Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển tối ưu công suất phát của một hệ nhiều pin quang điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là trình bày bao quát hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với tải cố định (tải thuần trở). Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, mô hình toán và các đặc tính của pin quang điện. Các bộ biến đổi DC/DC. Phương pháp và thuật toán điều khiển dò tìm điểm công suất cực đại.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển tối ưu công suất phát của một hệ nhiều pin quang điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ----------------------- NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành : 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ----------------------- NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành : 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. HUỲNH CHÂU DUY TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. HUỲNH CHÂU DUY Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 18 tháng 01 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch 2 PGS.TS Trần Thu Hà Phản biện 1 3 TS. Đinh Hoàng Bách Phản biện 2 4 TS. Nguyễn Minh Tâm Ủy viên 5 TS. Võ Hoàng Duy Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 18 tháng 01 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ BÍCH HẠNH Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10/11/1981 Nơi sinh: Ninh Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV:1241830006 I- Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN II- Nhiệm vụ và nội dung:  Trình bày bao quát hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với tải cố định (tải thuần trở).  Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, mô hình toán và các đặc tính của pin quang điện.  Các bộ biến đổi DC/DC.  Phương pháp và thuật toán điều khiển dò tìm điểm công suất cực đại. III- Ngày giao nhiệm vụ: 12/6/2013 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12/12/2013 V- Cán bộ hướng dẫn: TS. HUỲNH CHÂU DUY CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. HUỲNH CHÂU DUY
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu ra trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được xin phép và cảm ơn. Tất cả các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Thị Bích Hạnh
ii LỜI CÁM ƠN Luận văn tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành gần hai năm cố gắng học tập và nghiên cứu. Đây cũng là luận văn đánh dấu cuối cùng trong quá trình học cao học. Để có được kết quả hôm nay, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn, sự quan tâm của một số đồng nghiệp cũng như bạn bè. Qua đây tôi xin phép được cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Huỳnh Châu Duy – Phó Viện Trưởng Viện Đào Tạo Quan Hệ Quốc Tế – Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM, Giảng viện bộ môn Hệ Thống Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, người thầy đã hết lòng chỉ bảo, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức chuyên môn cũng như những kinh nghiệm nghiên cứu trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ - Điện – Điện tử, Phòng quản lý đào tạo sau đại học và tất cả Quí Thầy, Cô của Trường Đại Học Công nghệ Tp.HCM đã giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và qúy báu trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu. Xin cảm ơn Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những người luôn giành những tình cảm sâu sắc nhất, giúp đỡ và khuyến khích tôi để tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tp.Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2014 Người thực hiện Nguyễn Thị Bích Hạnh
iii TÓM TẮT Luận văn này trình bày các phương pháp tìm điểm làm việc có công suất cực đại của pin quang điện (MPPT) đáp ứng trong các điều kiện môi trường thay đổi. Từ đó, đề xuất thuật toán mới là phân chia vùng làm việc trên đường đặc tuyến V-P của pin quang điện thành ba vùng chính, gồm: - Vùng 1: Vùng bên trái điểm cực đại - Vùng 2: Vùng cực đại - Vùng 3: Vùng bên phải điểm cực đại. Bằng việc xác định điểm làm việc của pin quang điện đang ở vùng nào đều có thể nhanh chóng đưa pin vào làm việc ở điểm cực đại thông qua việc điều chỉnh độ rộng xung của mạch Boost. Kết quả mô phỏng cho thấy thuật toán đề xuất mới đã tìm được điểm công suất cực đại nhanh hơn, ổn định hơn và khắc phục được một số nhược điểm của thuật toán P&O, INC và thuật toán điện áp là hằng số.
