TIỂU LUẬN CUỐI kỳ đề tài các NHÀ máy NHIỆT điện NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tình hình nhu cầu sử dụng năng lượng hiện nay trên thế giới

1.1.1 Thực trạng Điện mặt trời ngày nay chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng sản lượng điện của toàn thế giới Số liệu năm 2011 (số liệu của IEA) thì điện năng sản xuất từ năng lượng mặt trời chỉ chiếm chưa đầy 0.01% tổng sản lượng điện toàn thế giới.

Tỷ lệ nhỏ này xuất phát từ nhiều nguyên nhân, trong đó đáng chú ý là chi phí lắp đặt và giá thành mỗi kWh điện vẫn cao hơn so với các nguồn năng lượng khác.

Hình 1: Tỉ lệ sản lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới năm 2011[1]

Mặc dù gặp nhiều thách thức, năng lượng mặt trời đang hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai gần nhờ vào tiềm năng môi trường vượt trội, với chỉ số phát thải khí độc hại bằng không và chi phí bảo trì, vận hành thấp.

Sự gia tăng số lượng nhà máy năng lượng mặt trời kết nối vào lưới điện, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đã làm giảm nhanh giá thành điện mặt trời Điều này hứa hẹn sẽ giúp năng lượng mặt trời cạnh tranh hiệu quả với các nguồn năng lượng truyền thống như than đá và dầu mỏ, vốn đang dần cạn kiệt.

Năng lượng mặt trời đã trở thành giải pháp thay thế hiệu quả cho các nguồn tài nguyên truyền thống trên toàn thế giới Tại Đan Mạch, vào năm 2000, hơn 30% hộ dân đã sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời để làm nóng nước Ở Brazil, đặc biệt là các khu vực hẻo lánh như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn giữ vị trí hàng đầu Tại Đông Nam Á, Philippines cũng sử dụng điện mặt trời để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 hộ dân.

1.1.2 Tình hình sử dụng và điều kiện phát triển nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam.

Việt Nam sở hữu nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, đặc biệt là năng lượng mặt trời nhờ vào vị trí địa lý thuận lợi Với tọa độ từ 23°23’ Bắc đến 8°27’ Bắc, đất nước này nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao Thành phố Hồ Chí Minh là nơi có tiềm năng lớn nhất, tiếp theo là các tỉnh Tây Bắc như Lai Châu, Sơn La, Lào Cai và vùng Bắc Trung Bộ gồm Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh.

Các nhà máy nhiệt năng lượng mặt trời thường có quy mô lớn, đòi hỏi nguồn tài chính và diện tích đất rộng Hiện tại, chưa có mô hình CSP áp dụng cho hộ gia đình.

Việt Nam có tiềm năng lớn về bức xạ mặt trời, nhưng hiện tại vẫn chưa có nhà máy CSP nào được xây dựng.

Giới thiệu về năng lượng mặt trời là gì?

Năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, cho phép chúng ta khai thác cả ánh sáng và nhiệt từ mặt trời.

Nhiệt điện mặt trời, hay còn gọi là điện năng lượng mặt trời tập trung, là công nghệ chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng Nhiệt năng này được sử dụng cho hệ thống sưởi, đun nóng, hoặc tạo hơi nước để quay tuabin, từ đó phát điện cho các nhà máy nhiệt điện.

Quang điện mặt trời là quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua các tấm pin năng lượng mặt trời, dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý.

Năng lượng mặt trời chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện thông qua hai phương pháp chính: sử dụng pin quang điện (PV) để chuyển đổi trực tiếp hoặc sử dụng năng lượng mặt trời tập trung (CSP) để chuyển đổi gián tiếp Hệ thống CSP áp dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi nhằm tập trung ánh sáng mặt trời từ một khu vực rộng lớn vào một chùm nhỏ, tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

1.2.1 Sơ lược về pin quang điện (Photovoltaics)

Pin quang điện, hay còn gọi là pin mặt trời, là thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện thông qua hiệu ứng quang điện Chúng hoạt động bằng cách hấp thụ ánh sáng và biến đổi nó thành năng lượng điện, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn năng lượng tái tạo.

