Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ắc quy tại Ecopark Hưng Yên

Chia sẻ: Conmeothayxao | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ắc quy tại Ecopark Hưng Yên" được hoàn thành với mục tiêu nhằm nghiên cứu tổng quan lý thuyết về năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng; Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới trong Matlab/Simulink; Mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới thực tế tại Ecopark Hưng Yên, so sánh kết quả đo được với kết quả tính toán.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ắc quy tại Ecopark Hưng Yên

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC BÙI VIẾT VƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KẾT HỢP ẮC QUY TẠI ECOPARK HƯNG YÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội, tháng 03/2022 1
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC BÙI VIẾT VƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KẾT HỢP ẮC QUY TẠI ECOPARK HƯNG YÊN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Quang Hà Nội, năm 2022 2
LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Đức Quang, các thầy, cô giáo Khoa Kỹ thuật Điện và các thầy, cô giáo Phòng đào tạo Sau đại học, trường Đại học Điện lực đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị, em công tác tại Công ty TNHH HCG đã hỗ trợ cung cấp số liệu, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, người thân đã động viên em rất nhiều trong quá trình học tập. Mặc dù đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn, song cũng không thể tránh được những thiếu sót. Kính mong nhận được những đóng góp của các thầy, các cô cùng toàn thể các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn nhằm áp dụng phù hợp tại thực tế. Trân trọng! Hà Nội, ngày 06 tháng 03 năm 2022 Tác giả luận văn Bùi Viết Vương 3
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là kết quả quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, tính toán của tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo hướng dẫn và theo đề cương luận văn đã được nhà trường xét duyệt. Tôi cam đoan các nội dung tham khảo trong luận văn đã được trích dẫn chi tiết tương ứng với các tài liệu trong mục “Tài liệu tham khảo”. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 06 tháng 03 năm 2022 Tác giả luận văn Bùi Viết Vương 4
MỤC LỤC CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM.............................................................................................................. 15 1.1. Tổng quan về các dạng năng lượng tái tạo.................................................. 15 1.1.1. Năng lượng gió .................................................................................... 16 1.1.2. Năng lượng mặt trời ............................................................................ 18 1.1.3. Năng lượng sinh khối .......................................................................... 19 1.1.4. Năng lượng thủy điện .......................................................................... 20 1.2. Năng lượng mặt trời và hệ thống pin mặt trời............................................. 22 1.2.1. Mặt trời và bức xạ mặt trời .................................................................. 22 1.2.2. Pin mặt trời .......................................................................................... 24 1.3. Tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam và trên thế giới ..... 26 1.4. Hệ thống điện mặt trời tại Ecopark Hưng Yên ........................................... 28 1.4.1. Tổng quan về Ecopark Hưng Yên ....................................................... 28 1.4.2. Hệ thống điện mặt trời nhà bảo vệ khu đô thị Ecopark Hưng Yên ..... 29 1.4.2.1. Thành phần cấu tạo của hệ thống ..................................................... 29 1.4.2.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................ 35 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÓA . 37 2.1. Pin mặt trời và phương trình tính toán của pin mặt trời .......................... 37 2.1.1 Phương trình tương đương của pin năng lượng mặt trời...................... 37 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin năng lượng mặt trời ............................. 38 2.1.3 Phương trình tương đương của bộ pin mặt trời .................................... 40 2.2. Bộ chuyển đổi Inverter ............................................................................ 41 2.2.1 Bộ biến đổi DC/DC [1] ..................................................................... 41 2.2.2 Bộ biến đổi DC/AC ........................................................................... 45 2.3. Ắc quy lưu trữ.......................................................................................... 45 2.4. Phương pháp điều khiển .......................................................................... 48 2.4.1 Thuật toán bám điểm công suất cực đại MPPT ................................ 49 2.4.2 Giải thuật P&O .................................................................................. 51 5