iv ABSTRACT This study presents the Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique of Photovoltaics to adapt changing enviromental conditions. Therefrom uses the new method by dividing the working point on the characteristics V-P of into three major areas, including: Photovoltaics - Areas 1: the left side of the maximum power point - Areas 2: the maximum area - Areas 3: the right of the maximum power point . By defining the working point of the Photovoltaics are in areas where we can quickly take the Photovoltaics to work at the maximum power point by adjusting duty pulse of the boost circuit. Results of Simulations and experimental measurements has shown that this method has found the MPP faster, more stable and overcomes some disadvantages of the algorithm Perturb and Observe, Incremental Conductance and the algorithm voltage is const.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................ ii TÓM TẮT .............................................................................................................iii MỤC LỤC............................................................................................................. .v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................viii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ............................................... x Chương 1 GIỚI THIỆU ........................................................................................ 1 1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1 1.2 Tính cần thiết ................................................................................................ 3 1.3 Tình hình nhận định của thế giới ................................................................... 4 1.4 Dự báo trong tương lai .................................................................................. 5 1.5 Mục tiêu của đề tài ....................................................................................... 6 1.6 Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 7 1.7 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 7 1.8 Nội dung của luận văn .................................................................................. 9 1.9 Kết luận ........................................................................................................ 9 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .................................................... 10 2.1 Giới thiệu .................................................................................................... 10 2.2 Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam .................................................................................................................. 10 2.3 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam .............................................. 16 2.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài.................................................. 18 2.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ....................................................... 18 2.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................... 20 2.5 Kết luận ...................................................................................................... 24 Chương 3 HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ............................ 25
vi 3.1 Cấu tạo pin quang điện ................................................................................ 25 3.2 Nguyên lý hoạt động của pin quang điện ..................................................... 28 3.3 Mô hình toán của pin quang điện ................................................................. 29 3.4 Đặc tuyến V-I, V-P của pin quang điện ....................................................... 33 3.5 Bộ biến đổi DC/DC ..................................................................................... 38 3.5.1 Bộ giảm áp (Buck) ............................................................................... 38 3.5.2 Bộ tăng áp (Boost) ............................................................................... 41 3.5.3 Bộ hỗn hợp tăng giảm điện áp (Boost – Buck)...................................... 43 3.6 Điều khiển bộ biến đổi DC/DC .................................................................... 45 3.6.1 Điều khiển mạch vòng phản hồi điện áp ............................................... 45 3.6.2 Điều khiển phản hồi công suất .............................................................. 46 3.6.3 Điều khiển mạch vòng phản hồi dòng điện ........................................... 47 3.7 Điểm làm việc cực đại của pin quang điện (MPP - Maximum Power Point)47 3.8 Hệ nhiều pin quang điện ............................................................................. 51 3.8.1 Phương pháp ghép nối tiếp các tấm pin quang điện .............................. 51 3.8.2 Phương pháp ghép song song các tấm pin quang điện .......................... 52 3.9 Kết luận ...................................................................................................... 54 Chương 4 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN ............................................................... 56 4.1 Thuật toán tìm điểm công suất cực đại của pin quang điện .......................... 57 4.1.1 Thuật toán nhiễu loạn và quan sát (P&O - Perturb and Observe) .......... 57 4.1.2 Thuật toán điện dẫn gia tăng (INC - Incremental Conductance) ............ 61 4.1.3 Thuật toán điện áp hằng số ................................................................... 63 4.2 Phương pháp điều khiển MPPT ................................................................... 65 4.2.1 Phương pháp điều khiển PI ................................................................... 65 4.2.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp ......................................................... 66 4.2.3 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra .................................... 69 4.3 Thuật toán đề xuất ....................................................................................... 69 4.3.1 Cấu hình cho bộ chuyển đổi năng lượng ............................................... 69