Thời kỳ đầu, pin quang điện chủ yếu sử dụng năng lượng nhỏ từ các thiết bị như máy tính với một tế bào năng lượng mặt trời duy nhất Chúng cung cấp nguồn điện quan trọng và tiết kiệm chi phí trong các trường hợp không thuận tiện với hệ thống điện lưới Hiện nay, khi chi phí điện mặt trời giảm, năng lượng mặt trời ngày càng được ứng dụng rộng rãi, kể cả trong việc cung cấp năng lượng carbon thấp cho lưới điện.

Hình 2: Sơ đồ đơn giản của một hệ thống điện PV dân dụng được nối vào lưới điện [1]

Hệ thống quang điện (PV) hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều (DC) Để sử dụng điện, dòng DC này cần được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) với điện áp mong muốn thông qua máy biến áp Nhiều tế bào quang điện được kết nối trong các mô-đun, và các mô-đun này được liên kết với nhau để tạo thành các tấm, sau đó kết nối với máy biến áp nhằm sản xuất điện ở cấp điện áp và tần số cần thiết.

Nhiều hệ thống năng lượng mặt trời (PV) dân dụng được kết nối vào lưới điện, đặc biệt là ở các nước phát triển, tạo thành một thị trường lớn Những hệ thống này có tùy chọn sử dụng năng lượng dự trữ Trong một số ứng dụng như vệ tinh, ngọn hải đăng, hoặc ở các nước đang phát triển, việc bổ sung pin hoặc máy phát điện giúp tạo ra hệ thống điện độc lập, cho phép hoạt động vào ban đêm và trong những thời điểm có hạn chế ánh sáng mặt trời.

1.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Phiến pin quang điện là sản phẩm tuyệt vời của vật lý tinh thể và bán dẫn, được hình thành từ nhiều lớp mỏng và phẳng của các vật liệu bán dẫn đặc biệt được xếp chồng lên nhau.

Hình 3: Cấu tạo của một pin quang điện [1]

Có 3 lớp vật liệu chính: lớp trên cùng gọi là silicon loại n (n: negative, âm), vật liệu này có khả năng “phóng thích” các hạt tích điện âm gọi là electron một khi được đưa ra ngoài ánh sáng mặt trời Lớp dưới cùng gọi là lớp p, tích điện dương khi tiếp xúc với bức xạ Mặt Trời (p: positive, dương) Lớp vật liệu ở giữa gọi là lớp chèn (junction), lớp này có vai trò như một lớp phân cách (insulator) giữa lớp n và lớp p Các eletron được phóng thích từ lớp n sẽ di chuyển theo đường ít bị cản trở nhất, tức là di chuyển từ lớp n tích điện âm ở bên trên về lớp p tích điện dương ở bên dưới Như vậy, nếu vùng p và vùng n được nối bởi một mạch điện tạo bởi các dây dẫn mỏng, dòng electron sẽ di chuyển trong mạch điện này, tạo ra dòng điện một chiều có thể được sử dụng trực tiếp hoặc được

“dự trữ” để dùng sau Cường độ dòng điện sinh ra phụ thuộc vào số lượng và phương thức nối các tế bào Mặt Trời trong pin Mặt Trời.

1.2.3 Các dạng hệ thống quang điện

Hệ thống quang điện kết mạng có hai dạng chính: trực tiếp và trữ ắc quy Trong cả hai dạng hệ thống này, module quang điện và bộ chuyển AC/DC là hai thành phần thiết yếu Module quang điện chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành dòng điện một chiều, trong khi bộ chuyển AC/DC biến đổi dòng điện một chiều này thành điện xoay chiều.

