Nhằm giải quyết các vấn đề về tải điện thấp và khó khăn trong việc sạc điện ở khu vực nông thôn, bài báo này đề xuất chiến lược xây dựng trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp ở khu vực nông thôn, đồng thời giới thiệu các phương pháp ứng dụng cụ thể của chiến lược này.
Kết quả cho thấy việc xây dựng các trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học tại các thị trấn có thể cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng điện, đồng thời giảm chi phí đầu tư và chi phí vận hành.
Tầm quan trọng của việc xây dựng trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp.
Khi số lượng xe điện ngày càng tăng, nhu cầu sạc điện cũng tăng theo. Nếu không được quản lý đúng cách, sẽ dẫn đến lãng phí một lượng lớn điện năng trong quá trình sạc xe điện, gây áp lực lớn lên hệ thống điện. Việc xây dựng trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề trên.
Trạm sạc tích hợp là một mô hình trạm sạc mới, áp dụng công nghệ phát điện quang điện và lưu trữ năng lượng vào trạm sạc để cung cấp giải pháp tối ưu cho việc sạc xe điện.
Ở chế độ này, điện năng sản xuất từ quang điện có thể được truyền trực tiếp đến trạm sạc thông qua kết nối lưới điện, sau đó sạc vào pin để cung cấp điện cho xe điện; Công nghệ lưu trữ năng lượng là việc sử dụng thiết bị lưu trữ năng lượng phân tán trong lưới điện, khi người dùng cần cung cấp điện cho lưới điện. So với trạm sạc truyền thống, trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học có thể nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện một cách hiệu quả.
Trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học có thể giảm thiểu hiệu quả chi phí điện và chi phí vận hành trong quá trình sạc xe điện.
Theo mô hình này, hệ thống quang điện và lưu trữ năng lượng sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi lưới điện hết điện, và lượng điện tạo ra trong quá trình sạc xe điện sẽ được cung cấp bởi các trạm sạc tích hợp.
Đối với người dùng, mô hình này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu lãng phí năng lượng một cách hiệu quả. Trong quá trình vận hành thực tế, trạm lưu trữ và sạc quang học có thể đạt được lợi ích kinh tế và xã hội tối đa bằng cách tối ưu hóa cấu hình và quản lý lịch trình.
Do đó, có thể nói rằng trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học là một loại trạm sạc mới với triển vọng phát triển tốt.
Phân tích tình hình hiện tại về xây dựng lưới điện ở khu vực nông thôn.
Xây dựng lưới điện tại các khu vực thị trấn
Hiện nay, lưới điện nông thôn nước ta vẫn đang ở giai đoạn xây dựng theo cấu trúc truyền thống, chủ yếu dựa vào đường dây trên không, việc tự động hóa, số hóa và ứng dụng công nghệ hiện đại vào mạng lưới phân phối còn chưa đầy đủ, hầu hết các thị trấn, làng mạc vẫn chưa có điện. Có năm vấn đề trong việc xây dựng lưới điện nông thôn nước ta.
1). Mức độ tự động hóa mạng lưới phân phối thấp ở một số thôn, thị trấn, hệ thống tự động hóa mạng lưới phân phối chưa hoàn thiện, cùng với việc thiếu giám sát thời gian thực và cảnh báo sớm về hoạt động của mạng lưới phân phối, đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động bình thường của hệ thống tự động hóa mạng lưới phân phối tại các thôn, thị trấn.
2). Bán kính cung cấp điện của đường dây phân phối lớn hơn ở một số khu vực nông thôn, điều này khiến đường dây phân phối không thể rút ngắn bán kính cung cấp một cách hiệu quả.
3). Cơ cấu mạng lưới phân phối ở một số vùng nông thôn đang có hiện tượng xuống cấp nghiêm trọng, một số đường dây phân phối thậm chí còn gặp các vấn đề như tiết diện dây dẫn nhỏ, đường kính dây nhỏ và thiết bị xuống cấp.
4). Có một số vấn đề trong cấu hình bù công suất phản kháng ở một số vùng nông thôn, chẳng hạn như công suất thiết bị và khả năng bù công suất phản kháng không đủ.
5). Các doanh nghiệp cung cấp điện ở một số làng, thị trấn thiếu cơ chế quản lý khoa học và hợp lý, thiếu ý tưởng quy hoạch và thiết kế, cũng như thiếu phân tích và dự báo mức tiêu thụ điện năng phía người sử dụng.
Cơ cấu năng lượng của khu vực thị trấn
Cơ cấu năng lượng ở khu vực nông thôn có đặc điểm là ô nhiễm cao, tiêu thụ năng lượng cao và hiệu quả thấp.
Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu năng lượng cũng tăng lên, dẫn đến việc tiêu thụ một lượng lớn năng lượng hóa thạch, gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.
Trong những năm gần đây, cơ cấu năng lượng ở khu vực nông thôn đã được tối ưu hóa và nâng cấp, mức độ sử dụng cũng như sản lượng năng lượng sạch đã tăng lên rõ rệt.
1). Khả năng chịu tải của khu vực nông thôn thấp, người dân ở khu vực nông thôn có mức tiêu thụ điện năng thấp và chủ yếu sử dụng các thiết bị điện công suất thấp.
2). Số lượng xe điện (EV) ở khu vực nông thôn đang tăng lên. Xe điện chủ yếu hoạt động bằng năng lượng điện và sử dụng hệ thống điện để cung cấp năng lượng phụ trợ. Sự gia tăng số lượng xe điện chắc chắn sẽ dẫn đến sự gia tăng tải điện.
3). Cơ cấu cung cấp điện ở khu vực nông thôn chưa hợp lý. Do mức tiêu thụ điện thấp, cơ cấu cung cấp điện đơn lẻ và thiếu quy hoạch, thiết kế khoa học, hợp lý, nên khó đáp ứng được nhu cầu điện ở khu vực nông thôn.
4). Tình trạng quá tải nghiêm trọng đang diễn ra ở khu vực nông thôn, một số khu vực còn gặp vấn đề về điện áp thấp và đường dây cũ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống điện.
Chất lượng điện năng của mạng lưới phân phối trong khu vực thị trấn
Chất lượng điện năng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của người dân nông thôn, đồng thời cũng là một trong những vấn đề chính mà các doanh nghiệp điện lực phải giải quyết. Hiện nay, chất lượng điện năng của mạng lưới phân phối ở khu vực nông thôn chủ yếu đang đối mặt với ba khía cạnh vấn đề sau.
1). Độ lệch điện áp của mạng lưới điện nông thôn lớn, và điện áp của một số người dùng có độ lệch âm.
2). Mức độ mất cân bằng điện áp ba pha của mạng lưới phân phối điện tại một số làng, thị trấn vượt quá phạm vi tiêu chuẩn quốc gia.
3). Hiện tượng mất cân bằng ba pha nghiêm trọng đang xảy ra trong mạng lưới phân phối điện ở khu vực nông thôn, dẫn đến vấn đề chất lượng điện năng ở phía người sử dụng.
Nghiên cứu trường hợp về việc xây dựng trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp
Để thúc đẩy tốt hơn sự phát triển kinh tế của khu vực nông thôn, nhà nước đang tích cực khuyến khích xây dựng các trạm sạc năng lượng mới. Hiện nay, việc xây dựng các trạm sạc năng lượng mới ở nước ta vẫn còn một số vấn đề, ví dụ như khó khăn trong việc tìm địa điểm đặt trạm sạc, tỷ lệ sử dụng cơ sở sạc thấp, hiệu suất sạc thấp.
Để giải quyết vấn đề này, đất nước chúng ta đã bắt đầu đẩy nhanh tiến độ xây dựng các trạm sạc xe điện. Có thể xây dựng các trạm sạc tích hợp lưu trữ quang học và sạc điện tại các khu vực nông thôn.
Trạm sạc tích hợp bao gồm ba phần: hệ thống phát điện quang điện, hệ thống lưu trữ năng lượng và trạm sạc. Trong quá trình xây dựng, cần phải xây dựng hệ thống phát điện quang điện trước, sau đó sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng để quản lý việc sạc cho xe điện.
Ngoài ra, cần phải bố trí thêm trụ sạc AC và trụ sạc DC tại trạm sạc để tạo sự thuận tiện cho việc sạc xe điện.
Nhìn chung, trình độ phát triển kinh tế của khu vực nông thôn còn tương đối thấp, do đó chi phí xây dựng các trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp cũng tương đối thấp. Lấy một thị trấn làm ví dụ, trình độ kinh tế của thị trấn này ở mức trung bình cả nước, và việc xây dựng trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp có thể mang lại lợi ích kinh tế tốt.
1). Bản thân thị trấn có đủ nguồn ánh sáng và đất đai, có thể được tận dụng tối đa để xây dựng trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc năng lượng mặt trời.
Trong thiết kế trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp, trước tiên cần lựa chọn vật liệu xây dựng và hình thức kết cấu phù hợp, sau đó kết hợp với vị trí địa lý và điều kiện khí hậu địa phương để thiết kế.
Ví dụ, ở thị trấn này, do khí hậu lạnh, đủ ánh sáng và tài nguyên đất đai tương đối dồi dào, bạn có thể lựa chọn sử dụng tấm pin quang điện để xây dựng trạm sạc và lưu trữ năng lượng tích hợp.