vii 4.3.2 Thuật toán đề xuất tìm điểm công suất cực đại ..................................... 70 4.3.3 Sơ đồ thuật toán đề xuất ....................................................................... 72 Chương 5 KẾT QỦA MÔ PHỎNG .................................................................... 74 5.1 Xây dựng mô hình mô phỏng trong Matlab/Simulink .................................. 74 5.2 Kết quả mô phỏng của các thuật toán .......................................................... 79 Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN TRONG TƯƠNG LAI ... 89 6.1 Kết luận ...................................................................................................... 89 6.2 Hướng phát triển trong tương lai ................................................................ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 91 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 92
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MPP : Maximum Power Point: Điểm công suất cực đại MPPT : Maximum Power Point Tracking : Tìm điểm công suất cực đại P&O : Perturb and Observe : Thuật toán nhiễu loạn và quan sát INC : Incremental Conductance : Thuật toán INC NOCT : Normal Control Ttemperature : Nhiệt độ vận hành bình thường RLOAD : Tổng trở của tải ROPT : Tổng trở tối ưu của tải PMPP : Công suất tại điểm cực đại VMPP : Điện áp tại điểm cực đại IMPP : Dòng điện tại điểm cực đại
ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thị trường tiêu thụ năng lượng thế giới của các nhóm quốc gia ............... 2 Bảng 2.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam .................................................. 17 Bảng 3.1 Bảng lựa chọn hệ số lý tưởng A theo công nghệ chế tạo ......................... 30 Bảng 4.1 Bảng tóm tắt thuật toán leo đồi P&O ...................................................... 58 Bảng 5.1 Thông số của tấm pin P618-80W ............................................................ 77 Bảng 5.2 Bảng thông số của 1 module 36cell được xây dựng trong Matlab/Simulink .................................................................................................... 77
x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của một hệ pin quang điện ................................ 8 Hình 2.1 Thành phố sử dụng năng lượng mặt trời (Đức Châu – Trung Quốc) ....... 12 Hình 2.2 Sân vận động sử dụng năng lượng mặt trời (Đài Loan) ........................... 13 Hình 2.3 Nhà sử dụng năng lượng mặt trời ............................................................ 13 Hình 2.4 Xe sử dụng năng lượng mặt trời .............................................................. 14 Hình 2.5 Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời ..................................................... 14 Hình 2.6 Bếp sử dụng năng lượng mặt trời ............................................................ 15 Hình 2.7 Bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời ......................................... 15 Hình 2.8 Phân bố tổng số giờ nắng 3 tháng 1, 2, 3 năm 2011 ................................ 16 Hình 3.1 Cấu tạo của pin quang điện ..................................................................... 25 Hình 3.2 Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N (Negative). .......... 27 Hình 3.3 Chất bán dẫn Si pha tạp Boron được gọi là bán dẫn loại P (Positive)....... 27 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của pin quang điện....................................... 28 Hình 3.5 Sơ đồ pin quang điện thực tế ................................................................... 29 Hình 3.6 Sơ đồ pin quang điện khi bỏ qua RSH và RS .......................................... 30 Hình 3.7 Dòng điện ngắn mạch (ISC) và điện áp hở mạch (VOC)............................ 32 Hình 3.8 Mô đun pin quang điện .......................................................................... 32 Hình 3.9 Đặc tuyến V-I tại T = 250C, G = 1kW/m2 ............................................... 33 Hình 3.10 Đặc tuyến V-P tại T = 250C, G = 1kW/m2 ............................................ 34 Hình 3.11 Đặc tuyến V-I khi thay đổi nhiệt độ ..................................................... 34 Hình 3.12 Đặc tuyến V-P khi thay đổi nhiệt độ..................................................... 35 Hình 3.13 Đặc tuyến V-I khi thay đổi bức xạ ........................................................ 35 Hình 3.14 Đặc tuyến V-P khi thay đổi bức xạ ....................................................... 36 Hình 3.15 Đặc tuyến V-I khi thay đổi đồng thời nhiệt độ và bức xạ ...................... 36 Hình 3.16 Đặc tuyến V-P khi thay đổi đồng thời nhiệt độ và bức xạ ..................... 37 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck ........................................................ 39 Hình 3.18 Dạng sóng điện áp và dòng điện của mạch Buck ................................... 40
xi Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost ................................................................. 42 Hình 3.20 Dạng sóng dòng điện của mạch Boost .................................................. 43 Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost ..................................................... 44 Hình 3.22 Chu kỳ đóng cắt .................................................................................... 44 Hình 3.23 Sơ đồ điều khiển mạch vòng phản hồi điện áp ....................................... 46 Hình 3.24 Sơ đồ điều khiển mạch vòng phản hồi dòng điện................................... 47 Hình 3.25 Pin quang điện được nối với tải thuần trở .............................................. 47 Hình 3.26 Đường đặc tuyến làm việc của pin khi kết nối tải ................................. 48 Hình 3.27 Các điểm làm việc cực đại thay đổi khi nhiệt độ thay đổi ...................... 48 Hình 3.28 Các điểm làm việc cực đại thay đổi khi bức xạ thay đổi ........................ 49 Hình 3.29 Sơ đồ khối của hệ thống chuyển đổi năng lượng tiêu biểu ..................... 49 Hình 3.30 Ghép nối tiếp các pin và đặc tuyến V-I.................................................. 52 Hình 3.31 Ghép song song các pin và đặc tuyến V-I .............................................. 