Hệ thống quang điện nối mạng trực tiếp là một giải pháp đơn giản và hiệu quả, chuyển đổi ngay lập tức dòng điện một chiều thành điện xoay chiều để kết nối với đồng hồ điện trung tâm Hệ thống này chia tải với lưới điện và có khả năng quay ngược đồng hồ điện khi có thặng dư điện, giúp tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, hệ thống không có biện pháp dự phòng vì không sử dụng thiết bị lưu trữ điện, dẫn đến hiện tượng cúp điện nếu nguồn điện trung tâm bị cắt.

Hệ thống quang điện kết hợp với bình trữ điện ắc quy giúp duy trì nguồn điện khi nguồn điện trung tâm bị cắt Hệ thống này bao gồm bộ ắc quy và các thiết bị điều khiển điện tử phức tạp Khi nguồn điện trung tâm bị mất vào ban đêm, điện từ ắc quy sẽ được sử dụng cho đến khi hết Nếu mất điện vào ban ngày, hệ thống pin quang điện sẽ liên tục nạp ắc quy, kéo dài thời gian dự trữ điện cho ban đêm.

1.2.3.2 Hệ thống đơn lẻ (cục bộ - stand alone)

Hệ thống quang điện cục bộ hoạt động độc lập với mạng điện lưới, được thiết kế cho các tải điện một chiều và điện xoay chiều công suất nhỏ Hệ thống này có thể sử dụng riêng các module quang điện hoặc kết hợp với các nguồn năng lượng khác như điện gió và máy phát diesel, tạo thành một hệ thống hybrid.

Hình 4: Hệ thống điện mặt trời trong gia đình [1]

Hệ thống quang điện cục bộ đơn giản nhất là hệ thống liên kết tải trực tiếp, trong đó dòng điện một chiều từ module quang điện được dẫn thẳng vào tải mà không cần qua hệ thống lưu trữ điện Hệ thống này chỉ hoạt động vào ban ngày, cung cấp điện cho các tải nhỏ như quạt lưu thông khí và hệ thống đun nước nhiệt Mặt Trời Việc thiết kế hệ thống trực tiếp đòi hỏi tính toán điện trở tải để phù hợp với công suất tối đa của chuỗi pin Mặt Trời Đối với một số tải như máy bơm nước, cần sử dụng biến điện DC-AC, gọi là hệ thống theo dõi công suất tối đa, để tối ưu hóa công suất từ nguồn.

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Khái niệm về nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời

Trong tương lai, năng lượng mặt trời sẽ trở thành nguồn cung cấp năng lượng chính, thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch cho các ngành công nghiệp, xây dựng thương mại, phát điện và nhiều ứng dụng khác.

Nhà máy nhiệt điện là cơ sở sản xuất điện năng bằng cách chuyển hóa hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng, làm nóng nước để tạo ra hơi nước Hơi nước này quay tua bin, từ đó làm chạy máy phát điện để sản xuất điện năng Quá trình này thường sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên, dẫn đến việc thải ra các khí nhà kính như CO2, sulfur oxide và nitrogen oxide, góp phần gây biến đổi khí hậu.

Nhà máy điện năng lượng mặt trời là một loại nhà máy nhiệt điện, sử dụng năng lượng mặt trời thay vì nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện Năng lượng từ ánh nắng mặt trời được thu thập và sử dụng để làm nóng nước, tạo ra hơi nước, từ đó làm quay máy phát điện và sản xuất điện năng.

Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời hoạt động tương tự như nhà máy nhiệt điện truyền thống, nhưng điểm khác biệt là hơi nước được sản xuất từ nhiệt năng thu được từ ánh nắng mặt trời, thay vì từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch.

Vai trò nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời

Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời đang là xu hướng khai thác và phát triển của các nước công nghiệp.

Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc đa dạng hóa nguồn cung cấp điện, góp phần bổ sung năng lượng cho hệ thống điện quốc gia Điều này không chỉ đảm bảo nguồn năng lượng ổn định cho hiện tại và tương lai mà còn giúp cung cấp điện năng với giá cả hợp lý Ngoài ra, nhà máy còn phục vụ cho mục đích nghiên cứu, thử nghiệm và học tập trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Trong bối cảnh hiện nay, việc tăng cường công suất điện năng một cách nhanh chóng là rất cần thiết, nhằm giảm tải cho lưới điện của các quốc gia Đặc biệt, ở những nước có cường độ bức xạ mặt trời cao, các nhà máy nhiệt điện mặt trời sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống năng lượng dựa chủ yếu vào nguồn tài nguyên tái tạo.

Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời quy mô lớn sử dụng nhiệt từ bức xạ mặt trời tự nhiên, có khả năng thay thế từ 2-3 tỉ tấn than làm nhiên liệu đốt mỗi năm.

Nhà máy nhiệt điện mặt trời hoạt động với chi phí thấp và an toàn hơn so với nhà máy sử dụng năng lượng hóa thạch, nhờ vào việc sử dụng nguồn nhiên liệu phi cacbon, không gây ô nhiễm môi trường Theo thống kê năm 2014, lượng phát thải khí CO2 trung bình của điện năng lượng mặt trời chỉ là 41g/kWh, trong khi điện than phát thải 820g/kWh và dầu khí là 490g/kWh.

Nguyên lý hoạt động tập trung nhiệt năng lượng mặt trời

Nhà máy nhiệt điện mặt trời tập trung sử dụng hàng trăm hoặc hàng nghìn gương cầu lõm hoặc gương parabol để thu thập và tập trung ánh sáng mặt trời vào một khu vực nhỏ, tạo ra nhiệt độ cao Nhiệt năng này được dùng để làm nóng môi chất lỏng, từ đó sản sinh hơi nước, dẫn động tuabin và phát điện.

Các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung sử dụng chất lỏng như dầu hoặc muối nóng chảy để lưu trữ nhiệt hiệu quả Những chất lỏng này được lưu trữ trong bộ thu trung tâm, nơi hấp thụ ánh sáng mặt trời tập trung từ các tấm thu năng lượng Quá trình này giúp tăng nhiệt độ của chất lỏng lên từ 700 đến 1.000 độ F nhờ vào năng lượng khổng lồ được tập trung vào một khu vực nhỏ.

Chất lỏng quá nhiệt được bơm qua bộ trao đổi nhiệt, nơi nhiệt năng được chuyển đến động cơ hơi nước, làm nóng nước và tạo ra hơi nước có áp suất để dẫn động tuabin và sản xuất điện Sau khi sử dụng, hơi nước được làm lạnh và ngưng tụ trở lại thành nước, sau đó môi chất lỏng được bơm trở lại máy thu tại tiêu điểm Các nhà máy nhiệt điện mặt trời có khả năng lưu trữ nhiệt năng trong môi trường lỏng, cho phép tiếp tục sản xuất điện ngay cả khi mặt trời lặn.

Có thể sử dụng 2 phương pháp tập trung ánh sáng mặt trời như:

_ Ánh sáng được tập trung vào một ống dẫn đặt ở giữa máng _ Ống dẫn chứa chất lỏng truyền nhiệt

_ Máng có thể điều hướng theo phương dọc hoặc ngang

Ánh sáng được tập trung vào nồi hơi hoặc động cơ Stirling ở vị trí trung tâm, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Để đạt hiệu quả cao nhất, trục của gương cần phải luôn hướng trực tiếp về phía mặt trời, có thể sử dụng các thiết kế như máng parabol hoặc đĩa parabol.

Hình 5: Phương pháp tập trung ánh sáng mặt trời [2]

CÁC LOẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.14

Các loại nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời

3.1.1 Nhà máy điện tháp năng lượng mặt trời (Solar tower power plant):

Hệ thống nhiệt điện tháp năng lượng mặt trời, hay máy thu trung tâm, hoạt động khác với tấm pin năng lượng mặt trời sử dụng hiệu ứng quang điện Hệ thống này sử dụng gương hoặc kính để tập trung bức xạ nhiệt từ ánh sáng mặt trời vào một điểm nhỏ, làm nóng động cơ nhiệt, thường là turbine Động cơ này sau đó kết nối với máy phát, từ đó tạo ra điện năng.

