Giáo trình Năng lượng tái tạo (Ngành: Điện công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Năng lượng tái tạo (Ngành: Điện công nghiệp - Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Năng lượng mặt trời; Năng lượng gió; Năng lượng thủy điện; Năng lượng sinh khối;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Năng lượng tái tạo (Ngành: Điện công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận

UBND TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Năng lượng tái tạo NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày .tháng năm của Trường caod đẳng nghề Ninh Thuận)) Năm 2019 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt.. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời. Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và hệ thống điện độc lập nông thôn. Có khoảng 16% lượng tiêu thụ điện toàn cầu từ các nguồn năng lượng tái tạo, với 10% trong tất cả năng lượng từ sinh khối truyền thống, chủ yếu được dùng để cung cấp nhiệt, và 3,4% từ thủy điện. Các nguồn năng lượng tái tạo mới (small hydro, sinh khối hiện đại, gió, mặt trời, địa nhiệt, và nhiên liệu sinh học) chiếm thêm 3% và đang phát triển nhanh chóng.Ở cấp quốc gia, có ít nhất 30 quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lượng tái tạo và cung cấp hơn 20% nhu cầu năng lượng của họ. Các thị trường năng lượng tái tạo cấp quốc gia được dự đoán tiếp tục tăng trưởng mạnh trong thập kỷ tới và sau đó nữa.Ví dụ như, năng lượng gió đang phát triển với tốc độ 30% mỗi năm, công suất lắp đặt trên toàn cầu là 282.482 (MW) đến cuối năm 2012. Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý, ngược lại với các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Việc đưa vào sử dụng năng lượng tái tạo nhanh và hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, và có lợi ích về kinh tế.Các cuộc khảo sát ý kiến công cộng trên toàn cầu đưa ra sự ủng hộ rất mạnh việc phát triển và sử dụng những nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió. Trong khi nhiều dự án năng lượng tái tạo có quy mô lớn, các công nghệ năng lượng tái tạo cũng thích hợp với các vùng nông thôn và vùng sâu, vùng xa và các nước đang phát triển. Tổng thư ký Liên Hiệp Quốc Ban Ki-moon đã nói rằng năng lượng tái tạo có khả năng nâng những nước nghèo lên một tầm mới thịnh vượng hơn. Trong quá trình biên soạn, do thời gian, kinh nghiệm và trình độ có hạn nên khó tránh thiếu sót, mong các thầy cô cũng như các độc giả nhận xét, đánh giá, bổ xung để tài liệu ngày một hoàn chỉnh hơn Xin chân thành cảm ơn! Ninh Thuận, ngày 1 tháng 5 năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: Trương Hữu Vân 3
MỤC LỤC Lời giới thiệu 3 Mục lục 4 Chương trình đạo tạo mô đun Năng lượng tái tạo 5 Chương 1: Giới thiệu chung 6 Chương 2: Năng lượng mặt trời 8 Chương 3: Năng lượng gió 26 Chương 4: Năng lượng thủy triều và sóng biển 32 Chương 5: Năng lượng thủy điện 36 Chương 6: Năng lượng sinh khối 53 11. Tài liệu tham khảo 56 4
TÊN MÔ ĐUN: Năng lượng tái tạo Mã số mô đun: MĐ 15 I. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học được bố trí học trước khi hoàn thành chương trình đào tạo. - Tính chất: Là môn học chuyên môn tự chọn. II. Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Cung cấp các kiến thức cơ bản của các dạng năng lượng mới bao gồm: cơ sở hình thành, khai thác và sử dụng hiệu quả các dạng năng lượng mới. + Giải thích và trình bày được về nguồn gốc các loại năng lượng tự nhiên. + Hiểu biết về các nguồn năng lượng tái tạo: mặt trời, gió, sinh khối, thủy điện, thủy triều, sóng biển, ... - Kỹ năng: + Phân tích ưu nhược điểm về kỹ thuật, kinh tế, môi trường của các nguồn năng lượng tái tạo: mặt trời gió, sinh khối, thủy điện, thủy triều, sóng biển, pin nhiên liệu... + Có khả năng làm việc nhóm, thảo luận và giải quyết các vấn đề liên quan đến năng lượng tái tạo. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. + Vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế, kỹ năng tự trau dồi bổ sung kiến thức nhằm giải quyết công việc kỹ thuật cụ thể, có liên quan đến môn học. III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Số Thực Kiểm tra* Tên chương, mục Tổng Lý TT hành (LT hoặc số thuyết Bài tập TH) 1 Chương 1: Giới thiệu chung 5 2 3 2 Chương 2: Năng lượng mặt trời 10 3 6 1 3 Chương 3: Năng lượng gió 10 3 6 1 4 Chương 4: Năng lượng thủy triều và 5 2 3 sóng biển 5 Chương 5: Năng lượng thủy điện 5 2 3 6 Chương 6: Năng lượng sinh khối 10 3 7 Cộng: 45 15 28 2 5