2). Hệ thống quang điện chủ yếu chịu trách nhiệm sạc điện cho xe điện, trong khi hệ thống lưu trữ năng lượng chịu trách nhiệm lưu trữ điện năng. Hệ thống quang điện và hệ thống lưu trữ năng lượng cần được kết hợp một cách hợp lý trong quá trình xây dựng.
Ngoài ra, cần phải xác định hợp lý dung lượng và số lượng pin lưu trữ năng lượng cũng như các pin tích trữ trong hệ thống lưu trữ năng lượng. Dung lượng pin nên được thiết lập theo nhu cầu sạc của xe điện. Nói chung, dung lượng pin có thể được xác định dựa trên tình hình sử dụng, vị trí và nhu cầu thị trường của xe điện. Trên cơ sở đó, thời gian sạc và hiệu suất sạc của xe điện cần được thiết kế hợp lý.
3). Trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học cũng cần cấu hình hợp lý các thiết bị khác nhau của trạm sạc.
Trong quá trình xây dựng trạm sạc tích hợp, cần ưu tiên lựa chọn thiết bị có chất lượng tốt, hiệu suất ổn định để tránh hỏng hóc thiết bị và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của trạm sạc.
Ngoài ra, việc quản lý thông minh trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học có thể được thực hiện bằng cách nâng cao mức độ thông minh của trạm sạc.
4). Sau khi xây dựng trạm sạc tích hợp, cần tiến hành nghiệm thu và vận hành thử trạm:
① Sản phẩm phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành để được chấp nhận;
② Liệu công trình có tuân thủ các yêu cầu chính sách địa phương và yêu cầu của người sử dụng để được chấp thuận hay không;
③ Cần phải nghiệm thu để đưa vào vận hành bình thường. Việc vận hành thử chủ yếu bao gồm hai khía cạnh sau: ① Kiểm tra xem trạm sạc có tuân thủ các tiêu chuẩn sạc và các quy định liên quan hay không; ② Kiểm tra xem trạm sạc có tuân thủ các quy định an toàn và các tiêu chuẩn liên quan hay không.
Cấu hình dung lượng trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học
Thời gian sạc của xe điện chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất và thời gian sạc của xe điện, tức là thời gian sạc pin và thời gian sạc lượng điện.
Do đó, cần phải ước tính thời gian sạc dựa trên công suất của xe điện. Hiện nay, ở nước ta chưa có tiêu chuẩn thống nhất cho các trạm sạc, và thời gian sạc của các trạm sạc thuộc các thương hiệu khác nhau khá khác biệt, vì vậy chúng ta có thể sử dụng một số phương pháp để ước tính thời gian sạc của các trạm sạc. Các trạm sạc được phân loại theo thời gian sạc 4 giờ, 12 giờ và 16 giờ.
Theo phương pháp trên, thời gian sạc của trạm sạc có thể được ước tính, và thời gian sạc của trạm sạc với các cấu hình công suất khác nhau có thể được xác định. Trong việc phân bổ công suất của các trạm sạc, chúng ta cũng cần xem xét đầy đủ các đặc điểm của người dân nông thôn và nhu cầu sạc xe điện.
Các mức điện áp khác nhau của xe điện yêu cầu công suất khác nhau, do đó cần cấu hình thiết bị trạm sạc phù hợp với nhu cầu.
Trong điều kiện bình thường, người dân nông thôn sử dụng điện áp 220V và 110V, vì vậy khi xây dựng trạm sạc cần trang bị các trụ sạc có điện áp tương ứng.
Lấy tỉnh An Huy làm ví dụ, trong điều kiện bình thường, điện áp dân dụng nông thôn ở mức 10 kV và 35 kV. Với sự gia tăng công suất xe điện và giảm thời gian sạc, thời gian sạc trung bình sẽ giảm dần.
Dự án trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp
Phân tích lợi ích kinh tế
Trạm sạc tích hợp có 4 mức công suất: 120kW, 250kW, 400kW và 600kW. Kết quả cho thấy tỷ suất lợi nhuận nội bộ là 10,24% và thời gian hoàn vốn là 3,65 năm khi công suất là 120kW.
Do số lượng xe điện còn ít và nhu cầu sạc điện thấp ở nước ta, chúng ta có thể lựa chọn dự án công suất nhỏ để xây dựng trạm sạc tích hợp, nhằm đáp ứng nhu cầu sạc điện cho xe điện ở các vùng nông thôn hiện nay.
Xây dựng trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp
Các sự cố kỹ thuật và giải pháp
Để phát triển hơn nữa các trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp ở vùng nông thôn, cần giải quyết những khó khăn kỹ thuật sau đây.