Hình 6: Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện tháp năng lượng mặt trời.[4]

Hệ thống nhiệt điện tháp năng lượng mặt trời gồm hai phần chính: hệ thống điều khiển kính định nhật (heliostats) và tháp nhận bức xạ mặt trời Hệ thống kính định nhật bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn tấm gương lớn, được điều khiển bởi máy tính để phản chiếu ánh sáng mặt trời vào đỉnh tháp với độ chính xác cao Tháp nhận bức xạ, thường cao vài trăm mét, chứa bình chứa với các vật liệu lưu nhiệt như nước biển hoặc dung dịch muối đặc biệt như natri nitrat và kali nitrat, có khả năng lưu trữ năng lượng hiệu quả Muối nóng chảy hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời, sau đó trao đổi nhiệt với nước để tạo ra hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao, vận hành tuabin hơi để sản xuất điện Vào ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, nhiệt độ của muối nóng chảy vẫn được duy trì cao, cho phép nhà máy tiếp tục hoạt động và cung cấp điện ngay cả trong điều kiện thời tiết xấu.

Có hai loại nhà máy điện tháp: loại bình chứa thể tích không áp suất và loại bình chứa có áp suất Loại bình chứa không áp suất sử dụng quạt gió để chuyển không khí từ môi trường vào bình, nơi nhận tia sáng phản xạ từ các tấm gương Bình chứa được nung nóng bởi bức xạ mặt trời, làm tăng nhiệt độ không khí bên trong từ 650 đến 850 độ C trước khi đưa vào lò hơi để làm bay hơi nước và điều khiển chu trình hơi trong tuabin Nhà máy này giúp giảm mất mát nhiệt do phát xạ và có thể kết hợp với các loại nhà máy điện khác khi cần thiết.

Hình 7: Nhà máy nhiệt điện tháp năng lượng mặt trời loại bình chứa thể tích không áp suất.[4]

Nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa có áp suất đang cho thấy nhiều tiềm năng hứa hẹn Ánh sáng mặt trời được tập trung để đốt nóng không khí trong bình chứa áp suất khoảng 15 bar, đạt nhiệt độ lên tới 100 độ C Nhiệt độ cao này được sử dụng để vận hành tuabin, và không khí nóng sau khi qua tuabin sẽ được tái sử dụng để tạo hơi nóng cho chu trình tiếp theo Nhờ vào cơ chế này, hiệu suất của nhà máy có thể tăng từ 35% đến 50%.

Hình 8: Nhiệt điện tháp năng lượng và loại bình chứa có áp suất [4]

Tháp mặt trời, mặc dù ít phổ biến hơn gương parabol, lại sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật Hệ thống này không chỉ có hiệu suất cao hơn mà còn có khả năng lưu trữ nhiệt tốt hơn, mang lại hiệu quả tối ưu trong việc sử dụng năng lượng mặt trời.

Hình 9: Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời shams 1 [4]

Nhà máy năng lượng mặt trời Shams 1, với công suất 100MW, đã chính thức hoạt động từ tháng 3/2013, cung cấp điện cho 20.000 hộ gia đình tại UAE Dự án này dự kiến sẽ giảm khoảng 175.000 tấn khí thải CO2 mỗi năm, tương đương với việc trồng 1,5 triệu cây xanh hoặc loại bỏ hơn 15.000 xe hơi khỏi đường phố.

Hình 10: Hai nhà máy nhiệt điện mặt trời PS20 (trái) và PS10 (phải) ở Tây Ban Nha

PS10 và PS20 là hai nhà máy năng lượng mặt trời nổi bật, với PS10 sở hữu 624 gương phản xạ, sản xuất 11 MW điện năng, đủ cung cấp cho 5.500 hộ gia đình Trong khi đó, PS20 có 1.255 kính định nhật, sản xuất 20 MW và đã chính thức đi vào hoạt động vào năm 2013.