Chương 1: Giới thiệu chung 1. Mục tiêu: - Phân tích mối liên hệ giữa tiêu thụ năng lượng - biến đổi khí hậu - phát triển bền vững. - Phân tích ưu, nhược điểm về kỹ thuật, kinh tế, môi trường của các hệ thống phát điện truyền thống 2. Nội dung chương: 2.1. Giới thiệu. Hiện nay trên thế giới đang hối hả phát triển, ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo vì. - Năng lượng truyền thống (than, dầu,…) sắp cạn kiệt - Nguồn cung cấp biến động về giá cả. - Phá tthải hiệu ứng nhà kính gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu. - Năng lượg truyền thống gây ô nhiễm môi trường. - Sử dụng năng lượng truyền thống gây ra các tai họa như hạn hán, lũ lụt xảy ra trên toàn cầu. - Nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. - Nguồn năng lượng tái tạo được các quốc gia trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng vì nó có những ưu điểm sau: - NLTT sử dụng nguồn năng lượng cósẵn trong thiên nhiên và không gây ô nhiễm môi trường - NLTT giảm lượng ô nhiễm và khí thải từ các hệ thống NL truyền thống - Sử dụng NLTT sẽ làm giảm hiệu ứng nhà kính. - Góp phần vào việc giải quyết vấn đề năng lượng - Giảm bớt sự phụ thuộc vào sử dụng nhiên liệu hóat hạch 2.2. Khái niệm về năng lượng tái tạo. - NLTT là năng lượng thu được từ những nguồn liên tục được xem là vô hạn. 2.3. Nguồn gốc của năng lượng tái tạo. - Hầu hết các nguồn năng lượng đều có nguồn góc từ năng lượng mặt trời. 2.4. Phân loại các nguồn năng lượng tái tạo. - Nguồn góc từ bức xạ mặt trời: Gió, mặt trời, thủy điện, sóng… - Nguồn gốc từ nhiệt năng trái đất: Địa nhiệt - Nguồn gốc từ hệ động năng Trái Đất–MặtTrăng: Thủy triều - Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ khác 2.5. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái tạo. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời. Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và hệ thống điện độc lập nông thôn 2.6. Vai trò của năng lượng tái tạo. - Về môi trường. - Về kinh tế xã hội. - Về an ninh quốc gia. 2.7. Tình hình triển khai, khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam. * Những vấn đề tồn tại trong việc khai thác năng lượng tái tạo tạiViệtNam. Đóng góp năng lượng còn thấp, nhận thức hạn chế về năng lượngtáitạo. Chi phí năng lượng tái tạo cao, công nghệ còn hạn chế. 6
Số liệu về tiềm năng nănglượng tái tạo còn thiếu. 2. Cơ hội ứng dụng năng lượng tái tạo tạiViệtNam. Môi trường quốc tế thuậnlợi: Kế hoạch đề ra của các nước ASEAN, cơ chế CDM, nhiều tổ chức quan tâm đến phát triển nănglượngtáitạo tại ViệtNam. Chínhphủ đã và đang đề ra các chiến lược liên quan đến nănglượngtái tạo. Nguồn tài nguyên sẵn có trong nước. 2.8. Kết luận. Tiềm năng năng lượng tái tạo củaViệt Nam rất lớn nhưng tỷ lệ đóng góp còn rất thấp (2,3%). Vì vầycần phải đẩy mạnh khai thác những loại có tiềm năng lớn 7
Chương 2: Năng lượng mặt trời 1. Mục tiêu: - Phân tích ưu, nhược điểm của năng lượng mặt trời. - Phân tích và giải thích được tổng quan về năng lượng mặt trời. - Trình bày được các ứng dụng của năng lượng mặt trời. 2. Nội dung chương: 2.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời. 2.1.1 Khái niệm: NLMT là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt trời. 2.1.2 Lịch sử phát triển của pin mặt trời. Từ thế kỷ thứ 7 trước công nguyên con người đã biết ứng dụng năng lượng mặt trời vào phục vụ mục đích sưởi ấm bằng cách định hướng các ngôi nhà của họ đểhọ có thể thu nhận được bức xạ mặt trời vào mùa đông. Đến thế kỷ thứ 14 các định luật đầu tiên về năng lượng mặt trời được giới thiệu tại Ý. Vào năm 1767 M.V Lomonossov đã đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập trung các bức xạ. Nhưng bước tiến quan trọng nhất là vào năm 1839 hiệu ứng quang điện được phát hiện bởi nhà vật lý người pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến năm 1883 một pin năng lượng mặt trời mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%. Một bước tiến nữa trong quá trình nghiên cứu tạo ra các pin năng lượng mặt trời được Y.Czochralski một nhà khoa học người Ba Lan phát triển. Ông đã đưa ra một phương pháp để phát triển tinh thể đơn silicon . Ngày nay năng lượng mặt trời đã phát triển rộng rãi và hiệu suất biến đổi điện năng lượng từ bức xạ mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện được nâng cao từ 14 – 16%. Với khoa học vật liệu ngày càng phát triển đến năm 2007 các nhà khoa học đã nâng cao hiệu suất lên đến 22%. 