53 Hình 3.32 Ghép hỗn hợp các pin và đặc tuyến V-I................................................. 54 Hình 4.1 Đặc tuyến V-I, V-P của pin quang điện .................................................. 56 Hình 4.2 Thuật toán P&O khi tìm điểm làm việc có công suất lớn nhất. ................ 57 Hình 4.3 Sơ đồ thuật toán P&O ............................................................................. 59 Hình 4.4 Sự thay đổi điểm MPP theo gia tăng bức xạ ........................................... 60 Hình 4.5 Thuật toán INC ...................................................................................... 61 Hình 4.6 Sơ đồ thuật toán INC .............................................................................. 63 Hình 4.7 Sơ đồ thuật toán điện áp không đổi ......................................................... 64 Hình 4.8 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI .................. 66 Hình 4.9 Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT ......................... 67 Hình 4.10 Mối quan hệ giữa tổng trở vào Rin và hệ số làm việc D ....................... 68 Hình 4.11 Cấu hình chung bộ chuyển đổi năng lượng của hệ pin quang điện ......... 69 Hình 4.12 Cấu hình đề xuất của bộ chuyển đổi năng lượng ................................... 70 Hình 4.13 Phân chia đặc tuyến V-P thành 3 vùng .................................................. 72 Hình 4.14 Sơ đồ thuật toán MPPT được đề xuất .................................................... 73 Hình 5.1 Mô hình 1 cell pin quang điện được xây dựng trong Matlab/Simulink .... 74
xii Hình 5.2 Mô hình 1 cell sau khi đã thu gọn ........................................................... 75 Hình 5.3 Mô hình bên trong 1 tấm pin được ghép từ 108 cell xây dựng trong Matlab/Simulink .................................................................................................... 75 Hình 5.4 Mô hình 1 tấm pin quang điện thu gọn .................................................... 75 Hình 5.5 Cấu hình đề xuất được xây dựng trong Matlab/Simulink ......................... 76 Hình 5.6 Sơ đồ mạch Boost được xây dựng trong Matlab/Simulink....................... 78 Hình 5.7 Khối MPPT trong Matlab/Simulink ........................................................ 78 Hình 5.8 Sơ đồ kết nối bên trong khối MPPT ........................................................ 78 Hình 5.9 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán P&O 79 Hình 5.10 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán INC 79 Hình 5.11 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán điện áp là hằng số .......................................................................................................... 80 Hình 5.12 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ ...................................................................... 81 Hình 5.13 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toánP&O 81 Hình 5.14 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán INC 82 Hình 5.15 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán điện áp là hằng số .......................................................................................................... 82 Hình 5.16 Biểu đồ thay đổi bức xạ......................................................................... 83 Hình 5.17 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toánP&O ............................................................................................................................ 844 Hình 5.18 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán INC 84 Hình 5.19 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán điện áp là hằng số ........................................................................................................ 855 Hình 5.20 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ .................................................................... 866 Hình 5.21 Biểu đồ thay đổi bức xạ ........................................................................ 86 Hình 5.22 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toánP&O ............................................................................................................................ 877 Hình 5.23 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán INC 87
xiii Hình 5.24 Thời gian, công suất thu được của thuật toán đề xuất và thuật toán điện áp là hằng số ........................................................................................................ 888
1 Chương 1 GIỚI THIỆU Chương 1 giới thiệu khái quát một số nội dung liên quan đến tình hình năng lượng trên thế giới. Một số hữu ích khi sử dụng nguồn năng lượng tái tạo thay thế nguồn năng lượng truyền thống vẫn đang được sử dụng hiện nay. Khái quát nhận định của một số quốc gia trên thế giới trong vấn đề sử dụng, phát triển nguồn năng lượng tái tạo trong tương lai. Qua đó, thấy được tính thực tế cũng như mục tiêu cần thiết khi nghiên cứu đề tài. Trong chương giới thiệu cũng đề cập đến bố cục, khái quát một số nội dung cũng như phương pháp nghiên cứu của đề tài. 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, tình hình dân số và nền công nghiệp phát triển không ngừng. Điều này càng thể hiện rõ vai trò quan trọng của ngành năng lượng và trở thành yếu tố không thể thiếu trong cuộc sống. Hai lý do chính khiến nhu cầu sử dụng năng lượng gia tăng đó là sự phát triển dân số và kinh tế. Dân số và kinh tế là hai yếu tố quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của mỗi quốc gia. Sự đi lên này gắn liền với việc sử dụng năng lượng. Hay nói cách khác, muốn phát triển kinh tế thì phải phát triển năng lượng. Vấn đề năng lượng hiện nay đang là chủ đề nóng và được cả thế giới quan tâm. Theo nghiên cứu và đánh giá về tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới, các nhà nghiên cứu nhận định rằng thị trường tiêu thụ năng lượng ở các quốc gia trên thế giới không ngừng gia tăng. Đặc biệt gia tăng mạnh mẽ ở một số nhóm các quốc gia như Bắc Mỹ, Châu Á, Châu Âu... Thị trường tiêu thụ năng lượng trên thế giới của một số nhóm quốc gia điển hình từ năm 2007 đến 2035 được trình bày ở bảng 1.1 [1].