3.1.2 Nhà máy điện mặt trời máng cong parabol (Parabolic through solar power plant)

Gương parabol là một loại nhà máy nhiệt điện sử dụng các tấm gương được chế tạo tinh xảo nhằm tối ưu hóa khả năng hội tụ ánh sáng vào thiết bị nhận Thiết bị này, thường là một ống dài chứa chất lưu mang nhiệt, được đặt ngay trên bề mặt gương parabol, thường tại tiêu điểm hội tụ để tối đa hóa hiệu suất thu nhận bức xạ.

Thiết bị phản xạ (gương) được thiết kế để theo dõi quỹ đạo của mặt trời trong suốt cả ngày, hoạt động trên một trục duy nhất Điều này khác với hệ thống Stirling dish, có khả năng theo dõi trên hai trục Do gương parabol có chiều dài lớn, việc định nhật theo hai trục là không khả thi.

Hình 11: Sơ đồ hoạt động của nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng gương parabol [5]

Hệ thống máng parabol sử dụng gương cong để tập trung năng lượng mặt trời vào ống thu nằm giữa máng Ống hấp thụ được phủ một lớp chọn lọc quang học giúp hấp thụ năng lượng và giảm bức xạ nhiệt Để tối ưu hóa hiệu suất, ống hấp thụ được bao bọc bởi một ống thủy tinh lớn hơn, tạo ra khoảng chân không giữa hai ống nhằm giảm thiểu thất thoát nhiệt Trong ống thu, chất lỏng truyền nhiệt (dầu nhiệt đặc biệt) hấp thụ năng lượng mặt trời, đạt nhiệt độ cao.

Nước được đun sôi ở nhiệt độ 400 °C hoặc cao hơn trong lò sinh hơi, tạo ra hơi nước Hơi nước này được sử dụng trong hệ thống tuabin hơi để sản xuất điện Sau khi ra khỏi tuabin, hơi nước sẽ được làm mát qua bộ trao đổi nhiệt và ngưng tụ, sau đó được bơm trở lại lò sinh hơi để tiếp tục chu trình.

Hệ thống nhà máy nhiệt điện gương parabol đang phát triển mạnh mẽ, với Solar Energy Generating Systems (SEGS) ở California là nhà máy CSP lớn nhất thế giới Ngoài SEGS, còn có nhiều nhà máy nổi bật khác như Nevada Solar One gần Boulder City, Nevada, và nhà máy Andasol, nhà máy CSP gương parabol đầu tiên ở châu Âu Đặc biệt, nhà máy Plataforma Solar de Almeria’s SSPS-DCS tại Tây Ban Nha cũng là một trong những cơ sở đáng chú ý trong lĩnh vực này.

Hình 12: Genesis Solar Energy Project công suất 140 MW tại California, Mỹ [5]

3.1.3 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng gương parabol

 Tổng quan về nhà máy

Nhà máy điện mặt trời hệ thống đĩa động cơ Stirlinh là giải pháp hiệu quả cho nhu cầu năng lượng nhỏ, từ 3 đến 25 KW, thường được áp dụng để cung cấp điện cho các khu dân cư và làng mạc ở vùng xa xôi Hệ thống này sử dụng gương cầu lõm lớn để tập trung ánh sáng mặt trời vào một điểm gọi là tâm điểm Để đảm bảo ánh sáng được tập trung đủ mạnh, gương sẽ được điều khiển theo trục quay, giúp theo dõi chính xác hướng di chuyển của mặt trời.