2.1.3 Năng lượng mặt trời trên thế giới Năm 1978, Quốc hội Mỹ thông qua một đạo luật có tên "chính sách xã hội trong lĩnh vực các nguồn năng lượng" nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất các loại năng lượng thay thế. Năm 2000 Đức ban bố "Luật phát triển năng lượng có khả năng tái sinh". Các công ty nghiên cứu phát triển công nghệ này được Chính phủ Đức trợ cấp kinh phí, các hộ gia đình sử dụng nguồnn ăng lượng này cũng được trợ cấp kinh phí, đến năm 2003 đã có 100.000 nóc nhà được lắp đặt pin mặt trời để phát điện... năm 2002 có 90 quốc gia trong thành phần liên minh năng lượng phục hồi Johannesburg chính thức thoả thuận tăng số tiền đầu tư nghiên cứu trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Ở Nhật Bản, chỉ riêng năm 2000 đã tăng lượng điện mặt trời lên tới 128 MW (gấp 4 lần trước đó); Philipines điện mặt trời đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân, 250.000 ngôi nhà được lắp đặt pin mặt trời ở Sri Lanka. Trung Quốc, Mexico. Từ những năm 90 ở Đức, Thuỵ Sỹ đã có hàng ngàn toà nhà được lắp đặt các tấm pin thu năng lượng mặt trời theo chương trình hỗ trợ tài chính của Chính phủ, ở Kenya, từ 1993 số nhà sử dụng năng lượng điện mặt trời còn nhiều hơn số nhà được hệ thống điện quốc gia cung cấp. Nam Phi triển khai nhiều chương trình lớn giúp đảm bảo được hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hàng triệu người dân. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời chiếm vị trí đầu bảng. Khối EU có trên 25 triệu m2 thu năng lượng mặt trời dùng để phát điện và đun nước nóng. Israel có luật bắt buộc nhà ở phải có 8
bình đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời... và có những khu phố giờ cao điểm sẽ cúp điện quốc gia. Nhờ chính sách khuyến khích đầu tư khai thác năng lượng mặt trời, giá thành 1 kWh điện mặt trời chỉ còn 3 - 23 cent, so với 20 năm trước người sử dụng phải tốn 2,5 USD. Theo dự tính đến năm 2020, điện năng lượng mặt trời ở Mỹ sẽ đảm bảo 15% năng lượng tiêu thụ của cả nước. Nhiều tập đoàn lớn đã đầu tư vào lĩnh vực này như Shap Corporation của Nhật Bản hiện chiếm 27% thị trường sản xuất pin mặt trời của thế giới, General Electric đi đầu trong việc sản xuất thiết bị dùng cho các trạm phát điện bằng sức gió. 2.1.4 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam Vị trí địa lý ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được xem là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí tiên phong. Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân. Việt Nam hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu về năng lượng mặt trời. Tính trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4-5kWh/m2 mỗi ngày. Tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa Thiên Huế trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc. Vùng Đông Bắc trong đó có Đồng bằng sông Hồng có tiềm năng kém nhất. Do giá thành còn cao (60cent hay 8000 đồng cho 1kWh) nên điện mặt trời chưa được phát triển rộng rãi. Hiện mới chỉ có 5 hệ thống điện mặt trời lớn, trong đó có hệ thống ở Gia Lai, với tổng công suất 100 kWp (công suất cực đại khi có độ nắng cực đại). Chính phủ cũng đang đầu tư để xây dựng 100 hệ thống điện mặt trời gia đình và 200 hệ thống điện mặt trời cộng đồng đông dân ở các vùng đảo Đông Bắc với tổng công suất là 25kWp. 400 hệ thống pin mặt trời gia đình nữa do Mỹ tài trợ đang được xây dựng cho các cộng đồng ở Tiền Giang và Trà Vinh với tổng công suất 14kWp. 2.1.5 Ưu khuyết điểm của năng lượng mặt trời Điện mặt trời là một hướng phát triển tích cực trong việc cung cấp năng lượng cho các nhu cầu tư nhân và công cộng. Nhưng có lẽ cũng cần biết đến những ưu và khuyết điểm của nguồn năng lượng tự nhiên này. * Ưu điểm của năng lượng mặt trời - Khả năng tái tạo Điện mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt… là những nguồn nhiên liệu không thể phục hồi. Theo tính toán 9
