từ các nguồn năng nhu cầu năng lượng và cơng suất tiêu thụ lượng tái tạo chứ khơng phải từ các nhà từ lưới. Năng lượng điện sạch được sản máy điện nhiên liệu hĩa thạch. xuất tại chỗ qua các mơđun PV để sạc cho phương tiện. Điều này gĩp phần làm giảm Các nghiên cứu chỉ ra rằng, bất kỳ dạng nhu cầu phát triển hoặc gia cố lưới điện xe điện nào như HEV, PHEV, PEV đều đặc biệt là khi lượng phương tiện chạy cĩ lượng phát thải well-to-wheel thấp hơn điện lớn và nhu cầu năng lượng sạc cao. so với các phương tiện chạy xăng tương đương. Ngồi ra, lượng phát thải của xe (4) Các hệ thống điện mặt trời thơng điện phụ thuộc vào tỷ lệ các dạng năng thường sử dụng acquy tích trữ điện năng lượng sạch cấp cho xe [2]-[4]. Nếu EVs nhằm giải quyết vấn đề biến động nguồn được sạc từ lưới và nếu điện lưới chủ yếu phát theo ngày và theo mùa cũng như tăng được tạo ra bởi nhiên liệu hĩa thạch như mức độ thâm nhập của năng lượng tái tạo. than đá hoặc khí tự nhiên thì lượng phát Trường hợp sạc cho xe điện, acquy của xe thải là lớn đáng kể chứ khơng phải là điện cũng cĩ thể đĩng vai trị thiết bị tích Số 25 37
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) trữ năng lượng [6]-[9]. tiện lợi, và tính linh hoạt khi di chuyển [1]. Tuy nhiên, với xu hướng phát triển (5) Chi phí sạc xe điện từ điện mặt trời là bền vững, hạn chế ơ nhiễm, các chính rẻ hơn so với sạc từ điện lưới. Việc tự sản sách hạn chế đăng ký xe máy xăng tại các xuất và tự dùng điện mặt trời thay vì bán quận nội thành Hà Nội và lộ trình giảm lên lưới cĩ thể xem là một giải pháp đĩn dần, tiến tới dừng hoạt động của xe máy đầu xu hướng giảm dần giá bán điện mặt tại các quận vào năm 2030 cũng đã được trời FiT [10], [11]. đề xuất. Bắt nhịp với xu hướng này, các (6) Việc vận hành các hệ thống điện mặt nhà sản xuất như Vinfast, tập đồn MBI trời ít sinh ra tiếng ồn, khơng cĩ bộ phận Hàn Quốc, Piaggio cũng đã đầu tư nghiên quay và chi phí vận hành, bảo trì thấp. cứu sản xuất xe máy điện/xe đạp điện, Với những ưu điểm kể trên, vấn đề sạc xe như là một giải pháp xanh nhằm thay thế điện từ các mơđun PV và các trạm sạc xe máy chạy xăng cho thị trường Việt tích hợp điện mặt trời dành cho EV là giải Nam. pháp phát triển bền vững. Trạm sạc cũng Mục tiêu của bài báo này là nghiên cứu cần được nối với lưới điện nhằm mục tiêu kinh tế kỹ thuật và tính khả thi của trạm (1) cung cấp điện lên lưới nếu lượng điện sạc cĩ tích hợp điện mặt trời dành cho mặt trời tạo ra lớn hơn nhu cầu sạc và (2) phương tiện chạy điện hai bánh tại Việt mua điện từ lưới nếu điện mặt trời tạo ra Nam. Cấu trúc của bài báo gồm các phần: nhỏ hơn nhu cầu sạc. Mơ hình hĩa xe đạp điện/xe máy điện; mơ Các nghiên cứu về trạm sạc xe điện hiện hình điện mặt trời và thiết kế kinh tế kỹ nay chủ yếu đề cập đến trạm sạc dành cho thuật cho trạm sạc xe điện. xe ơ tơ điện với nguồn cấp cho trạm sạc là từ nguồn điện lưới. Hiện chưa cĩ nhiều 2. MƠ HÌNH XE ĐIỆN nghiên cứu về trạm sạc dành cho xe đạp Mơ hình hĩa acquy đĩng vai trị đặc biệt điện/xe máy điện với các đặc thù khác với quan trọng đối với xe điện. Các mơ hình trạm sạc ơ tơ điện như: (1) cơng suất, acquy được nhà