Hình 13: Nhà máy 10kW ở Almeria ở Tây Ban Nha [6]

Hình 14: Một trạm phát điện ở Hermanns, NT, Australia [6]

Hình 15: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng gương parabol [6]

Khi ánh sáng chiếu vào gương, nó sẽ được tập trung tại một điểm nhất định, từ đó truyền nhiệt vào trung tâm của động cơ Stirling Động cơ này chuyển hóa nhiệt năng thành động năng để vận hành máy phát điện, tạo ra điện năng Điện năng sau đó được lưu trữ trong hệ thống trữ năng lượng và cung cấp cho hệ thống tải điện.

3 1.4 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời có ống khói

 Tổng quan về nhà máy

Một nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời nhỏ với công suất định mức khoảng 50 kW đã được xây dựng gần Manzanares, Tây Ban Nha Mái thu nhận của nhà máy có đường kính trung bình 122 mét và chiều cao 1,85 mét Ngoài ra, nhà máy còn có ống khói cao 195 mét với đường kính 5 mét Một nhà máy điện lớn hơn với công suất khoảng 200 MW có chiều cao tháp 1000 mét, đường kính 180 mét và khu vực thu ánh sáng rộng 6000 mét.

Hình 16: Một nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời ở Tây Ban Nha [6]

Hình 17: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời có ống khói [6]

Một số nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời

3.2.1 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời Hồ Ivanpah Dry

Sau năm năm thi công, Hệ Thống Sản Xuất Điện Quang Năng Ivanpah (ISEGS) đã chính thức đi vào hoạt động với công suất 392 MW Dự án được tài trợ bởi quỹ NRG, Google và tổ chức BrightSource Energy, nhằm cung cấp đủ điện cho 140,000 hộ gia đình hàng năm NRG khẳng định rằng mỗi đơn vị trong nhà máy đều có khả năng cung cấp điện cho lưới điện California.

Nhà máy điện quang năng Ivanpah có tổng chi phí xây dựng lên tới 2,2 tỉ USD và trải dài trên diện tích 3,500 acres (hơn 1,400 hecta) Đây là nhà máy điện quang năng lớn nhất tại Mỹ, chiếm gần 30% sản lượng điện quang năng toàn quốc Ivanpah sử dụng hệ thống kính định nhật với 173,500 tấm gương được kết nối máy tính, giúp theo dõi quỹ đạo mặt trời và phản chiếu ánh sáng tới ba tháp tiếp nhận Trong các lò, nhiệt độ có thể đạt tới 550 độ C, làm nước bốc hơi và tạo ra lực chạy tua bin để sản xuất điện.

Khác với các tấm bảng quang điện truyền thống, Ivanpah là một nhà máy nhiệt điện sử dụng sức nóng từ ánh sáng mặt trời để biến nước thành hơi Hơi nước này được dẫn xuống để quay các turbin, tương tự như cách hoạt động của các nhà máy phát điện thông thường.

Hệ thống phát điện Ivanpah có công suất thiết kế 400 megawatts, tương đương 1/5 công suất của nhà máy thủy điện Hoover và Lake Mead gần Las Vegas, cũng như nhà máy thủy điện Hòa Bình tại Việt Nam Mặc dù Ivanpah chỉ hoạt động vào ban ngày, khu vực này có ánh nắng quanh năm, cho phép thu năng lượng mặt trời mà không bị giới hạn như các nhà máy thủy điện Hệ thống điện mặt trời Ivanpah góp phần giảm 400,000 tấn khí thải carbon dioxide mỗi năm, thay thế cho các nhà máy nhiệt điện sử dụng than đá và khí đốt.

3.2.2 Nhà máy điện năng lượng mặt trời Ivanpah

Hình 20: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah

Nhà máy Ivanpah, tọa lạc tại sa mạc Mojave gần biên giới California-Nevada, sử dụng công nghệ nhiệt mặt trời với 350.000 tấm gương cao hơn 2 m và rộng khoảng 3 m, được kiểm soát bằng hệ thống máy tính Những tấm gương này phản chiếu ánh sáng mặt trời, làm nóng các nồi hơi trên tháp điện cao 140 m, từ đó tạo ra hơi nước để đẩy các tua-bin, sản xuất điện năng Toàn bộ hệ thống trải dài trên diện tích 13 km2, góp phần vào việc phát triển năng lượng tái tạo.

