Bài giảng Tích trữ năng lượng trong hệ thống điện - Chương: Tính toán tích trữ cho phụ tải dân dụng - Lê Kỷ

ưới điện .
Công suất của pin được quy định ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20οC 
Tại 25οC, tốc độ xả C/20 loại pin (tức là xả trong 20 giờ), bị giảm còn 96% , 
do đó cuối cùng yêu cầu dung lượng pin sẽ trở thành:
•Dung lượng Ah của pin là không chỉ có phụ thuộc tỷ lệ xả mà còn phụ thuộc 
vào nhiệt độ.
• Dung lượng pin axit chì giảm đáng kể ở điều kiện nhiệt độ lạnh hơn. Tuy 
nhiên nóng quá cũng không tốt cho pin. 
•Nhiệt độ trung bình tính toán (ở Rockhampton) là 25οC. 
Động năng của gió có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện bằng cách
sử dụng tua-bin gió, cánh quạt, hộp số và máy phát điện
Xác định kích thước Turbin và tích trữ
Hệ thống năng lượng gió có kết nối lưới điện
Động năng của gió có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện bằng cách
sử dụng tua-bin gió, cánh quạt, hộp số và máy phát điện. Công suất của gió
theo phương trình :
Xác định kích thước Turbin và tích trữ
Hệ thống năng lượng gió có kết nối lưới điện
Trong đó:
P: là công suất điện từ tua bin gió (Watts),
ρ : là mật độ không khí (1.225kg/m3 ở 15οC và 1 atm),
V : là tốc độ gió (m/s),
A: Diện tích quét của tuabin gió trục ngang (m2 ) có đường kính
cánh quạt D (m)
Tốc độ gió theo độ cao khác nhau trên mặt đất có thể được tính
Trong đó
v1 và v2 : là tốc độ gió ở độ cao H1 và H2 
α : là thành phần trượt thẳng đứng của gió, hoặc hệ số ma sát.
α thường lấy là 0,14 cho nông thôn hoặc khu vực mặt phẳng bằng phẳng. 
Ở đây, z là độ biến động (m). Một giá trị tiêu biểu của z cho khu vực bằng
phẳng là 0.03.
Ở châu Âu phương trình trên được tính:
Hiệu suất tối đa về lý thuyết của cánh quạt được xác định bởi “Giới hạn
Betz” hoặc “Định Luật Betz” và giá trị tối đa là: CP = 0,59. (được gọi là hệ số
công suất hoặc hiệu suất của turbin )
Do đó phương trình có thể được viết như sau:
Nhiệt độ ảnh hưởng vào mật độ không khí mà làm thay đổi đầu ra của tua-
bin gió. Tốc độ gió trung bình trên toàn cầu ở độ cao 80m vào ban ngày 
(4.96m / s) cao hơn so với thời gian ban đêm (4.85m / s)
Các phần dưới đây mô tả tải dân cư, năng lượng mặt trời và gió của vùng
Rockhampton
Tốc độ gió thay đổi theo các yếu tố tự nhiên khác nhau, thời gian và mùa.
Để đảm bảo hệ thống được thiết kế có thể hoạt động quanh năm thì tháng có tốc
độ gió yếu nhất được dùng để tính toán. 
Ước tính của năng lượng gió hàng ngày
Bức xạ mặt trời và tốc độ gió ở Rockhampton trong năm 2009
Từ các dữ liệu thu thập được ở Rockhampton thấy rằng tháng bảy đã có diễn 
tiến tốc độ gió yếu nhất. 
Tốc độ gió ở Rockhampton >6m / s với thời gian trung bình hàng ngày là 10 
giờ. Tuy nhiên trong tháng Bảy và tháng Tám nó chỉ 5 giờ như thể hiện trong. 
Bảng 2. Thời gian tốc độ gió (6m / s trở lên) ở độ cao 10m 
Do đó dữ liệu tốc độ gió của tháng bảy đã được xem xét để ước lượng năng 
lượng hàng ngày.
Dữ liệu tốc độ gió ở độ cao cánh quạt 10m, 40m và 80m được thể hiện trong
hình . 
Hình . Tốc độ gió chiều cao 10m, 40m và 80m
Năng lượng tương ứng đã được tính toán cho 1m2 diện tích cánh quạt gió
Với dữ liệu tốc độ gió ở độ cao 40m. Hiệu suất tổng thể của các tuabin
gió bằng 25%, trong đó đã tính Giới hạn Betz và hiệu suất của hộp số, 
vòng bi máy phát điện. 