thiết kế xe điện sử dụng dung lượng acquy của phương tiện nhỏ; nhằm tối ưu hĩa kích cỡ của hệ tích trữ (2) số lượng phương tiện sạc cùng thời năng lượng đồng thời dự đốn được phản điểm tại một trạm sạc cĩ thể lên tới vài ứng của hệ tích trữ. Ngồi ra, các mơ hình trăm xe. acquy là cơng cụ mạnh cho phép BMS Tại các thành phố lớn ở Việt Nam, do các ước lượng theo thời gian thực SOC và yếu tố đặc thù về cơ sở hạ tầng, mật độ hiệu năng của acquy. Do các xe điện hiện dân cư, điều kiện kinh tế và mức độ đáp nay đa phần sử dụng acquy Li-ion với mật ứng của các phương tiện giao thơng cơng độ năng lượng cao, các mơ hình mơ tả cộng , xe máy chạy xăng được sử dụng chính xác loại acquy này cần được xem rộng rãi với các ưu điểm về chi phí, độ xét. 38 Số 25
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Nhìn chung, mơ hình acquy được chia PNGV là mơ hình tiêu chuẩn nhằm mơ thành mơ hình điện hĩa (electrochemical phỏng các mối quan hệ phức tạp bên model); mơ hình mạng neuron nhân tạo trong acquy trong quá trình nạp/xả, nhưng và mơ hình mạch điện tương đương [12]. mức độ phức tạp của giải thuật làm việc Mơ hình điện hĩa (như mơ hình Shepherd mơ phỏng rất khĩ khăn. Mơ hình và Unnewehr) mơ tả phản ứng hĩa học ở Thevenin phản ánh điện dung và điện trở mức phân tử bên trong acquy. Tác động của acquy và giải thuật của nĩ tương đối động của acquy được mơ tả bởi các đơn giản và dễ thực hiện [12]. phương trình vi phân cơ bản cho mỗi Mơ hình mạch điện tương đương chứa phản ứng hĩa học. Để đạt được độ chính tương đối ít tham số và rất dễ thu được xác phù hợp, nhiều tham số được sử dụng các phương trình khơng gian trạng thái để mơ phỏng sự phân cực acquy. Bởi vì [13]. Do đĩ nĩ được sử dụng rất rộng rãi quá trình điện hĩa ở acquy liên quan đến trong mơ phỏng hệ thống và các hệ thống các điều kiện mơi trường nên sẽ rất phức điều khiển thời gian thực. Rất nhiều thực tạp để đạt được một mơ hình điện hĩa nghiệm cho thấy rằng với acquy LiFePo chính xác. Thậm chí, nếu một mơ hình và LiMnCo, mơ hình mạch điện tương điện hĩa chính xác cĩ thể được thiết lập đương RC bậc 1 là phù hợp [14]. Mơ hình dưới các điều kiện nhất định thì ứng dụng này vừa đơn giản vừa chính xác cao [15]. của mơ hình đĩ trong điều kiện làm việc Do đĩ mạch điện thay thế tương đương thực cũng hạn chế [12]. Mơ hình mạng bậc 1 được sử dụng để xác định các tham neuron nhân tạo (như mạng neuron BP số mơ hình cũng như ước lượng SOC. hoặc mạng neuron RBF) sử dụng các tính chất phi tuyến và tự học của mạng neuron kết hợp với các dữ liệu thực nghiệm nhằm thiết lập mối quan hệ giữa các thơng số khác nhau của hệ acquy. Nhược điểm là mạng neuron cần lượng lớn các dữ liệu thực nghiệm nhằm dự báo hoạt động của acquy. Mơ hình mạch điện thay thế tương đương sử dụng điện trở, điện dung, nguồn Hình 1. Mơ hình mạch điện thay thế áp và các phần tử mạch khác để mơ phỏng tương đương của acquy động acquy. Các mơ hình mạch điện thay Mạch điện thay thế tương đương của thế tương đương thường được sử dụng acquy được thể hiện như hình 1. Trong gồm mơ hình Rint, RC, PNGV (Partner- đĩ: ship for a New Generation of Vehicles) và mơ hình Thevenin. Mơ hình RC chỉ mơ tả UOC - điện áp hở mạch; sự phân cực của acquy sử dụng điện dung R0 - nội trở thuần của acquy (ohmic mà khơng phản ánh điện trở. Mơ hình internal resistance); Số 25 39