Hệ thống Ivanpah, với diện tích rộng lớn, có khả năng sản xuất gần 400 megawatt điện, đáp ứng nhu cầu cho khoảng 140.000 hộ dân Ivanpah đã bắt đầu hoạt động sản xuất điện từ năm

3.2.3 Nhà máy năng lượng Mohammed Bin Rashid Al Maktoum

Hình 21 Nhà máy năng lượng Mohammed Bin Rashid Al Maktoum

Dự án Mohammed Bin Rashid Al Maktoum, nằm sâu trong khu vực sa mạc Dubai, có tổng vốn đầu tư lên đến 13.6 tỷ USD Được công bố lần đầu tiên vào năm 2012, dự án này dự kiến sẽ đạt công suất 5000MW vào năm 2030 Khi hoàn thành, công viên năng lượng mặt trời này sẽ cung cấp năng lượng cho 1.3 triệu hộ gia đình và giúp giảm 6.5 triệu tấn khí thải carbon mỗi năm.

Dự án điện mặt trời hiện đã đạt công suất 1963 MW, ghi danh vào danh sách các nhà máy lớn nhất thế giới Tháp hấp thu năng lượng mặt trời (CSP) cao nhất toàn cầu, thuộc sở hữu của Mohammed Bin Rashid Al Maktoum, có chiều cao 260m Khi hoàn thành, tháp sẽ được bao quanh bởi 70.000 kính định nhật, giúp tập trung ánh sáng mặt trời để làm nóng chảy muối, từ đó tạo ra nhiệt lượng để vận hành các tuabin hơi nước, sản xuất điện năng.

3.2.4 Công viên năng lượng mặt trời Bhadla

Hình 22: Công viên năng lượng mặt trời Bhadla

Công viên năng lượng mặt trời Bhadla, tọa lạc tại Bhadla, Phalodi tehsil, quận Jodhpur, Rajasthan, Ấn Độ, là công viên năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới tính đến năm 2020 Dự án này chiếm diện tích 5.700 ha (14.000 mẫu Anh) và chính thức đi vào hoạt động vào tháng 3/2020 với tổng chi phí đầu tư chỉ 1.3 tỷ USD, là mức đầu tư rẻ nhất tại Ấn Độ.

Bhadla Solar Park, với tổng công suất 2245MW, được xây dựng tại một vùng cát khô cằn và khắc nghiệt, nơi mà nhiệt độ có thể lên đến 46-48 độ C, cùng với gió nóng và bão cát thường xuyên, khiến con người khó có thể sinh sống Tuy nhiên, nhà máy điện mặt trời Bhadla đã hoạt động hiệu quả kể từ khi được xây dựng, mang lại hiệu suất tuyệt vời.

Ưu và nhược điểm của nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời

_ Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận

_ Dễ thi công, lắp đặt

_ Không gây ồn ào, ô nhiễm tiếng ồn

_ Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp

Một trong những lợi thế quan trọng nhất về môi trường của năng lượng mặt trời là nó không tạo ra khí thải carbon dioxide hoặc các khí khác trong quá trình sản xuất điện, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và là nguồn năng lượng sạch lý tưởng cho tương lai.

_ Năng lượng Mặt Trời là miễn phí, ngoài chi phí cài đặt ban đầu thì năng lượng Mặt Trời không có phí nào khác

_ Năng lượng mặt trời có thể làm việc không hiệu quả ở các nước có khí hậu lạnh do sự khan hiếm ánh sáng mặt trời

_ Ít hiệu quả trong mùa mưa và khi thời tiết lạnh

_ Năng lượng mặt trời chỉ có thể sử dụng vào ban ngày

_ Đối với các công trình có quy mô lớn, diện tích chi phí lắp đặt là rất cao mà có thể không đáp ứng được nhu cầu cần thiết