3
2
1
AVP ηρ= %25=η
Hình7 . Năng lượng được chuyển đổi cho mỗi m2 tại độ cao 40m
Tổng sản lượng năng lượng từ tuabin gió là diện tích dưới đường cong của 
hình 7 (11:00-21:00) bằng 0.232785kWh/m2/d.
Năng lượng được tạo ra bởi turbin gió ở độ cao 40m cho diện tích cánh quạt
1m2 đã được tính toán là 0.232785kWh/m2/d. 
Năng lượng AC đầu ra của tuabin gió cần phải được ít nhất 15.7kWh để cung
cấp điện mỗi ngày.
Tải AC hàng ngày của một căn nhà như tính toán trong phần trước là 15.7kWh.
Xác đinh kích thước turbin 
Ở chiều cao 40m, tốc độ gió là > 6m / s, cho số giờ có gió là10h/day, do đó
chiều cao cánh quạt được chọn là 40m. 
Công suất AC turbin gió cần thiết cho tải có thể được tính như sau:
Công suất AC tua bin gió được tính 1,1 lần công suất yêu cầu trong cấu
hình kết lưới
Năng lượng được tạo ra bởi tuabin gió là 0.232785kWh/m2/d. 
Công suất DC của tuabin gió có thể được tính qua hiệu suất của biến tần 90%.
Cần phải tính toán Diện tích quét cánh quạt để cung cấp cho tải
Do ở 40m chiều cao, tốc độ gió thay đổi trong khoảng 6.17m/s đến 9.92m/s, do 
đó tốc độ gió trung bình 8m/s được dùng để tính toán đường kính cánh quạt cho 
công suất tuabin gió 1.92kW. 
Đường kính cánh quạt đã được tính toán 5.58m và tổng năng lượng tính toán là
diện tích dưới đường cong sản lượng tua bin gió 26.355kWh .
3
2
1
AVP ηρ= %25=η
Chồng đồ thị phụ tải DC lên trên đường cong sản lượng hàng ngày để xác 
định tải cần phải được hỗ trợ bởi việc tích trữ như thể hiện trong hình vẽ. 
Ước tính năng lượng tích trữ
Khu vực chung dưới đường cong (7.736kWh) là các tải cung cấp bởi các 
tua-bin gió trong khi vẫn nạp pin
Tải còn lại (18,47-7,736) = 10.734kWh cần phải được cung cấp bởi các tích 
trữ khi không có gió. Đây là tải tối thiểu hàng ngày cần phải tích trữ. 
Tuy nhiên, thiết kế đã được xem xét để quản lý 100% tải tạo ra bởi turbin thiết 
kế, do đó năng lượng còn lại được dùng cho hệ thống tích trữ là 
(26,355-7,736) = 18.619kWh /day. 
Đây là năng lượng tối đa có thể tích trữ
Xác định dung lượng pin
Năng lượng sử dụng trong pin có thể được thể hiện bởi phương trình 
• Vbat là điện áp DC đầu vào biến tần được xác đinh bằng điện áp của bộ
pin và của tấm PV được gọi là điện áp hệ thống.
• Điện áp hệ thống thường được chọn là 12V, 24V hoặc 48V. 
• Trong thiết kế này chọn điện áp hệ thống DC là 24V và hệ thống này được
thiết kế cho một ngày.
Dung lượng pin cần thiết có thể được tính toán
•Độ sâu tối đa của xả (DODmax) cho pin axít chì là 80%, do đó để dự trữ cho
một ngày phải tích trữ:
•Thông thường khuyến cáo không thiết kế dự trữ hơn 12 ngày cho hệ thống 
không kết lưới và một ngày dự trữ cho hệ thống kết nối với lưới điện .
Tại 25οC, tốc độ xả C/20 loại pin (tức là xả trong 20 giờ), bị giảm còn 96% , 
do đó cuối cùng yêu cầu dung lượng pin sẽ trở thành:
•Dung lượng Ah của pin còn phụ thuộc vào nhiệt độ.
• Dung lượng pin axit chì giảm đáng kể ở điều kiện nhiệt độ lạnh hơn. Tuy
nhiên nóng quá cũng không tốt cho pin. 
•Nhiệt độ trung bình tính toán (ở Rockhampton) là 25οC. 
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hệ thống hybrid luôn luôn là tốt hơn so với
hệ thống năng lượng tái tạo độc lập.
Tuy nhiên việc thực hiện thực tế phụ thuộc vào thực tế biến đổi theo
mùa của bức xạ mặt trời và tốc độ gió. 
Ngoài ra không gian thích hợp cho việc lắp đặt hệ thống hybrid và tổng
Hệ thống Hybrid : năng lượng gió kết hợp mặt
trời có kết nối lưới điện
Vị trí nghiên cứu phân tích Rockhampton phù hợp cho cả hai năng lượng
mặt trời và gió.