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) RP - điện trở phân cực nội của acquy 퐿,퐾 - dịng điện ở thời điểm k; (internal polarization resistance); Điện áp đầu cực 푈퐿,퐾 là đầu ra của hệ CP - tụ điện phân cực của acquy; thống ở thời điểm k; IL - dịng điện tổng; Điện áp hở mạch 푈 ,퐾 là hàm của SOC. U - điện áp tải. L Dữ liệu sử dụng trong mơ hình lấy từ dữ Mạch vịng RPCP được sử dụng để mơ tả liệu của acquy B6 và B25 trong cơ sở dữ hiệu ứng phân cực của acquy. Do mơ hình liệu acquy của NASA Research Center. cĩ xét tới cả hiệu ứng phân cực, nĩ cĩ thể Quan hệ giữa điện áp hở mạch và SOC mơ phỏng một cách chính xác các đặc của acquy B6 được thể hiện như hình 2. tính nạp/xả của acquy. Theo mơ hình mạch điện tương đương RC bậc 1, hệ phương trình trạng thái (1) của mơ hình cĩ thể được thiết lập qua các luật Kirchhoff. 푈 (푡) = 푈 (푡) − 푈 (푡) − 푈 (푡) 퐿 푃 0 푈푃 푈푃 퐿 = − + 푡 푅푃 푃 푃 푈 = (푆 (푡)) (1) 푡 ∫ 𝑖 푡 Hình 2. Đặc tính OCV-SOC 푆 (푡) = 푆 (0) − 0 퐿 푛 { 푈0 = 푅0 퐿 Đặc tính OCV-SOC được xấp xỉ hĩa bởi hàm (3) Rời rạc hĩa hệ phương trình (1) ta được 7 6 hệ phương trình rời rạc (2) = 496.46 × 푆 − 1934.7 × 푆 + 5 4 푆 3103.4 × 푆 − 2644.2 × 푆 + 푆 푈푃,퐾+1 1 − 0 푈푃,퐾 3 2 푅 푃 1286.9 × 푆 − 356.2 × 푆 + [ ] = [ 푃 푃 ] [ ] + [ ] 퐿,퐾 푆 퐾+1 푆 퐾 − 푆 0 1 52 × 푆 + 0.29 푛 푈 ,퐾 (3) 푈퐿,퐾 = [1 1] [ ] − 푅0 퐿,퐾 { −푈푃,퐾 Các giá trị điện dung và điện trở với (2) acquy B6 giả thiết là khơng đổi và được cho trong bảng 1. Trong đĩ biến trạng thái hệ thống là = [푈 ,퐾 −푈푃,퐾] ; Bảng 1. Các tham số của mơ hình acquy 푈푃,퐾 là điện áp trên tụ điện 푃 ở thời điểm Tham số Giá trị k; Điện trở R0 0.204 Ω Điện trở phân cực R 2.109 Ω 푆 là SOC của acquy ở thời điểm k; P Điện dung phân cực CP 6583 F 푆 - chu kỳ trích mẫu; 40 Số 25
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 3. MƠ HÌNH PIN MẶT TRỜI q = điện tích của 1 electron; 19 Để mơ tả các mơđun điện mặt trời cĩ thể (C) = 1,6×10 ; sử dụng mơ hình một điơt hoặc mơ hình Voc - điện áp hở mạch (V); hai điơt [16]. Mơ hình một điơt được xây n - hệ số lí tưởng của điơt ; dựng dựa trên các phương trình sau: K - hằng số Boltzmann Dịng quang điện: (J/K) = 1,38x10 23; = [ + ( − 298)]. (4) E - độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn ℎ 푠 𝑖 1000 g0 (eV) = 1,1; Dịng bão hịa: Ns - số cell nối tiếp với nhau; 0 1 1 Np - số mơđun PV song song với nhau; 3 푞. 𝑔0. ( − ) 푛 Rs - điện trở nối tiếp (Ω); = 푠. ( ) . 푒 [ ] (5) 푛 푛. 퐾 Rsh - điện trở song song (Ω); Dịng bão hịa ngược: Vt - thế nhiệt của điơt (V). Hệ thống điện mặt trời được mơ phỏng 푠 푠 = 푞. (6) với panel cĩ các thơng số cơ bản như ( 표 ) 푒 푛. 푠.퐾. − 1 bảng 2. Dịng qua điện trở shunt: Bảng 2. Thơng số kỹ thuật của panel PV + . 푅 = ( 푠) (7) CS3W-15P 푠ℎ 푅 푠ℎ Số cell 144 Dịng điện ra của mơđun: Cơng suất đỉnh Pmax (W) 415 Điện áp hở mạch V (V) 47.8 푞. ( + . 푅푠) oc = ℎ − 0. [푒 ( ) − 1] Điện áp tại điểm cơng suất cực 39.3 푛. 퐾. 