Nghiên cứu tình huống về giải pháp hệ thống lai gió – mặt trời 140 kW tại Vương quốc Anh

Bối cảnh và yêu cầu của khách hàng:

Khách hàng đến từ Vương quốc Anh và là chủ sở hữu một công ty nội thất. Nhà máy của ông tiêu thụ điện năng rất lớn, lên tới 300 kWh mỗi ngày. Hiện tại, khách hàng đã lắp đặt một hệ thống tấm pin mặt trời nối lưới công suất 40 kW, nhưng rõ ràng hệ thống này không thể đáp ứng nhu cầu điện năng của khách hàng. Ý định hiện tại của khách hàng là lắp đặt tuabin gió, tấm pin mặt trời và pin lưu trữ năng lượng để hình thành một hệ thống lai gió - mặt trời, nhằm đạt được mục tiêu tự phát điện và tự tiêu thụ trong phần lớn thời gian. Ngay cả trong những mùa mưa kéo dài, hệ thống vẫn có thể kết hợp sử dụng điện từ lưới vào ban đêm (khi giá điện rẻ hơn) và xả điện vào ban ngày.

Phân tích

Đầu tiên, chúng tôi đã kiểm tra tốc độ gió của khách hàng ở độ cao 15 mét. Tốc độ gió trung bình của khách hàng là 6,5 m/s, điều kiện này cực kỳ phù hợp cho tuabin gió. Điều này có nghĩa là hệ thống thường xuyên có thể vận hành ở công suất tối đa. Do đó, chúng tôi đề xuất sử dụng hệ thống lai gió – mặt trời. Công suất 20 kW Tuabin gió DK dự kiến sẽ tạo ra hơn 150 kWh mỗi ngày. Ước tính một cách thận trọng, hệ thống phát điện hiện tại của khách hàng với công suất 40 kW tạo ra 35.000 kWh điện mỗi năm. Do đó, sản lượng điện phát ra mỗi ngày vào khoảng 95 kWh. Vì sao lại thấp như vậy? Nguyên nhân là do ở Anh có khoảng 150 ngày mưa mỗi năm, dẫn đến sản lượng điện phát ra mỗi ngày không đủ. Vì vậy, chúng ta cần thảo luận vấn đề này theo từng trường hợp cụ thể. Khi đã có tua-bin gió 20 kW và điều kiện ánh sáng mặt trời đầy đủ, trong khoảng thời gian làm việc 8 giờ ban ngày, tua-bin gió và các tấm pin mặt trời 40 kW dự kiến sẽ cung cấp tổng cộng 170 kWh năng lượng. Phần thiếu hụt còn lại là 130 kWh năng lượng có thể được bổ sung từ pin hoặc lưới điện. Nếu trời mưa, các tấm pin mặt trời 40 kW gần như không thể cung cấp năng lượng. Lúc này, tua-bin gió có thể cung cấp 40 kWh năng lượng trong 8 giờ, do đó vẫn còn thiếu 260 kWh năng lượng phải lấy từ pin hoặc lưới điện. Trong trường hợp đặc biệt vừa mưa vừa không có gió, toàn bộ 300 kWh năng lượng đều phải lấy từ pin hoặc lưới điện.

Xét rằng độ sâu xả của pin áp suất cao là 95%, dung lượng pin phải ít nhất là 315 kWh. Khách hàng đã lên kế hoạch mua trước 2 bộ pin lithium 240 kWh, do đó dung lượng pin này là đủ. Tiếp theo, chúng ta cần tính toán cách sạc đầy pin 480 kWh trong điều kiện có ánh sáng mặt trời và giảm thiểu tối đa khả năng mua điện từ lưới. Lượng điện được tạo ra bởi tuabin gió trong 24 giờ khoảng 150 kWh. Như vậy vẫn còn dư 330 kWh. Cộng thêm 300 kWh tiêu thụ trong 8 giờ, cần ít nhất 120 kW tấm pin năng lượng mặt trời, do đó cũng cần bổ sung thêm 80 kW tấm pin năng lượng mặt trời.

Mức tiêu thụ điện trung bình hàng ngày của khách hàng là 300 kWh trong 8 giờ. Xét đến các yếu tố như tải cảm ứng, công suất bộ biến tần nên lớn hơn 60 kW.

Giải pháp

Sau phân tích nêu trên, kế hoạch ban đầu của chúng tôi là sử dụng bộ biến tần 140 kW hệ thống lai gió mặt trời tuabin gió DK 20 kW, cùng với các tấm pin mặt trời 120 kW, hai pin lưu trữ 240 kWh và bộ biến tần Solis S6-EH3P(75-125)K10-NV-YD-H. Bộ biến tần này có 10 cổng đầu vào MPPT, và mỗi cổng đầu vào có thể xử lý công suất DC đầu vào lên đến 20 kW. Do đó, bộ điều khiển tuabin gió của chúng tôi cũng có thể được kết nối trực tiếp với bộ biến tần này.

Khách hàng đánh giá rất cao giải pháp này cho hệ thống lai gió – mặt trời 140 kW. Tuy nhiên, do quy định địa phương và những hạn chế về vị trí lắp đặt, khách hàng thông báo với chúng tôi rằng họ cũng cần một giải pháp hệ thống điện mặt trời thuần túy làm phương án thay thế.

Ở giai đoạn tiếp theo, chúng ta có thể thực hiện tính toán cho một hệ thống chỉ sử dụng pin mặt trời.