2.5. Kết luận chương ...................................................................................... 53 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI ECOPARK HƯNG YÊN ........................................................................................ 54 3.1. Mô phỏng hoạt động của hệ thống pin mặt trời ...................................... 54 3.1.1 Giới thiệu Matlab/Simulink .............................................................. 54 3.1.2 Giới thiệu một số khối Simcape sử dụng trong mô phỏng lưới điện có kết nối nguồn năng lượng mặt trời ................................................................ 57 3.2. Mô hình hoá hệ thống năng lượng mặt trời tại Ecopark Hưng yên ........ 59 3.3. Kết quả mô phỏng.................................................................................... 62 3.4. Kết luận chương ...................................................................................... 65 KẾT LUẬN CHUNG .............................................................................................. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 67 6
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 1 NLMT Năng lượng mặt trời 2 PV Photovoltaic cell 3 NLSK Năng lượng sinh khối 4 MPPT Max Power Point Tracking 5 MPP Maximum Power Point 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Quy hoạch điện gió các vùng dự kiến đến năm 2030 ....................................... 17 Bảng 1.2: Sản lượng điện gió tăng trưởng qua các năm tại Châu Á……………………..17 Bảng 1.3: Top 10 quốc gia có sản lượng điện mặt trời lớn nhất…………………………19 Bảng 1.4: Tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời các vùng trên lãnh thổ Việt Nam ...27 Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật cơ học của tấm pin mặt trời………………………………31 Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật điện của tấm pin mặt trời…………………………………31 Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật của bộ chuyển đổi Inverter……………………………….32 Bảng 1.8: Giá trị dòng điện xả không đổi của ắc quy sử dụng (Amperes tại 25ºC)…….34 Bảng 1.9: Giá trị công suất xả không đổi của ắc quy sử dụng (Watts tại 25ºC)………...35 Bảng 3.1. Thông số khối pin quang điện ........................................................................... 59 8
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Các dạng năng lượng tái tạo .............................................................................. 16 Hình 1.2. Hệ thống điện mặt trời ....................................................................................... 18 Hình 1.3. Cấu trúc của mặt trời .......................................................................................... 22 Hình 1.4. Quá trình truyền bức xạ mặt trời qua bầu khí quyển đến trái đất ..................... 23 Hình 1.5. Pin mặt trời......................................................................................................... 24 Hình 1.6. Quy trình chế tạo pin mặt trời ............................................................................ 25 Hình 1.7. Nguyên lý hoạt động pin mặt trời ...................................................................... 25 Hình 1.8. Công suất phát điện Việt Nam lắp đặt năm 2020 .............................................. 27 Hình 1.9. Mặt bằng bố trí dàn pin mặt trời ........................................................................ 30 Hình 1.10. Tấm pin mặt trời tại Ecopark Hưng Yên ......................................................... 30 Hình 1.11. PV Sine HBS-B – bộ inverter sử dụng trong hệ thống nghiên cứu ................. 32 Hình 1.12. Ắc quy 6FM100E-X 12 V 100Ah được sử dụng trong hệ thống nghiên cứu . 34 Hình 1.13. Đặc tính xả và sạc của ắc quy ở 25ºC .............................................................. 35 Hình 1.14. Sơ đồ một sợi hệ thống năng lượng mặt trời tại Ecopark Hưng Yên .............. 36 Hình 2.1. Đặc tính làm việc pin mặt trời và sơ đồ tương đương của pin mặt trời ............. 37 Hình 2.2. Mô hình pin mặt trời lý tưởng ........................................................................... 39 Hình 2.3. Mô hình hệ thống pin mặt trời ........................................................................... 40 Hình 2.4. Đặc tuyến I-V với các bức xạ khác nhau ........................................................... 41 Hình 2.5. Đặc tuyến P-V với các bức xạ khác nhau .......................................................... 41 Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch boost .............................................................................. 42 Hình 2.7. Mạch điện khi đóng khóa S ............................................................................... 42 Hình 2.8. Dạng sóng của dòng điện và điện áp trong bộ chuyển đổi Boost hoạt động ở 2 chế độ liên tục và không liên tục ....................................................................................... 43 Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch buck ............................................................................... 43 Hình 2.10. Dạng sóng của dòng điện và điện áp trong bộ chuyển đổi Buck hoạt động ở 2 chế độ liên tục và không liên tục ....................................................................................... 44 9