푠. đại Vmp (V) − 푠ℎ (8) Độ suy giảm Voc theo nhiệt độ 0.29 Trong đĩ: (%/deg.C) Dịng ngắn mạch Isc (A) 8.99 Isc - dịng ngắn mạch (A) (short circuit current); Dịng điện tại điểm cơng suất 8.45 cực đại Imp (A) k - dịng ngắn mạch của cell ở 250oC và i Độ tăng Isc theo nhiệt độ 0.05 1000 W/m2; (%/deg.C) T - nhiệt độ làm việc (K); Dịng bão hịa điơt I0 (A) 3.7482e-11 Hệ số lý tưởng của điơt 0.91286 Tn - nhiệt độ danh định (K) (nominal temperature) = 298; Điện trở song song Rsh (Ω) 116.3362 G - mật độ bức xạ (W/m2); Điện trở nối tiếp Rs (Ω) 0.51567 Số 25 41
7. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 4. CÁC PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT TRẠM Bảng 4. Thơng số kỹ thuật cơ bản của bộ sạc xe SẠC đạp/xe máy điện 4.1. Thơng số kỹ thuật cơ bản Điện Điện áp Điện áp Điện áp áp sơ thứ cấp đầu ra của acquy Thơng số kỹ thuật cơ bản của acquy một cấp bộ sạc số loại xe đạp/xe máy điện tại Việt Nam 230 15 VAC 13.8 VDC 12 VDC như trong bảng 3. Cĩ thể thấy, đa số các VAC xe đạp/xe máy điện hiện nay ở Việt Nam 4.2. Các giả thiết đầu vào sử dụng loại acquy LiFePo4 với cơng suất khoảng 1-1.5 kW và cĩ thời gian sạc Trong khuơn khổ của bài báo, nhĩm tác khoảng 3-5 giờ. giả thực hiện tính tốn kinh tế kỹ thuật cho trạm sạc xe điện tại Trường Đại học Bảng 3. Thơng số acquy của một số xe đạp/xe Điện lực với các giả thiết ban đầu như máy điện tại Việt Nam sau: Loại xe Loại Tuổi Thời Cơng Quy mơ: phục vụ 100 xe đạp điện của acquy thọ gian suất sạc sinh viên và cán bộ cơng nhân viên. Địa điểm lắp đặt: Trường Đại học Điện Vinfast LiFePo4 1000 5 giờ 1.2 Klara/Klara (LFP) cycles kW lực. Các thơng số cơ bản về số giờ nắng, S (2020) mật độ bức xạ của Hà Nội được sử dụng để nghiên cứu. Vinfast LiFePo4 1000 5 giờ 1.7 Impes (LFP) cycles kW Trung bình một xe đạp điện sạc tại Vinfast LiFePo4 1000 5 giờ 1.1 trường khoảng 1-1.3 kWh. Ludo (LFP) cycles kW Ổ cắm sạc cho xe điện sử dụng điện Honda EV- LiFePo4 1000 3.5 2.8 xoay chiều một pha 220V. neo (LFP) cycles giờ kW Căn cứ vào kiến trúc hiện hữu, các mơđun Honda LiFePo4 2000 3 giờ 4.2 PV được bố trí áp mái, chủ yếu tại nhà A PCX (LFP) cycles kW và một số mơđun được bố trí tại nhà M và Electric nhà G như trên hình 3. PEGA FLiP 900 4-6 N/A Zinger cycles giờ Extra X-men N/A N/A 6 giờ 1.2 Plus 2016 kW Honda EV LiFePo4 1000 1 giờ 3 Cub (LFP) cycles kW Qua khảo sát, thơng số kỹ thuật cơ bản Hình 3. Bố trí các mơđun PV tại Trường Đại học của bộ sạc được thể hiện trong bảng 4 [1]. Điện lực 42 Số 25
8. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Căn cứ vào quy mơ trạm sạc và cơng suất cơng suất thiết kế là 150 kW. Sơ đồ khối trung bình của xe điện, tác giả lựa chọn của trạm sạc thể hiện như trên hình 4. AC BUS PV ARRAY MPPT GRID SOLAR INVERTER AC CHARGER AC AC CHARGER DC 01 DC DC N E-BIKE 01 E-BIKE N Hình 4. Sơ đồ khối trạm sạc xe đạp / xe máy điện 4.3. Kết quả tính tốn PVsyst. Để so sánh, 3 phương án chọn thiết bị khác nhau được đề xuất như trong Tính tốn kinh tế kỹ thuật theo phần mềm bảng 5. Bảng 5. Các phương án chọn thiết bị cho trạm sạc PV mơđun Inverter Phương án 1 Canadian Solar Sungrow SG60KU-M P: 415W Poly Vinmax: 1000 V Vmp: 39.3 V VMPPrange: 300 – 950 V Imp: 10.56 A Max. input current/string: 28 A Voc: 47.8 V No. of strings: 16 Isc: 11.14 A Sout: 66 kVA40 ℃ ɳ: 18.79 % Vout AC: 422-528 V Temp.: -40 – 85oC freq.: 50/60 Hz Dim.: 2108×1048×40 mm Ioutmax: 83.6 A THD: ≤3% ɳ: 98.9% Temp.: 30-60oC Phương án 2 Tamesol SMA Solid-Q Pro 60 P: 360 W Mono Vinmax: 1000 V Vmp: 38.9 V VMPPrange: 200 – 950 V Imp: 9.26 A Max. input current / string: 12A Voc: 47.2 V No. of strings: 12 Isc: 9.79 A Sout: 66 kVA Số 25 43
9. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) PV mơđun Inverter ɳ: 18.5 % Vout AC: 277-572 V Temp.: –40-85oC freq.: 50/45-55 Hz Dim.: 1956×992×40 mm Ioutmax: 80 A THD: ≤3% ɳ: 98% Temp.: –25-60oC Phương án 3 AE Solar Sofar Solar 60000TL P: 330 W Poly Vinmax: 1000 V Vmp: 36.97V VMPPrange: 250-950 V Imp: 8.93 A Max. input current/string: 12 A Voc: 45.89 V No. of strings: 10 Isc: 9.37 A Sout: 60 kVA ɳ: 17.01 % Vout AC: 230/400 V Temp.: –40-85oC freq.: 50/60 Hz Dim.: 1956-992-40 mm Ioutmax: 90 A THD: ≤3% ɳ: 98.5% Temp.: –25-60oC Bảng 6. Sản lượng điện mặt trời của phương án 1 theo từng tháng trong năm Đối với phương án 1, đặt gĩc nghiêng Với 3 phương án lựa chọn thiết bị trên, mơđun như trên hình 5 và kết quả tính việc so sánh các phương án kỹ thuật cho tốn sản lượng điện trong một năm được trạm sạc được thể hiện như bảng 7. thể hiện trong bảng 6. 44 Số 25
10. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Phương Phương Phương án 1 án 2 án 3 Số mơđun 18 18 20 PV trong một string Số string 20 24 22 Cơng suất 149400 155520 W 145200 W hệ thống W Kết quả thiết kế tính tốn cho thấy cả 3 phương án đều đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, trong đĩ số lượng mơđun PV ở Hình 5. Chọn gĩc nghiêng mơđun phương án 1 là thấp nhất đồng thời diện cho phương án 1 tích lắp đặt là nhỏ nhất. Bảng 7. So sánh phương án kỹ thuật cho trạm sạc 5. ĐÁNH GIÁ KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN Phương Phương Phương án 1 án 2 án 3 Các số liệu cụ thể tính tốn được của 3 Diện tích lắp 795.3 m2 838.2 m2 853.8 m2 phương án kỹ thuật cho phép xác định chi đặt phí lắp đặt cho trạm sạc xe điện tích hợp Số Inverter 2 2 2 điện mặt trời như trong bảng 8, 9, 10. Số mơđun PV 360 432 440 Bảng 8. Tổng chi phí lắp đặt trạm sạc theo phương án 1 STT Thiết bị Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Số lượng Thành tiền (VNĐ) 1 PV panel Tấm 3,215,880 360 1,157,716,885 2 Inverter Bộ 23,145,000 2 46,290,000 3 Phụ kiện Bộ 450,000,000 1 450,000,000 4 Cơng lắp đăt 210,000,000 210,000,000 5 Chi phí bảo dưỡng Năm 7,500,000 1 7,500,000 Tổng chi phí 1,871,506,885 Bảng 9. Tổng chi phí lắp đặt trạm sạc theo phương án 2 STT Thiết bị Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Số lượng Thành tiền (VNĐ) 1 PV panel Tấm 3,739,000 432 1,615,248,000 2 Inverter Bộ 189,417,500 2 378,835,000 3 Phụ kiện Bộ 450,000,000 1 450,000,000 4 Cơng lắp đăt 210,000,000 210,000,000 5 Chi phí bảo dưỡng Năm 7,500,000 1 7,500,000 Tổng chi phí 2,661,583,000 Số 25 45
11. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Bảng 10. Tổng chi phí lắp đặt trạm sạc theo phương án 3 STT Thiết bị Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Số lượng Thành tiền (VNĐ) 1 PV panel Tấm 3,300,000 440 1,452,000,000 2 Inverter Bộ 62,340,000 2 124,680,000 3 Phụ kiện Bộ 450,000,000 1 450,000,000 4 Cơng lắp đăt 210,000,000 210,000,000 5 Chi phí bảo dưỡng Năm 7,500,000 1 7,500,000 Tổng chi phí 2,244,180,000 So sánh chi phí đầu tư của 3 phương án dụng đối với lĩnh vực sản xuất năng lượng nhận thấy phương án 1 cĩ chi phí đầu tư tái tạo. thấp nhất. Do đĩ, xét cả về mặt kinh tế Tại khoản 1, khoản 2 Điều 16 Nghị kỹ thuật, việc triển khai phương án 1 là định số 218/2013/NĐ-CP quy định: “1. hợp lý. Miễn thuế 4 năm, giảm 50% số thuế phải Tính tốn thời gian thu hồi vốn của nộp trong 9 năm tiếp theo đối với lĩnh vực phương án 1 dựa trên các dữ liệu: sản xuất năng lượng tái tạo. Giá bán lẻ điện cho đơn vị hành chính Bảng 11 thể hiện các chỉ tiêu tài chính sự nghiệp với cấp điện áp dưới 6 kV là ứng với phương án 1 khi vận hành trạm 1902 VNĐ (theo thơng tư 16/2014/TT- sạc trong 20 năm. Thời gian thu hồi vốn BCT và quyết định số 648/QĐ-BCT ngày là 7 năm. Với thời gian vận hành khoảng 20/03/2019 của Bộ Cơng Thương). 20 năm, phương án 1 cĩ khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao. Hệ số giờ nắng là 3.24h tại địa điểm lắp đặt. 6. KẾT LUẬN Giả thiết điện mặt trời tạo ra là tự dùng Bài báo thực hiện nghiên cứu tính khả thi 100%. của trạm sạc xe đạp/xe máy điện tại Việt Suất đầu tư 12476 VNĐ/Wp. Nam và lên phương án thiết kế tính tốn kinh tế kỹ thuật cho trạm sạc xe điện tại Tỷ lệ tăng giá điện hàng năm giả thiết trường học cĩ tích hợp điện mặt trời. là 3% (theo QĐ 24/2017/QĐ-TTg). Theo Tại khoản 1, khoản 2 Điều 15 Việc tích hợp điện mặt trời vào hệ thống Nghị định số 218/2013/NĐ-CP ngày cho thấy giải pháp hiệu quả trong việc 26/12/2013 của Chính phủ quy định chi giảm nhu cầu năng lượng và cơng suất từ tiết và hướng dẫn thi hành Luật thuế thu lưới, khai thác tiềm năng điện mặt trời áp nhập doanh nghiệp quy định “1. Thuế suất mái. Năng lượng sạch được sản xuất và ưu đãi 10% trong thời hạn 15 năm áp phục vụ mục đích chính là tiêu thụ tại 46 Số 25
12. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) chỗ, đĩn đầu xu hướng giảm giá FiT. Khả lắp các mơđun PV trên mái nhà/văn năng tiếp cận điện mặt trời đối với trạm phịng gần với vị trí để xe hoặc lắp đặt/sử sạc cũng tương đối thuận tiện do cĩ thể dụng làm mái che phương tiện. Bảng 11. Tính tốn các chi tiêu tài chính theo phương án 1 Năm Sản Giá Giá trị tiết Chi phí Khấu hao Thuế Thuế Giá trị tài lượng tiền kiệm bảo trì 10 năm thu TNDN chính điện tự điện nhập phải đĩng dùng hàng doanh năm nghiệp 1 177,390 1,902 337,395,780 - 187,140,000 - - (1,534,004,220) 2 172,068 1,959 337,092,124 - 187,140,000 - - (1,196,912,096) 3 158,303 2,018 319,428,497 - 187,140,000 - - (877,483,600) 4 145,639 2,078 302,690,443 - 187,140,000 - - (574,793,156) 5 133,988 2,141 286,829,464 - 187,140,000 10% 9,968,946 (297,932,639) 6 123,269 2,205 271,799,600 1,358,998 187,140,000 10% 8,330,060 (34,463,099) 7 113,407 2,271 257,557,301 1,287,787 187,140,000 10% 6,912,951 216,181,251 8 104,334 2,339 244,061,299 1,220,306 187,140,000 10% 5,570,099 454,672,450 9 95,988 2,409 231,272,486 