của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ năm nữa. - Sự phong phú, dồi dào Tiềm năng của năng lượng mặt trời là rất lớn - mỗi ngày, bề mặt trái đất được hưởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W). Nguồn cung bền vững và vô tận Năng lượng mặt trời là vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của nhân loại, đủ dùng cho muôn vàn thế hệ về sau. - Tính khả dụng Năng lượng mặt trời có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi trên thế giới - không chỉ ở vùng gần xích đạo trái đất mà còn ở các vĩ độ cao thuộc phía bắc và phía nam. Ví dụ, Đức hiện đang chiếm vị trí hàng đầu thế giới trong việc sử dụng năng lượng mặt trời và có kế hoạch tận dụng tối đa tiềm năng này. - Sạch về sinh thái Theo xu hướng phát triển gần đây trong cuộc đấu tranh cho việc làm sạch môi trường trái đất, năng lượng mặt trời là lĩnh vực hứa hẹn nhất, có thể thay thế một phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu không tái tạo được và do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong công cuộc bảo vệ môi trường từ sự tăng nhiệt toàn cầu. Việc sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện mặt trời về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại vào khí quyển. Ngay cả khi có phát thải một lượng nhỏ thì nếu so sánh với các nguồn năng lượng truyền thống, lượng khí này là không đáng kể. - Không gây tiếng ồn Trên thực tế, việc sản xuất năng lượng mặt trời không sử dụng các loại động cơ như trong máy phát điện, vì vậy việc tạo ra điện không gây tiếng ồn. - Hiệu quả cao, chi phí hoạt động thấp Chuyển sang sử dụng pin mặt trời, các hộ gia đình sẽ có được một khoản tiết kiệm đáng kể trong ngân sách chi tiêu. Việc bảo trì, duy tu hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời cho hộ gia đình đòi hỏi chi phí rất thấp - trong 1 năm, bạn chỉ cần một vài lần lau chùi sạch các tấm pin năng lượng mặt trời và chúng luôn được các nhà sản xuất bảo hành trong khoảng thời gian lên tới 20-25 năm. - Áp dụng rộng rãi Phổ ứng dụng của năng lượng mặt trời rất rộng - cung cấp điện tại các khu vực không có kết nối với lưới điện quốc gia (ngay cả ở những quốc gia phát triển cao như Mỹ, Nga, Pháp… hiện cũng vẫn có những vùng sâu vùng xa được gọi là “điểm mù về điện” như thế); dùng để khử muối trong nước biển ở nhiều quốc gia châu Phi khan hiếm nước ngọt và thậm chí cả việc cung cấp năng lượng cho các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất. Điện mặt trời gần đây được gọi là "năng lượng toàn dân", phản ánh sự đơn giản của việc tích hợp điện mặt trời vào hệ thống cung cấp điện nhà, song song với điện lưới hoặc điện từ các nguồn cung khác. - Công nghệ tiên tiến Công nghệ sản xuất pin mặt trời mỗi ngày một tiến bộ hơn - mô-đun màng mỏng được đưa trực tiếp vào vật liệu ngay từ giai đoạn sơ chế ban đầu. Tập đoàn Sharp của Nhật Bản cũng 10
là một nhà sản xuất pin mặt trời, vừa giới thiệu một hệ thống sáng tạo các yếu tố lưu trữ năng lượng cho kính cửa sổ. Những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực công nghệ nano và vật lý lượng tử cho phép chúng ta kỳ vọng về khả năng tăng công suất của các tấm pin mặt trời lên gấp 3 lần so với hiện nay. * Nhược điểm - Chi phí cao Có ý kiến cho rằng, điện mặt trời thuộc về loại năng lượng đắt tiền - đây có lẽ là vấn đề gây tranh cãi nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng này. Do việc lưu trữ năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình đòi hỏi khoản chi phí đáng kể ở giai đoạn ban đầu, nhiều quốc gia khuyến khích việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch bằng cách cho vay tín dụng để thực hiện hoặc cho thuê pin mặt trời theo những hợp đồng có lợi cho người thuê. - Không ổn định Có một thực tế bất khả kháng: Vào ban đêm, trong những ngày nhiều mây và mưa thì không có ánh sáng mặt trời, vì thế năng lượng mặt trời không thể là nguồn điện chính yếu. Tuy nhiên, so với điện gió, điện mặt trời vẫn là một lựa chọn có nhiều ưu thế hơn. - Chi phí lưu trữ năng lượng cao Giá của ắc quy tích trữ điện mặt trời để lấy điện sử dụng vào ban đêm hay khi trời không có nắng hiện nay vẫn còn khá cao so với túi tiền của đại đa số người dân. Vì thế, ở thời điểm hiện tại, điện mặt trời chưa có khả năng trở thành nguồn điện duy nhất ở các hộ gia đình mà chỉ có thể là nguồn bổ sung cho điện lưới và các nguồn khác. - Vẫn gây ô nhiễm môi trường, dù rất ít Mặc dù so với việc sản xuất các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện với môi trường hơn, nhưng một số quy trình công nghệ để chế tạo các tấm pin mặt trời cũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính, nitơ trifluoride và hexaflorua lưu huỳnh. Ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm rất nhiều diện tích đất nhẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực vật nói chung. - Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm Việc sản xuất các tấm pin mặt trời màng mỏng đòi hỏi phải sử dụng cadmium telluride (CdTe) hoặc gallium selenide indi (CIGS) - những chất rất quý hiếm và đắt tiền, điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí. - Mật độ năng lượng thấp Một trong những thông số quan trọng của nguồn điện mặt trời là mật độ công suất trung bình, được đo bằng W/m2 và được mô tả bằng lượng điện năng có thể thu được từ một đơn vị diện tích nguồn năng lượng. Chỉ số này đối với điện mặt trời là 170 W/m2 - nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng thấp hơn dầu, khí, than và điện hạt nhân. Vì lý do này, để tạo ra 1kW điện từ nhiệt năng mặt trời đòi hỏi một diện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời. 2.2. Cấu trúc của mặt trời. Mặt Trời (tiếng Anh: Sun; còn gọi là Thái Dương hoặc Nhật), là ngôi sao ở trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng của Hệ Mặt Trời.[6] Trái Đất và các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, sao chổi, và bụi quay quanh Mặt Trời. Khoảng cách trung bình giữa Mặt Trời và Trái Đất xấp xỉ 149,6 triệu kilômét (1 Đơn vị 11
thiên văn AU) nên ánh sáng Mặt Trời cần 8 phút 19 giây mới đến được Trái Đất. Trong một năm, khoảng cách này thay đổi từ 147,1 triệu kilômét (0,9833 AU) ở điểm cận nhật (khoảng ngày 3 tháng 1), tới xa nhất là 152,1 triệu kilômét (1,017 AU) ở điểm viễn nhật (khoảng ngày 4 tháng 7).[7] Năng lượng Mặt Trời ở dạng ánh sáng hỗ trợ cho hầu hết sự sống trên Trái Đất thông qua quá trình quang hợp,[8] và điều khiển khí hậu cũng như thời tiết trên Trái Đất. Thành phần của Mặt Trời gồm hydro (khoảng 74% khối lượng, hay 92% thể tích), heli (khoảng 24% khối lượng, 7% thể tích), và một lượng nhỏ các nguyên tố khác, gồm sắt, nickel, oxy, silic, lưu huỳnh, magiê, carbon, neon, canxi, và crom.[9] Mặt Trời có hạng quang phổ G2V. G2 có nghĩa nó có nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 5.778 K (5.505 °C) khiến nó có màu trắng, và thường có màu vàng khi nhìn từ bề mặt Trái Đất bởi sự tán xạ khí quyển. Chính sự tán xạ này của ánh sáng ở giới hạn cuối màu xanh của quang phổ khiến bầu trời có màu xanh.[10] Quang phổ Mặt Trời có chứa các vạch ion hoá và kim loại trung tính cũng như các đường hydro rất yếu. V (số 5 La Mã) trong lớp quang phổ thể hiện rằng Mặt Trời, như hầu hết các ngôi sao khác, là một ngôi sao thuộc dãy chính. Điều này có nghĩa nó tạo ra năng lượng bằng tổng hợp hạt nhân của hạt nhân hydro thành heli. Có hơn 100 triệu ngôi sao lớp G2 trong Ngân Hà của chúng ta. Từng bị coi là một ngôi sao nhỏ và khá tầm thường nhưng thực tế theo hiểu biết hiện tại, Mặt Trời sáng hơn 85% các ngôi sao trong Ngân Hà với đa số là các sao lùn đỏ.[11][12] Quầng nóng của Mặt Trời liên tục mở rộng trong không gian và tạo ra gió Mặt Trời là các dòng hạt có vận tốc gấp 5 lần âm thanh - mở rộng nhật mãn (Heliopause) tới khoảng cách xấp xỉ 100 AU. Bong bóng trong môi trường liên sao được hình thành bởi gió mặt trời, nhật quyển (heliosphere) là cấu trúc liên tục lớn nhất trong Hệ Mặt Trời.[13][14] Mặt Trời hiện đang đi xuyên qua đám mây Liên sao Địa phương (Local Interstellar Cloud) trong vùng Bóng Địa phương (Local Bubble) mật độ thấp của khí khuếch tán nhiệt độ cao, ở vành trong của Nhánh Orion của Ngân Hà, giữa nhánh Perseus và nhánh Sagittarius của ngân hà. Trong 50 hệ sao gần nhất bên trong 17 năm ánh sáng từ Trái Đất, Mặt Trời xếp hạng 4 [15] về khối lượng như một ngôi sao cấp bốn (M = +4,83), [1][16] dù có một số giá trị cấp hơi khác biệt đã được đưa ra, ví dụ 4,85[17] và 4,81.[18] Mặt Trời quay quanh trung tâm của Ngân Hà ở khoảng cách xấp xỉ 24.000–26.000 năm ánh sáng từ trung tâm Ngân Hà, nói chung di chuyển theo hướng chùm sao Cygnus và hoàn thành một vòng trong khoảng 225–250 triệu năm (một năm ngân hà). Tốc độ trên quỹ đạo của nó được cho khoảng 250 ± 20, km/s nhưng một ước tính mới đưa ra con số 251 km/s.[19][20] Bởi Ngân Hà của chúng ta đang di chuyển so với Màn bức xạ vi sóng vũ trụ (CMB) theo hướng chòm sao Hydra với tốc độ 550 km/s, nên tốc độ chuyển động của nó so với CMB là khoảng 370 km/s theo hướng chòm sao Crater hay Leo.[21] 2.3. Cấu trúc của trái đất. Trái Đất có cấu tạo không đồng nhất. - Ba lớp chính: bên ngoài là lớp vỏ Trái Đất, bao Manti ở giữa, trong cùng là Nhân. a. Vỏ Trái Đất - Độ dày: Từ 5km (ở đại dương) – 70km (ở lục địa). - Là lớp vỏ mỏng cứng ngoài cùng. 12