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý mạch buck-boost ................................................................... 44 Hình 2.12. Dạng sóng của dòng điện và điện áp trong bộ chuyển đổi Buck hoạt động ở 2 chế độ liên tục và không liên tục ....................................................................................... 45 Hình 2.13. Cấu hình một ắc quy axít chì (đã nạp đầy) đang xả điện ................................. 47 Hình 2.14. Mạch tương đương của ắc quy......................................................................... 47 Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống............................................................... 49 Hình 2.16. Đặc tính làm việc I-V của PV và của tải ......................................................... 50 Hình 2.17. Cấu trúc điều khiển MPPT của dàn PV ........................................................... 51 Hình 2.18. Đường đặc tính P-V và thuật toán P&O .......................................................... 52 Hình 2.19. Lưu đồ giải thuật P&O ..................................................................................... 52 Hình 3.1. Mô hình pin quang điện trong Matlab/Simulink ............................................... 57 Hình 3.2. Mô hình khối pin quang điện ............................................................................. 60 Hình 3.3. Đặc tính I-V và P-V với lượng bức xạ khác nhau G=1; 0,75; 0,5; 0,25 kW/m2 60 Hình 3.4. Mô hình mạch boost .......................................................................................... 61 Hình 3.5. Mô hình điều khiển mạch boost MPPT ............................................................. 61 Hình 3.6. Mô hình khối ắc quy (Battery bank) .................................................................. 61 Hình 3.7. Sơ đồ khối mô hình mô phỏng hệ thống nghiên cứu ......................................... 62 Hình 3.8. Cường độ bức xạ nhận được .............................................................................. 63 Hình 3.9. Điện áp của hệ thống pin quang điện ................................................................. 63 Hình 3.10. Dòng điện của hệ thống pin quang điện .......................................................... 63 Hình 3.11. Điện áp đầu ra DC link .................................................................................... 64 Hình 3.12. Công suất phát của hệ thống NLMT ................................................................ 64 Hình 3.13. Điện áp đầu ra của hệ thống NLMT ................................................................ 64 Hình 3.14. Dòng điện của acquy ........................................................................................ 64 Hình 3.15. Dòng điện và SOC% của acquy ....................................................................... 65 10
11
I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tình trạng ô nhiễm môi trường sống ngày càng trầm trọng như hiện nay càng đẩy mạnh tầm quan trọng của các nguồn năng lượng tái tạo. Trong các nguồn năng lượng xanh phổ biến trên thế giới, năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo nhận được sự quan tâm nhiều nhất của nhiều nước trên thế giới. Tại các nước phát triển nguồn năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng đã đồng hành cũng con người trong nhiều mặt của cuộc sống, bởi nguồn tài nguyên thiên nhiên này có ưu thế: 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 năng lượng mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao, khí hậu nhiệt đới. Vị trí địa lý đặc biệt này là một thuận lợi tự nhiên của Việt Nam trong việc phát triển năng lượng mặt trời. Chính vì lý do trên, tác giả mong muốn thực hiện luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ắc quy tại ECOPARK Hưng Yên”. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng - Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới trong Matlab/Simulink - Mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới thực tế tại Ecopark Hưng Yên, so sánh kết quả đo được với kết quả tính toán 12