Xem xét tất cả các tình huống và dễ dàng xác định là 50% phụ tải được
hỗ trợ bởi năng lượng mặt trời và 50% bởi năng lượng gió.
chi phí của lắp đặt.
Làm theo các bước ở các phần trên, Tích trữ cần thiết được ước tính:
Năng lượng mặt trời PV: 50% tải AC
(15,7 / 2) = 7.85kWh / ngày
Công suất AC yêu cầu của tấm PV :
Tương ứng công suất DC có thể được xác định qua hiệu suất của hệ thống PV:
η = 85%
Đối với thiết kế phụ tải trọng nhà, công suất PV tính 1,1 lần tải yêu cầu. 
Vì vậy, kích thước mảng PV tương đương với tải DC :
Do đó nó đòi hỏi công suất 1.27 kW của tấm PV với tích trữ có kích thước
thích hợp để hỗ trợ 50% tải trong 24 giờ mỗi ngày.
Sử dụng tinh thể silicon tấm PV có hiệu suất là 12,5% , do đó diện tích bề
mặt của tấm PV sẽ trở thành:
Vì vậy diện tích PV cần thiết cho hệ thống hybrid này 10.16m2 . Năng lượng
đầu ra từ mô-đun PV này được biểu thị trong Hình 11. 
Hình11. Sản lượng hệ thống hybrid và biểu đồ phụ tải hàng ngày
Đối với phụ tải còn lại các tua-bin gió yêu cầu được ước tính như:
Cho tuabin gió: 50% phụ tải AC là (15,7 / 2) = 7.85kWh / ngày
Công suất AC tuabin gió cần thiết được tính:
Biến tần của tuabin gió này hiệu suất 90%, do đó công suất DC trở thành:
Đối với thiết kế tải trọng nhà, công suất tua bin gió được tính 1.1 lần phụ tải. 
Vì vậy, công suất tua-bin gió tương đương với tải DC trở thành:
Tốc độ gió trung bình 8m / s được dùng để tính toán đường kính cánh quạt
cần thiết của tuabin gió.
1 3
2
AVP ηρ= %25=η
Với tuabin gió công suất 0.9592kW, đường kính cánh quạt trở được tính
3.95m và năng lượng hàng ngày được tạo ra bởi tuabin gió này được vẽ
trên hình 11.
Tổng số năng lượng được tạo ra từ hệ thống hybrid này là 28.12kWh
Đối với tải DC đã được hệ thống hybrid hổ trợ trực tiếp 8.45kWh tải trọng
như khu vực chung trong Hình 11.
Do đó tối thiểu (18,47-8,45) = 10.02kWh phụ tải cần phải được cung cấp bởi hệ
thống tích trữ. Đây là năng lượng tối thiểu của tích trữ
• Vbat là điện áp DC đầu vào biến tần được xác đinh bằng điện áp của bộ
pin và của tấm PV được gọi là điện áp hệ thống.
• Điện áp hệ thống thường được chọn là 12V, 24V hoặc 48V. 
• Trong thiết kế này chọn điện áp hệ thống DC là 24V và hệ thống này được
thiết kế cho một ngày.
Dung lượng pin cần thiết có thể được tính toán
Tuy nhiên, hệ thống hybrid được thiết kế để tích trữ 100% năng lượng do đó
năng lượng tạo ra còn lại (28,12-8,45) = 19.67kWh từ hệ thống hybrid phải
được quản lý bởi các tích trữ. Đây là năng lượng tối đa trên tích trữ.
•Độ sâu tối đa của xả (DODmax) cho pin axít chì là 80%, do đó để dự trữ cho
một ngày phải tích trữ:
Tại 25οC, tốc độ xả C/20 loại pin (tức là xả trong 20 giờ), bị giảm còn 96% , 
do đó cuối cùng yêu cầu dung lượng pin sẽ trở thành:
Do đó trong mạng cấu hình kết lưới để hỗ trợ phụ tải yêu cầu tối thiểu
15.7kWh/day và tích trữ tối đa với pin mặt trời, tuabin gió và hệ thống hybrid 
được thể hiện trong Bảng 5. 
Chú ý rằng PV, tuabin gió hay hệ thống hybrid tạo ra nhiều năng lượng hơn so 
với yêu cầu hàng ngày tích trữ do đó tích trữ tối đa là cần thiết để quản lý tổng
năng lượng được tạo ra sẽ cung cấp cho tải hoặc cung cấp cho lưới điện trong
thời gian thích hợp. Thiết kế này được tính với hiệu suất của PV là 12,5% với
số giờ nắng là 8 giờ và hiệu suất chung tuabin gió 25% với số giờ là 10 giờ.