- Cấu tạo bởi các tầng đá khác nhau: Trên cùng là tầng trầm tích không liên tục. Tầng Granit ở giữa chỉ có ở lục địa. Dưới cùng là tầng bazan. - Vỏ Trái Đất phân làm vỏ lục địa và vỏ đại dương. b. Lớp Manti - Từ độ sâu 15km đến 2900km. - Chia thành 2 tầng: + Manti trên: 15 – 700 km. Trạng thái quánh dẻo. + Manti dưới: 700 – 2900 km. Trạng thái rắn chắc. c. Lớp Nhân - Dày 3470km. - Chia làm 2 tầng: + Nhân ngoài: sâu 2900 – 5100km, nhiệt độ 50000C, áp suất lớn 1,3 – 3,1 triệu atm, ở thể lỏng. + Nhân trong: từ 5100 – 6370km, áp suất 3 – 3,5 triệu atm, vật chất ở dạng rắn. - Thành phần chủ yếu là những kim loại nặng Ni, Fe nên còn gọi là nhân Nife. d. Thạch quyển - Là lớp vỏ ngoài cùng của vỏ Trái Đất, bao gồm vỏ Trái Đất và phần trên của bao Manti, độ dày tới 100km. 2.4. Các ứng dụng năng lượng mặt trời. Ứng dụng nối lưới và không nối lưới. * Ứng dụng của hệ thống năng lượng mặt trời rất đa dạng và phong phú vì nó đơn giản dể lắp đặt và sử dụng. Dưạ vào nhu cầu của con người, người ta chia ứng dụng của năng lượng mặt trời thành hai loại. Ứng dụng có kết nối lưới và ứng dụng không kết nối lưới. 2.4.1 Ứng dụng kết nối lưới Ứng dụng kết nối lưới là một hệ thống năng lượng được sản xuất từ mặt trời có khả năng kết nối với hệ thống lưới điện qu ốc gia. Nhà máy năng lượng mặt trời sử dụng pin năng lượng mặt trời 2.4.1.1 Nhà máy năng lượng mặt trời loại này rất thông dụng và dễ lắp đặt. Thông thường các nhà máy loại này không dùng ắc quy để nạp mà sản xuất điện trực tiếp từ các tấm pin năng lượng mặt trời thông qua bộ biến đổi điện để đưa điệp áp lên lưới. 2.4.1 Năng lượng mặt trời sử dụng dưới dạng nhiệt năng. 2.4.1.1 Nhà máy nhiệt điện mặt trời. a. Nhà máy điện mặt trời sử dụng bộ hấp thụ năng lượng mặt trới. - Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng bộ thu parabol trụ. - Nhà maý nhiệt điện mặt trời sử dụng hệ thống gương phản xạ. b. Hệ thống điện mặt trời sử dụng động cơ nhiệt. c, Hệ thống năng lượng mặt trời kiểu tháp (solar power to wer) 13
2.4.2 Năng lượng mặt trời sử dụng dưới dạng nhiệt năng. 2.4.2.1 Thiết bị chưng chất nước bằng năng lượng mặt trời. * Tính toán thiết bị chưng cất nước. - Dòng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích giữa 2 bề mặt được xác định theo công thức sau: q = k(T – T1) (2.15) Với k là hệ số truyền nhiệt( W/m2K) -Dòng nhiệt trao đổi giữa các bề mặt bởi những dòngchảy Qq = mc(T – T1) (2.16) Suy ra: m = k/C (2.17) Với: c là nhiệt dung riêng của không khí m là lưu lượng dòng chảy đối lưu Nếu xét quá trình đối lưu bởisự chuyển động đồng thời của 2 dòng không khí, mỗi một dòng có lưu lượng(m) trên một đơnvị diệntíchthì: + Lượng nước vận chuyển ra ngoài sẽlà(m.w) + Lượng nước vào trong làm w1. Suy ra: Lượng nước đi ra m(w-w1) Đâycũng chính là lượng nước được sản xuất ra bởi thiết bị lọc nước trong một đơn vị diện tích bề mặt(M). 2.4.2.2. Hệ thống cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời. 14
a. Hệ thống cấp nước nóng nhiệt độ thấp (dưới 700C) Quy trình thiết kế hệ thốngcấp nước nóng nhiệt độ thấp. B1: Lựa chọn sơ đồ khối. B2: Lựa chọn Colletor B3: Lựa chọn bề mặt hấp thụ. B4: Lựa chọn bình chứa. Lắp đặt hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời. Lắp đặt vị trí collector. Vị trí lắp đặt bình chức so với Collector. Ống nối giữa collector và bình chứa. Sơn phủ bề mặt hấp thụ để tăng độ hấp thụ. b. Hệ thống cấ`p nước nóng nhiệt độ cao. 2.4.2.3. Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời. a) Máy bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời Hệ thống máy bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời là một ứng dụng chế tạo các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời. Bức xạ mặt trời được chuyển hóa thành điện năng và lưu trữ vào các bình ắc quy. Khi có bức xạ mặt trời hệ thống sẽ biến đổi điện năng DC từ các tấm pin mặt trời thành AC thông qua bộ biến đổi điện và sau đó tiến hành bơm nước lên các bể chứa. Khi các bể chứa đầy nước hệ thống sẽ tựđộng chuyển sang sạc cho ắc quy để lưu trữđ iện. Hệ thống ắc quy và bể chứa đã được tính toán sao cho tận dụng triệt để bức xạ mặt trời sao cho năng lượng thừa được sinh ra từ các tấm pin mặt trời là ít nhất. b) Xe năng lượng mặt trời Ngày nay khi mà nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt các nhà khoa học đã bước đầu nghiên cứu chế tạo xe chạy năng năng lượng mặt trời. Loại phương tiện chạy bằng năng lượng mặt trời có nhược điểm là công suất thấp giá thành đầu tư rất cao nên các loại xe chạy bằng năng lượng mặt trời chưa được phổ biến. 2.4.2.4. Động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời. Động cơ Stirling được tính toán thiết kế cơ bản dựa trên lý thuyết của Schmidt. Từ lý thuyết này người ta xây dựng nên các mô hình tính toán cho động cơ Stirling nhiệt độ cao, nhiệt độ trung bình. Động cơ Stirling nhiệt độ thấp sử dụng năng lượng mặt trời đến nay vẫn chưa có tính toán lý thuyết cũng như kết quả thực nghiệm được công bồ. Dựa vào cấu trúc của động cơ Stirling mà người ta chia động cơ Stirling thành 3 kiểu cơ bản. Các kiểu này đều có một điểm chung là có ít nhất 2 buồng làm việc đó là buồng nén và buồn giãn nỡ trong đó môi chất khí công tác được điều kín. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận. Tuy nhiên đặc điểm của NLMT là phân bố không tập trung và cường độ năng lượng mặt trời phụ thuộc vào giờ trong ngày và thay đổi theo mùa. Cường độ bức xạ mặt trời đến bề mặt đất cao nhất khoảng 1000W/m2. Do vậy chúng tôi lựa chọn động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời để nghiên cứu. 2.5. Giới thiệu các nhà máy năng lượng mặt trời. Nhà máy điện mặt trời đang phát triển rất nhanh ở Việt Nam, các dự án điện mặt trời đã và đang đáp ứng được nhu cầu về điện và phát triển kinh tế cũng như môi trường ở Việt Nam. Hiện tại ở Việt Nam đã và đang xây dựng được hàng trăm dự án điện năng lượng mặt trời. Sau đây, HT Solar Xanh sẽ giới thiệu về các nhà máy sản xuất điện năng lượng mặt trời lớn đang hoạt động ở Việt Nam 15
Dự án điện mặt trời ở việt nam Các dự án điện mặt trời Bình Thuận Bình Thuận là một trong những tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt trời đánh giá cao nhất hiện nay. Bình Thuận có tỷ lệ bức xa nhiệt cao và ổn định. Đây là một lý do chính ảnh hưởng tới việc thu hút các nhà đầu tư dự án lắp điện mặt trời trong và ngoài nước. Toàn tỉnh hiện có rất nhiều dự án điện mặt trời, các dự án có tổng số vốn đầu tư lên tới vài trăm nghìn tỉ đồng. Dưới đây là một số dự án đã triển khai thi công và hoán thành. 16
Dự án điện năng lượng mặt trời Dự án điện mặt trời hồng phong 1 Dự án điện mặt trời Hồng Phong 1 được triển khai tại xã Hồng Phong, huyện Bắc Bình, Bình Thuận. Có tổng số vốn đầu tư là 2,832 tỷ đồng. Công suất ước tính sau khi hoàn thành đạt 100 MW/ giờ vận hành. Đây được đánh giá là một trong các dự án điện mặt trời ở Việt Nam có công suất lớn, đóng góp sản lương điện không nhỏ cho lưới điện cả nước. Đặc biệt góp phần giảm lượng khí CO2 độc hại thải ra môi trường bảo vệ bầu khí quyển. Nhà máy điện mặt trời Tuy Phong Dự án điện mặt trời Tuy Phong được xây dựng trên vùng đất của xã Vĩnh Hảo, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận. Đây được coi là một trong những dự án điện năng lượng mặt trời đầu tiên của tỉnh Bình Thuận. Với tổng diện tích được cấp phép xây dựng 50 ha, có công suất lắp máy 30 MW. Sau khi hoàn thành được đưa vào khai thác nhà máy sẽ cung cấp mỗi năm khoảng 63 triệu KW vào mạng lưới điện quốc Gia. Góp phần phát triển công nghiệp năng lượng nói riêng và phát triển cải tiến cơ cấu kinh tế nói chung của tỉnh. Giải quyết bài toán phân bổ cơ cấu lao động, tạo công ăn việc làm thiết thực cho người dân. Đời sống của người dân được nâng cao và cải thiện mức sống đáng kể. Dự án điện mặt trời Tuy Phong do công ty TNHH Power Plus Việt Nam làm chủ sở hữu. Có tổng số vốn điều lệ trên 1.000 tỷ đồng. Nhà đầu tư đã kỹ càng lựa chọn và áp dụng các công nghệ từ các nhà cung cấp lớn. Hiện nay Bình Thuận vẫn đang được rất nhiều nhà đầu tư trong nước và ngoài nước quan tâm. Tiềm năng phát triển điện mặt trời còn rất lớn. Theo thống kê từ các nhà chuyên môn thì toàn tỉnh hiện có hơn 40 vị trí được quy hoạch đưa vào danh sách thu hút dự án điện mặt trời với nhu cầu sử dụng đất khoảng 7.730 ha. 17