3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết hệ thống năng lượng mặt trời - Nghiên cứu mô hình mô phỏng từng phần tử trong hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có nguồn ắc quy 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới 8kWp sử dụng nguồn ắc quy tại Ecopark Hưng Yên - Phạm vi nghiên cứu: lý thuyết và mô hình tính toán 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết - Xây dựng mô hình mô phỏng trong Matlab/Simulink 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống nối lưới sử dụng nguồn năng lượng mặt trời kết hợp ắc quy tại Ecopark Hưng Yên - Kiểm định kết quả mô phỏng và kết quả đo được tại cơ sở 7. Bố cục của luận văn Luận văn được chia làm ba chương: Chương 1: Hiện trạng ứng dụng Năng lượng mặt trời tại Việt Nam Chương 2: Phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình hóa trong Matlab/ Simulink Chương 3: Mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời tại Ecopark Hưng Yên 13
II. NỘI DUNG Luận văn bao gồm: Phần mở đầu, kết luận, phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, và nội dung của đề tài có 03 chương sau: Chương 1: Hiện trạng ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam Chương 2: Phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình hóa trong Matlab/Simulink Chương 3: Mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời tại Ecopark Hưng Yên 14
CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM Năng lượng là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự phát triển của mỗi quốc gia. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Nguồn năng lượng mà chúng ta sử dụng ngày nay chủ yếu là năng lượng hóa thạch như: than đá, dầu mỏ, các sản phẩm từ dầu mỏ, khí đốt. Nguồn năng lượng này là hữu hạn, nó chỉ có thể đảm bảo cho nhu cầu về năng lượng của con người trong một thời gian nhất định. Khai thác năng lượng tái tạo để thay thế nguồn năng lượng hóa thạch vốn đang dần cạn kiệt, và hơn nữa là hạn chế sự biến đổi đến mức cực đoan của khí hậu đang là xu hướng chung và tất yếu trên toàn thế giới. Trong đó công nghệ về năng lượng mặt trời đang được thế giới chú trọng phát triển để khai thác. Trong chương I, tác giả sẽ trình bày một nghiên cứu tổng quan về các dạng năng lượng tái tạo và hiện trạng khai thác nguồn năng lượng này tại Việt Nam. 1.1. Tổng quan về các dạng năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo [1,2] là những nguồn năng lượng vô hạn, liên tục, có khả năng tái sinh như: năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt. Dạng năng lượng này được coi là vô hạn do hàm chứa hai ý nghĩa: • Năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở nên cạn kiệt do sự khai thác, sử dụng của con người. Ví dụ: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió. • Năng lượng tự tái sinh trong thời gian ngắn và liên tục trong các quy trình tự nhiên diễn ra trong một thời gian dài trên trái đất. Ví dụ: năng lượng sinh khối. 15
Hình 1.1: Các dạng năng lượng tái tạo [Nguồn www.renewableenergy.org.vn] 1.1.1. Năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển của trái đất. Do trái đất quay quanh mặt trời, bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu không khí, nước nóng lên không đều nhau gây ra sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất tạo thành gió. Gió là một quá trình địa vật lý rất phức tạp vì vậy chỉ có thể dự báo sự biến đổi với xác suất nhất định. Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh hưởng của hàng loạt các yếu tố khí tượng và điều kiện về địa hình tốc độ gió thay đổi cả về giá trị và hướng. Để khai thác năng lượng gió người ta sử dụng các tuabin gió đặt tại các nơi có độ cao lớn. Một hệ thống chuyển đổi năng lượng gió hiện đại bao gồm: Tuabin gió (gồm 2 loại trục ngang và trục đứng), tháp đỡ, hộp truyền động (gear box), máy phát điện, bộ biến đổi công suất, thiết bị truyền tải kết nối lưới điện, hệ thống điều khiển, giám sát và bảo vệ. Việt Nam với đặc điểm địa lý lợi thế, đường bờ biển trải dài hơn 3.000 km và khí hậu cận nhiệt đới gió mùa, đã được khảo sát và đánh giá có tiềm năng gió lớn trong khu vực. Theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tính đến hết 16
ngày 31/10/2021, Việt Nam đã có 88 dự án điện gió hòa lưới với tổng công suất đặt khoảng 4,2 GW; đối với điện gió ngoài khơi, hiện đã có 35 dự án đang nghiên cứu và triển khai với tổng công suất dự kiến lên đến 60 GW. Bảng 1.1: Quy hoạch điện gió các vùng dự kiến đến năm 2030 Bảng 1.2: Sản lượng điện gió tăng trưởng qua các năm tại Châu Á [2] Gió là một nguồn năng lượng có khả năng tái tạo và việc sử dụng nó không tạo ra các chất độc hại như nhiên liệu hóa thạch. Đây là một trong những dạng năng lượng mang lại hiệu quả cao nhất, nó có thể trở thành một trong những nguồn năng lượng chính cho các thế hệ tương lai. Mặc dù năng lượng gió có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng có những hạn chế riêng. 17