1,156,362 187,140,000 10% 4,297,612 681,647,324 10 88,309 2,482 219,153,808 1,095,769 187,140,000 10% 3,091,804 897,709,329 11 81,244 2,556 207,670,149 1,038,351 - 10% 20,663,180 1,084,716,297 12 74,744 2,633 196,788,233 983,941 - 10% 19,580,429 1,261,924,101 13 68,765 2,712 186,476,529 932,383 - 10% 18,554,415 1,429,846,216 14 63,264 2,793 176,705,159 883,526 - 10% 17,582,163 1,588,969,212 15 58,203 2,877 167,445,809 837,229 - 10% 16,660,858 1,739,754,163 16 53,546 2,963 158,671,649 793,358 - 20% 31,575,658 1,866,850,153 17 49,263 3,052 150,357,254 751,786 - 20% 29,921,094 1,987,286,314 18 45,322 3,144 142,478,534 712,393 - 20% 28,353,228 2,101,411,620 19 41,696 3,238 135,012,659 675,063 - 20% 26,867,519 2,209,556,759 20 38,360 3,335 127,937,996 639,690 - 20% 25,459,661 2,312,035,094 Với xu hướng phát triển các phương tiện thuật cho trạm sạc xe điện tại trường học chạy điện, đồng thời chi phí lắp đặt các hệ phục vụ nhu cầu sạc xe điện của cán bộ thống điện mặt trời ngày càng giảm, vấn cơng nhân viên và sinh viên với thời gian đề tích hợp điện mặt trời vào trạm sạc cĩ làm việc / học tập phù hợp với thời gian thể xem là giải pháp xanh và bền vững, sạc. Việc tính tốn định lượng các chỉ tiêu giải quyết các vấn đề ơ nhiễm khí thải, kinh tế kỹ thuật của từng phương án cũng đặc biệt là tại các thành phố lớn. được thực hiện nhằm chỉ ra phương án Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp kỹ hiệu quả. Số 25 47
13. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Việc tích hợp điện mặt trời cho trạm sạc hệ thống PV – xe điện và lưới. Những xe điện cũng tồn tại các vấn đề cần giải khía cạnh đĩ cần được làm rõ trong những quyết, đặc biệt là các vấn đề giải pháp nghiên cứu tiếp theo. điều kiển, giám sát dịng năng lượng giữa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N.H. Duc, T.V. Tuan, M.D. Thuan, “Nghiên cứu, thiết kế, mơ phỏng trạm nạp sử dụng pin mặt trời cho xe đạp điện tại các trường học”, Đề tài EPU, 2016. [2] M. Messagie, F. S. Boureima, T. Coosemans, C. Macharis, and J. Van Mierlo, “A range-based vehicle life cycle assessment incorporating variability in the environmental assessment of different vehicle technologies and fuels,” Energies, vol. 7, no. 3, pp. 1467–1482, 2014. [3] A. Nordelưf, M. Messagie, A.M. Tillman, M. Ljunggren Sưderman, and J. Van Mierlo, “Environmental impacts of hybrid, plug-in hybrid, and battery electric vehicles—what can we learn from life cycle assessment?,” International Journal of Life Cycle Assessment, vol. 19, no. 11. pp. 1866–1890, 2014. [4] S. Rangaraju, L. De Vroey, M. Messagie, J. Mertens, and J. Van Mierlo, “Impacts of electricity mix, charging profile, and driving behavior on the emissions performance of battery electric vehicles: A Belgian case study,” Appl. Energy, vol. 148, pp. 496–505, 2015. [5] David Feldman, Robert Margolis, “Q1/Q2 2019 Solar Industry Update”, National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2019. [6] G.R. Chandra Mouli, P. Bauer, and M. Zeman, “Comparison of system architecture and converter topology for a solar powered electric vehicle charging station,” 