Nhà máy điện mặt trời Phong Phú Dự án điện mặt trời phong phú được khởi công từ tháng 8 năm 2018. Do công ty cổ phẩn Đầu tư điện mặt trời Solarcom làm chủ sở hữu. Dự án được xậy dựng trên diện tích 60 ha tại xã Phong Phú, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. Nhà máy điện mặt trời Phong Phú Tổng số vốn đầu tư lên tới 947 tỷ đồng có công suất lắp máy 42MW. Sau khoảng thời gian thi công, lắp đặt đến ngày 31 tháng 3 năm 2019 nhà máy điện mặt trời Phong Phú được đưa vào vận hành chạy thử nghiệm. Đến ngày 27 tháng 4 năm 2019 nhà máy đã đóng điện thành công. Chính thức hòa nhập vào mạng lưới điện quốc gia. Khi vận hành chính thức nhà máy cung cấp sản lượng điện khoảng 67 triêu KWh. Đóng góp phần đáng kể cho công suất mạng lưới điện cả nước. Đánh dấu thành công cả một quá trình cố gắng và nỗ lực đầu tư xây dựng góp phần vào sự phát triển bền vững của địa phương. Các dự án điện mặt trời Ninh Thuận Nhờ có bức xạ nhiệt cao mà Ninh Thuận cũng thu hút hàng loạt nhà đầu tư vào điện năng lượng mặt trời. Với quy mô lớn về vốn vốn cũng như công suất sử dụng. Theo nguồn cung cấp từ sở kế hoạch và đầu tư thì tính đến tháng 9 năm 2018 Ninh Thuận có tới 29 dự án. Có tổng công suất lên tới 1.935,17 MW. Hàng loạt các công trình lớn đang trên đường gấp rút hoàn thành để đi vào hoạt động. Sau đây là những dự án chủ chốt của tỉnh được đánh giá là lớn của tỉnh. 18
Dự án điện mặt trời Ninh Thuận Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu Công trình điện mặt trời Phước Hữu được xây dựng trên vùng đất của thôn Hậu Sanh, Xã Phước Hữu, Huyện Ninh Phước, Tỉnh Ninh Thuận. Do Đức làm chủ sở hữu với tổng số vốn đầu tư lên tới 1.200 tỷ đồng. Công suất ước tính khoảng 50 MW. Đặc biệt nhà máy ứng dụng công nghệ Inverter Central của SMA – nhãn hiệu inverter số 1 thế giới. Tất cả được sản xuất và nhập khẩu trọn bộ từ Đức. Cùng với đó là hệ thống máy biến áp đến từ thương hiệu Siemens, Đức. Với diện tích hoạt động là 70 ha dự án bắt đầu khởi công từ tháng 6 năm 2018. Tháng 7 năm 2019 hoàn thành, cung cấp sản lượng điện 104,130 triệu KWh cho lưới điện quốc gia. Nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn Công trình điện mặt trời Mỹ Sơn được xây dựng trên vùng đất của xã Mỹ Sơn, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận. Hiện nay Mỹ Sơn có 2 nhà máy điện mặt trời được đầu tư xây dựng trên mảnh đất này. Lấy tên là: Nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn 1 và nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn 2. Chủ đầu tư đều là công ty Cổ Phần Đầu tư năng lượng xậy dựng thương mại Hoàng Sơn. Nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn 1 được xây dựng trên diện tích 80 ha với công suất lắp máy là 50MW. 19
Lễ khởi công nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn 2 Nhà máy được xây dựng trên diện tích 60 ha với công suất lắp máy là 50MW có số vốn đầu tư 1.200 tỷ đồng. Nhà máy điện mặt trời BP Solar 1 Nhà máy điện mặt trời BP Solar 1 là nhà máy điện mặt trời được xây dựng trên diện tích đất của xã Phước Hữu, huyện Linh Phước, tỉnh Ninh Thuận. Được khởi công vào tháng 6 năm 2018 trên tổng diện tích 62 ha. Với sự nỗ lực thi công xây dựng đến tháng 1 năm 2019 nhà máy đi vào hoạt động. Cung cấp cho điện lưới quốc gia 74 triệu KWh/năm. Với thành công này nhà máy đã góp phần giải quyết công ăn việc làm cho hàng nghìn lao động. Thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội của địa phương. Nhà máy điện mặt trời bim 1 Dự án điện mặt trời Bim 1 được xây dựng trên diện tích 35 ha, có mức đầu tư khoảng 800 tỷ đồng. Được tập đoàn BIM Group xây dựng dựa trên công nghệ và thiết bị hiện đại. Sau hơn 7 tháng triển khai xây dựng, lắp đặt 90.000 tấm pin năng lượng mặt trời cùng các trạm biến áp, trạm chuyển đổi Inverter thì đến tháng 3 năm 2019 được sự đồng ý và cho phép của Tập đoàn điện lực Việt Nam, nhà máy điện mặt trời bim 1 đi vào hoạt động và chính thức kết nối vào hệ thống truyền tải lưới điện quốc gia và vận hành thử tải. Với công suất 30MW thì khi đi vào hoạt động nhà máy điện mặt trời bim 1 cung cấp sản lượng điện hàng năm lên đến 50 triệu kWh. 20