- Ưu điểm: Nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường. Tiềm năng lớn, có thể lắp đặt ở mọi nơi đủ gió cần thiết, khu vực lân cận vẫn sử dụng được mục đích khác. Hiệu quả kinh tế, chi phí vận hành thấp, giá lắp đặt đang giảm. - Nhược điểm: Phụ thuộc vào thời tiết, không có gió hoặc gió không đủ mạnh sẽ không thể khai thác được. Ô nhiễm tiếng ồn, gây khó chịu đến khu dân cư xung quanh. Các tuabin đặt ngoài khơi cần có thuyền phục vụ công tác bảo dưỡng gây mất thời gian và tốn kém. Đe doạ động vật hoang dã, nhiều loài chim, dơi chết do bay vào cánh quạt. Rủi ro thiên tai, những cơn bão có thể làm thiệt hại đến cánh tuabin, rơi vỡ nguy hiểm đến tính mạng người làm việc quanh khu vực đó. 1.1.2. Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông. Năng lượng mặt trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này. Năng lượng mặt trời được phát hiện và biết đến từ rất sớm, tuy nhiên mãi đến thế kỉ XVIII thì chúng mới được ứng dụng vào sản xuất. Cho đến thời điểm hiện tại, hai ứng dụng chủ yếu năng lượng mặt trời là nhiệt mặt trời và điện mặt trời. Hình 1.2: Hệ thống điện mặt trời 18
Việt Nam có tiềm năng lớn phát triển điện mặt trời: số giờ nắng trung bình của miền Bắc từ 1.500 - 1.700 giờ/năm, cường độ bức xạ mặt trời trung bình 3,69 kWh/m2; khu vực Trung Bộ và Nam Bộ 2.000 - 2.600 giờ/năm, cường độ bức xạ 5,9 kWh/m2. Hiện tại Việt Nam hiện xếp thứ 8 trong top 10 nơi có công suất lắp đặt năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới với 16.504MW, chiếm 2,3% toàn cầu. Công suất trên đầu người của Việt Nam là 60W/người... Bảng 1.3: Top 10 quốc gia có sản lượng điện mặt trời lớn nhất [2] Năng lượng mặt trời đã và đang dẫn đầu trong các nguồn năng lượng xanh tổng thể. Có rất nhiều ưu điểm của năng lượng mặt trời như: dễ tiếp cận công chúng, thực hiện trách nhiệm xã hội để giảm lượng khí thải carbon, giúp cắt giảm hóa đơn tiền điện và tiết kiệm tiền, nâng cao khả năng phục hồi và độ tin cậy của cung cấp điện, bảo hành thời gian dài và chi phí bảo trì thấp, không gây tiếng ồn. Bên cạnh nhiều ưu điểm nổi bật như trên thì năng lượng mặt trời cũng tồn tại các nhược điểm cơ bản. Chi phí đầu tư ban đầu còn tương đối cao, bị ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết, không có hiệu quả với các nước có ít ánh nắng, ban đêm không thể sản xuất ra điện. Bụi bẩn, cây cối, tòa nhà cao tầng che chắn cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình thu năng lượng. Dù sao thì những nhược điểm trên cũng không đáng kể so với phần ưu lợi thế để phát triển mạnh mẽ. 1.1.3. Năng lượng sinh khối Sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm nghiệp. Sinh khối cũng bao gồm cả những vật chất được xem như chất thải từ xã hội con người như chất thải từ quá trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn từ các hệ thống xử lý nước thải, phân 19
bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) trong công nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thải sinh hoạt. Từ các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như: điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiên liệu thông qua các phương pháp chuyển hóa như đốt trực tiếp và turbin hơi, phân hủy kị khí, khí hóa và nhiệt phân… Các dạng năng lượng này gọi là năng lượng sinh khối (NLSK). Năng lượng sinh khối được xem là tái tạo vì nó được bổ sung nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ bổ sung của năng lượng hóa thạch vốn đòi hỏi hàng triệu năm. Năng lượng sinh khối có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch đắt đỏ và đang dần cạn kiệt. Không phụ thuộc vào xăng dầu tăng cường an ninh quốc gia. Công nghệ sản xuất NLSK không quá phức tạp có thể sản xuất ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn. Nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp. Kích thích thu hoạch nhiên liệu đầu vào tạo ra nhiều cơ hội việc làm tăng thu nhập cho người nông dân. Sử dụng NLSK so với xăng dầu giảm khoảng được 70% khí CO2 và 30% khí độc hại, do NLSK chứa một lượng cực nhỏ lưu huỳnh, chứa 11% oxy, nên cháy sạch hơn. Năng lượng sinh khối phân hủy sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất. Nhược điểm của năng lượng sinh khối là chi phí sản xuất cao nên giá thành điện cao. Chi phí đầu tư cao và hiệu quả có thể không bằng các nguồn năng lượng khác. Tiềm năng NLSK của Việt Nam vô cùng phong phú, trữ lượng lớn. Cụ thể: Tiềm năng sinh khối từ gỗ củi vào khoảng 10,6 triệu tấn dầu quy đổi năm 2010, 14,6 triệu tấn vào năm 2030 và 14 triệu tấn vào năm 2050; phế thải từ nông nghiệp vào khoảng 16,8 triệu tấn năm 2010, 20,6 triệu tấn vào năm 2030 và 26,3 triệu tấn vào năm 2050; từ rác thải đô thị vào khoảng 0,64 triệu tấn vào năm 2010, 1,5 triệu tấn vào năm 2030 và 2,5 triệu tấn vào năm 2050… Việc phát triển được năng NLSK sẽ không chỉ giúp tận dụng được kho dự trữ sinh học vô cùng phong phú của Việt Nam mà còn tăng trưởng kinh tế, giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. 1.1.4. Năng lượng thủy điện Thủy điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước. Đa số năng lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một tua bin 20