9th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia (ICPE-ECCE Asia), 2015, pp. 1908–1915. [7] G.R. Chandra Mouli, P. Bauer, and M. Zeman, “System design for a solar powered electric vehicle charging station for workplaces,” Appl. Energy, vol. 168, pp. 434–443, Apr. 2016. [8] G. Carli and S. S. Williamson, “Technical Considerations on Power Conversion for Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Battery Charging in Photovoltaic Installations,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 12, pp. 5784–5792, Dec. 2013. [9] P. Goli and W. Shireen, “PV powered smart charging station for PHEVs,” Renew. Energy, vol. 66, pp. 280–287, Jun. 2014. [10] G.R.C. Mouli, M. Leendertse, V. Prasanth, P. Bauer, S. Silvester, S. van de Geer, and M. Zeman, “Economic and CO2 Emission Benefits of a Solar Powered Electric Vehicle Charging Station for Workplaces in the Netherlands,” IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2016, pp. 1–7. [11] P.J. Tulpule, V. Marano, S. Yurkovich, and G. Rizzoni, “Economic and environmental impacts of a PV powered workplace parking garage charging station,” Appl. Energy, vol. 108, pp. 323–332, Aug. 2013. [12] Dongchen Qin, Jianjie Li, Tingting Wang, Dongming Zhang, “Modeling and Simulating a Battery for an Electric Vehicle Based on Modelica”, Automotive Innovation, 2019. [13] Xiong Wei, Mo Yimin & Zhang Feng, “Lithium-ion Battery Modeling and State of Charge Estimation”, Integrated Ferroelectrics, 2019. 48 Số 25
14. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) [14] X. Hu, S. Li, and H. Peng, “A comparative study of equivalent circuit models for Li-ion batteries”, J. Power Sources. 198, 359 (2012). [15] S. Yuan et al., “Online estimation of electrochemical impedance spectra for lithium-ion batteries via discrete fractional order model”, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC). 1–6 (2013). [16] Nahla Mohamed Abd Alrahim Shannan, Nor Zaihar Yahaya, Balbir Singh, “Single-Diode Model and Two-Diode Model of PV Modules: A Comparison”, IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering, 2013. Giới thiệu tác giả: Tác giả Nguyễn Ngọc Văn tốt nghiệp đại học ngành thiết bị điện – điện tử năm 2008, nhận bằng Thạc sĩ ngành kỹ thuật điện năm 2010 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Lĩnh vực nghiên cứu: các nguồn năng lượng phân tán, cơng nghệ sạc và tích trữ năng lượng, năng lượng tái tạo, tự động hĩa hệ thống điện. Tác giả Nguyễn Hữu Đức tốt nghiệp đại học ngành hệ thống điện, nhận bằng Thạc sĩ ngành kỹ thuật điện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vào các năm 2006 và 2008. Từ năm 2009 đến 2014, tác giả làm nghiên cứu sinh tại Đại học Bách khoa Berlin. Hiện tác giả đang cơng tác tại Bộ mơn Mơi trường và Năng lượng tái tạo, Khoa Cơng nghệ Năng lượng, Trường Đại học Điện lực. Lĩnh vực nghiên cứu chính: mơ phỏng, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, mác hệ thống điều khiển tiên tiến, lưới điện và hệ thống năng lượng thế hệ mới, xe điện và chính sách phát triển bền vững. Số 25 49
15. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 50 Số 25