Tối ưu hóa hệ thống năng lượng hỗn hợp mặt trời và gió quy mô nhỏ tại Việt Nam

Trước những thách thức trên, TS. Vũ Minh Pháp và nhóm nghiên cứu Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiên phong phát triển giải pháp tích hợp tuabin gió quy mô nhỏ vào hệ thống điện mặt trời mái nhà. Sáng kiến này không chỉ khắc phục những nhược điểm vốn có của điện mặt trời mà còn nâng cao hiệu suất và giá trị ứng dụng thực tiễn của các hệ thống năng lượng tái tạo.

Thách thức trong ứng dụng năng lượng tái tạo

Điện mặt trời mái nhà tại Việt Nam đã có bước phát triển đáng kể trong những năm gần đây, đặc biệt là giai đoạn 2018 - 2020 nhờ các chính sách hỗ trợ giá điện ưu đãi. Tuy nhiên, khi các chính sách này kết thúc, việc mở rộng và duy trì hiệu quả của các hệ thống điện mặt trời gặp nhiều khó khăn khi các tấm pin hoạt động thiếu hiệu quả dưới điều kiện thời tiết không thuận lợi, như trời nhiều mây hoặc ánh sáng yếu. Hơn nữa, các bộ chuyển đổi công suất (Power Conversion System - PCS) trong hệ thống thường được thiết kế chỉ để tối ưu hóa cho pin mặt trời, gây khó khăn khi muốn tích hợp các nguồn năng lượng bổ sung như tuabin gió.

Trước thực tế trên, đề tài của TS. Vũ Minh Pháp và các đồng nghiệp về: “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc trạm điện mặt trời mái nhà bằng hệ thống kết hợp sử dụng tuabin gió quy mô nhỏ” (mã số: VAST07.04/23-24) đã được triển khai nhằm tạo bước tiến mới trong việc khai thác hiệu quả đồng thời các nguồn năng lượng xanh.  Nghiên cứu tập trung phát triển giải pháp công nghệ mới đơn giản, tiết kiệm chi phí, giúp tối ưu hóa hoạt động của bộ chuyển đổi công suất (PCS) hiện có mà không cần thay đổi cấu trúc hệ thống.

TS. Vũ Minh Pháp và GS.TS. Yamamura tại phòng thí nghiệm hệ thống điện, trường Đại học Mie, Nhật Bản

Giải pháp tích hợp tuabin gió quy mô nhỏ

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống điều khiển mới sử dụng điều khiển trượt (SMC) cho mạch kết nối hệ thống điện mặt trời và tuabin gió quy mô nhỏ. Hệ thống này cho phép tuabin gió và hệ thống điện mặt trời chia sẻ một bộ chuyển đổi công suất (PCS), giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguồn điện vào các thời điểm không có nắng hoặc gió. Kết quả thực nghiệm cho thấy, hệ thống điều khiển SMC đã cải thiện hiệu suất công suất của PCS lên đến 17,5% so với việc sử dụng bộ điều khiển PI (proportional-integral) truyền thống. Ngoài ra, công suất hệ thống được cải thiện từ 5% đến 25%, đồng thời sai lệch tĩnh của công suất giảm 20%, cho thấy tính ổn định và hiệu quả cao của hệ thống.

Cấu hình kết nối pin mặt trời sử dụng tuabin gió nhỏ

Các kết quả mô phỏng cho thấy, công suất đầu ra của hệ thống kết nối điện mặt trời và tuabin gió có thể đạt tới 40 W trong trạng thái ổn định, nằm trong phạm vi thực tế từ 38 W đến 42 W. Điều này chứng tỏ tính khả thi và chính xác của thiết kế. Hệ thống kết nối không gây ảnh hưởng đến hoạt động của pin mặt trời khi bức xạ mặt trời ổn định, đồng thời giảm thiểu các vấn đề liên quan đến độ dao động công suất, mặc dù vẫn còn tồn tại một số nhiễu do thiết bị sử dụng linh kiện thông thường. Các kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho thấy giải pháp này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo hỗn hợp tại các khu vực có tiềm năng lớn về năng lượng gió và mặt trời như Nam Trung Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long.

1-PMT; 2-Công tắc nguồn từ pin mặt trời; 3-Nguồn điện một chiều; 4-Mạch điện hệ thống kết nối PMT; 5-Mạch đo; 6-PCS; 7-Phụ tải điện trở công suất

Hệ thống kết nối PMT tại phòng thí nghiệm

a) Bộ điều khiển PI truyền thống	b) Bộ điều khiển SMC

 Đồ thị công suất

TS. Vũ Minh Pháp chia sẻ: Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng điều khiển SMC trong hệ thống kết nối điện mặt trời và tuabin gió giúp cải thiện hiệu suất công suất và độ ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, một số vấn đề về độ dao động công suất vẫn cần được khắc phục và việc tối ưu hóa tham số điều khiển có thể là hướng nghiên cứu tiếp theo. Mặc dù vậy, nghiên cứu của nhóm đã xác định rõ tiềm năng ứng dụng của hệ thống điện hỗn hợp mặt trời - gió quy mô nhỏ tại các khu vực như Nam Trung Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long, nơi có tiềm năng năng lượng tái tạo lớn. Kết quả cho thấy các khu vực này có sản lượng điện từ hệ thống mặt trời - gió cao hơn so với các khu vực khác, với các tỉnh như Ninh Thuận đạt sản lượng điện lên tới 12,756 kWh/năm, cao nhất trong cả nước.

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học đề xuất chính sách để thúc đẩy việc phát triển các dự án điện gió và điện mặt trời quy mô nhỏ tại Việt Nam. Cụ thể, Chính phủ cần xây dựng các chính sách hỗ trợ, giảm thuế, hỗ trợ tài chính và giảm rủi ro đầu tư cho các dự án năng lượng tái tạo. Ngoài ra, cần đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, đặc biệt là ứng dụng hệ thống lưu trữ năng lượng, giám sát thông minh và công nghệ điều khiển để đảm bảo cung cấp điện ổn định. Chính phủ cũng cần xây dựng các chính sách và quy định hợp lý để đấu nối hệ thống điện gió và điện mặt trời vào lưới điện quốc gia, đồng thời đào tạo nhân lực chuyên môn để thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời và gió tại các vùng ven biển và khu vực đồng bằng. Giải pháp của TS. Vũ Minh Pháp và đồng nghiệp đã mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi tại các hộ gia đình, doanh nghiệp vừa và nhỏ, nhất là ở những nơi đã lắp đặt hệ thống điện mặt trời mái nhà. Với tiềm năng ứng dụng cao và khả năng triển khai thực tiễn, nghiên cứu là bước tiến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng bền vững, góp phần vào mục tiêu phát triển kinh tế xanh và bảo vệ môi trường.

Cung cấp tin: Chu Thị Ngân - Trung tâm Thông tin - Tư liệu
Xử lý tin: Thanh Hà