2 Bảng 1.1 Thị trường tiêu thụ năng lượng thế giới của các nhóm quốc gia (từ năm 2007 đến 2035-nghìn triệu Btu) Thay đổi Khu vực 2007 2015 2020 2025 2030 2035 trung bình (%) Phát triển 245.7 246.0 254.2 263.2 271.4 280.7 0.5 kinh tế Bắc Mỹ 123.7 124.3 129.4 134.9 140.2 146.3 0.6 Châu Âu 82.3 82.0 83.0 85.0 86.5 88.2 0.2 Châu Á 39.7 39.7 41.8 43.3 44.8 46.3 0.5 Không phát 249.5 297.5 336.3 375.5 415.2 450.0 2.2 triển kinh tế Châu Âu và 51.5 52.4 54.2 56.2 57.8 60.2 0.6 Á Âu Châu Á 127.1 159.3 187.8 217.0 246.9 277.3 2.8 Trung Đông 25.1 32.9 36.5 39.1 41.8 45.7 2.2 Châu Phi 17.8 20.8 22.5 24.6 26.5 29.0 1.8 Trung và Nam 28.0 32.1 35.5 38.7 42.2 45.7 1.8 Mỹ Tổng sản 495.2 543.5 590.5 638.7 686.5 738.7 1.4 lượng thế giới
3 1.2 Tính cần thiết Khi nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng gia tăng thì các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá… càng dần bị cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Bên cạnh đó, việc sử dụng những năng lượng truyền thống trên cho thấy những tác động xấu đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozôn… là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên. Các khí thải ra từ việc đốt các nguyên liệu này đã gây ra mưa axit, hạn hán, lũ lụt… gây hại cho môi trường sống của con người. Trước tình hình đó, việc phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng đang dần lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn năng lượng có hại cho môi trường hoặc đang cạn kiệt trở nên cần thiết đòi hỏi nhiều sự quan tâm. Tầm quan trọng của phát triển nguồn năng lượng mới cũng được thúc đẩy bởi nhận thức của người dân về vấn đề môi trường. Thực tế, có nguồn năng lượng khác thay thế hứa hẹn một tiềm năng cung cấp năng lượng rất lớn đó là năng lượng hạt nhân. Nhưng việc sử dụng nguồn năng lượng này vẫn là vấn đề tranh cãi vì sự an toàn và ảnh hưởng đến môi trường sống. Ví dụ gần đây nhất là vụ động đất, sóng thần tại Nhật Bản ngày 11/3/2011 đã phá hủy nhà máy điện hạt nhân Fukushima, gây thiệt hại về người và kinh tế. Tiếp theo đó, một số nước Châu Âu đã quyết định đóng cửa vĩnh viễn các nhà máy điện hạt nhân. Hơn nữa, nhu cầu sử dụng điện tại Việt Nam là rất lớn kể cả trong ngắn hạn, trung hạn và dài hạn. Theo tính toán của EVN, để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế với tốc độ tăng trưởng từ 7,5% -8% và thực hiện được mục tiêu đến năm 2020, Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp thì trong 20 năm tới nhu cầu điện sẽ phải tăng từ 15%-17% mỗi năm. Do đó, phương án đầu tư vào nguồn năng lượng tái sinh là có hiệu quả đối với một quốc gia có nhiều điều kiện thuận lợi về địa lý như Việt Nam. Vì vậy, việc