1). Thiết kế và xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng phía người dùng. Thiết kế và xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng phía người dùng là chìa khóa để xây dựng trạm sạc và lưu trữ quang học tích hợp ở vùng nông thôn.
2). Điều khiển phối hợp hệ thống phát điện quang điện và hệ thống sạc. Cần phải xem xét đầy đủ sự phối hợp và điều khiển giữa hệ thống phát điện quang điện và hệ thống sạc khi xây dựng trạm sạc tích hợp ở khu vực nông thôn. Sự điều khiển phối hợp giữa hệ thống phát điện quang điện và hệ thống sạc chủ yếu bao gồm hai khía cạnh:
Một mặt, đó là sự điều khiển phối hợp giữa hệ thống phát điện quang điện và hệ thống lưu trữ năng lượng, mặt khác, đó là sự điều khiển phối hợp giữa hệ thống phát điện quang điện và hệ thống sạc.
Bộ điều khiển sạc và xả, bộ điều chỉnh công suất và các thiết bị khác có thể được sử dụng để phối hợp điều khiển giữa hệ thống phát điện quang điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.
Khi công suất đầu ra của hệ thống phát điện quang điện không đủ, lượng điện dư thừa có thể được bổ sung kịp thời vào trạm sạc bằng bộ điều khiển sạc và xả, bộ điều chỉnh công suất có thể được sử dụng để giảm công suất phát điện quang điện, từ đó tránh tình trạng sạc quá mức.
Ngoài ra, siêu tụ điện có thể được sử dụng để thực hiện chức năng sạc cho thiết bị phát điện quang điện.
3). Chiến lược điều khiển kết nối lưới điện cho trạm sạc. Trong điều kiện bình thường, lưới điện quy mô nhỏ ở khu vực nông thôn thường dẫn đến tình trạng mất ổn định khi kết nối lưới điện. Để đảm bảo an toàn tiêu thụ điện ở khu vực nông thôn, cần điều khiển và quản lý một lượng lớn nguồn cung cấp điện phân tán trong lưới điện bằng bộ điều khiển kết nối lưới điện.
Đồng thời, hệ thống cung cấp điện phân tán có thể được kết nối với lưới điện thông qua bộ chuyển đổi phía lưới.
Ngoài ra, cần phải sử dụng pin, siêu tụ điện và các thiết bị khác để đạt được sự điều khiển phối hợp của hệ thống cung cấp điện phân tán.
4). Thiết kế điều khiển phân phối điện của trạm sạc. Nhìn chung, khi dung lượng lưu trữ năng lượng phía người dùng không đủ, công suất dư thừa có thể được bổ sung vào trạm sạc thông qua bộ chuyển đổi hai chiều, và khi dung lượng lưu trữ năng lượng phía người dùng đủ, có thể sử dụng siêu tụ điện để sạc và xả thiết bị phát điện quang điện.
5). Vận hành, bảo trì và quản lý trạm sạc tích hợp lưu trữ và sạc quang học. Cụ thể, nó bao gồm bảy khía cạnh sau: ① Xây dựng kế hoạch công tác hợp lý; ② Tăng cường đào tạo nhân sự liên quan; ③ Kiểm tra và bảo trì thiết bị định kỳ; ④ Xây dựng và hoàn thiện Hệ thống Quản lý Vận hành trạm sạc; ⑤ Tổ chức và thực hiện các hoạt động đào tạo định kỳ; ⑥ Xây dựng và hoàn thiện cơ chế vận hành và bảo trì trạm sạc; ⑦ Xử lý sự cố thiết bị kịp thời, v.v.
Bài báo này phân tích công nghệ và kinh tế của các dự án phát điện quang điện và lưu trữ năng lượng, và đưa ra kết luận rằng việc xây dựng trạm sạc tích hợp ở khu vực nông thôn là khả thi.
Đề án này mang lại lợi ích kinh tế và xã hội tốt, đáp ứng yêu cầu phát triển ngành công nghiệp sản xuất điện năng lượng mới theo mục tiêu “Giảm phát thải carbon kép” của Trung Quốc. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ sản xuất điện năng lượng mới, công nghệ điện mặt trời sẽ được sử dụng rộng rãi hơn, công nghệ lưu trữ năng lượng cũng sẽ được ứng dụng phổ biến hơn.
Do đó, nước ta cần tăng cường nghiên cứu các công nghệ sản xuất năng lượng mới tiên tiến như công nghệ lưu trữ năng lượng mới và công nghệ phát điện quang điện để hỗ trợ nhiều hơn cho sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất điện năng lượng mới.
