TỔNG QUAN
Giới thiệu về năng lượng tái tạo ở Việt Nam
1.1.1 Hiện trạng Ở Việt Nam, nguồn năng lượng hóa thạch đang suy giảm dần do trữ lượng có hạn mà nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo đó là việc tiêu thụ nguồn năng lượng này đang gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong khi đó, tiềm năng để phát triển năng lượng mới và năng lượng tái tạo là rất lớn, việc phát triển năng lượng tái tạo sẽ góp phần giảm tiêu hao năng lượng hóa thạch, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính
Các nguồn điện từ năng lượng tái tạo được coi là giải pháp lý tưởng cho việc khắc phục tình trạng thiếu hụt điện năng Chúng không chỉ giúp đa dạng hóa nguồn năng lượng mà còn phân tán rủi ro và nâng cao an ninh năng lượng quốc gia.
Việt Nam sở hữu tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo với nguồn năng lượng phong phú phân bổ rộng khắp Tiềm năng sinh khối từ sản phẩm và chất thải nông nghiệp ước tính đạt khoảng 10 triệu tấn dầu/năm, trong khi khí sinh học có thể thu được khoảng 10 tỷ m³/năm từ rác, phân động vật và chất thải nông nghiệp Năng lượng mặt trời cũng rất dồi dào với bức xạ trung bình 5 kWh/m²/ngày Hơn nữa, với hơn 3.400 km đường bờ biển, Việt Nam có tiềm năng gió ước tính từ 500-1000 kWh/m²/năm Việc khai thác những nguồn năng lượng tái tạo này sẽ đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng.
Giới thiệu về năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, vô tận và có mặt ở khắp nơi, mang lại nhiều giá trị cho con người Trong những năm gần đây, các quốc gia trên thế giới đã hợp tác khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này, mà không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Ngược lại, năng lượng mặt trời còn mang lại nhiều lợi ích khác cho cuộc sống.
Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tại Thành phố Hồ Chí Minh
TP HCM có khí hậu lý tưởng cho phát triển năng lượng mặt trời với nắng quanh năm, ngay cả trong mùa mưa Cường độ bức xạ mặt trời trung bình tại TP HCM cao, cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời Ước tính tổng bức xạ theo phương ngang (GHI) trung bình hằng năm tại khu vực phía Nam, bao gồm TP HCM, đạt từ 4,8 đến 5,5 kWh/m2/ngày.
Từ tháng 4/2017, Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ đã khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời tại Việt Nam, thúc đẩy đầu tư mạnh mẽ, đặc biệt là điện mặt trời trên mái nhà Sở Công Thương TP.HCM đã phối hợp với Tổng công ty Điện lực TP.HCM để hỗ trợ người dân và doanh nghiệp trong việc ký hợp đồng mua điện, điểm đầu nối và cấp đồng hồ đo đếm hai chiều Hiện tại, có 274 khách hàng đã lắp đặt điện mặt trời nối lưới với tổng công suất 3,6 MWp, trong đó 245 khách hàng đã đăng ký bán điện dư cho ngành Điện và được kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật nối lưới.
Với tổng số giờ nắng trung bình khoảng 2400 – 2500 giờ/năm, TP HCM được xem là rất có tiềm năng trong việc phát triển điện Năng lượng mặt trời
Các phương pháp khai thác năng lượng mặt trời
Mặt trời cung cấp nguồn năng lượng vô tận cho nhân loại, và trong lịch sử khai thác năng lượng này, chúng ta có thể phân chia thành hai phương pháp chính: khai thác chủ động và khai thác thụ động.
Phương pháp thụ động là phương pháp sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc vật liệu các công trình xây dựng
Phương pháp hiện đại để thu năng lượng mặt trời là sử dụng thiết bị chuyên dụng nhằm thu nhận bức xạ mặt trời Năng lượng thu được sau đó được phân phối qua hệ thống quạt hoặc máy bơm, giúp tối ưu hóa việc sử dụng nhiệt năng lượng mặt trời.
Tìm hiểu về điện năng lượng mặt trời
Để khai thác điện từ năng lượng mặt trời, người ta ghép nối nhiều tấm pin mặt trời (hay pin quang điện), được sản xuất từ silic đa tinh thể, đơn tinh thể hoặc màng mỏng Hiệu suất của các tấm pin này dao động từ 15% đến 18%, với tuổi thọ trung bình từ 25 đến 35 năm.
Các tấm pin mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng dưới dạng dòng điện một chiều Dòng điện này được bộ sạc năng lượng mặt trời điều chỉnh để nạp vào ắc quy lưu trữ Để sử dụng cho các thiết bị điện thông thường, hệ thống cần có một thiết bị inverter để chuyển đổi dòng điện từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều 220V Nhờ đó, điện năng được cung cấp cho các nhu cầu sinh hoạt, sản xuất và kinh doanh.
Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu sơ lược về tiềm năng và nguồn lực của các nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam
- Hiểu thêm về tầm quan trọng cũng như tầm nhìn của ngành năng lượng tái tạo ở Việt Nam và trên thế giới
- Đánh giá tính khả thi, tính kinh tế của đề tài
Thu thập số liệu, thiết kế hệ thống và tính toán kinh tế cho các hệ thống năng lượng tái tạo là những bước quan trọng nhằm áp dụng hiệu quả vào thực tế Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn đảm bảo tính khả thi kinh tế cho các dự án năng lượng tái tạo.
GIỚI THIỆU CÁC THÀNH PHẦN TRONG
Panel mặt trời
Panel mặt trời, hay còn gọi là panel quang điện mặt trời, là phần cốt lõi của hệ thống điện mặt trời, có chức năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện Hiệu suất của panel mặt trời phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời; ánh sáng mạnh sẽ tạo ra công suất cao hơn Hầu hết các panel mặt trời được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện ghép lại, trong đó mỗi pin mặt trời thông dụng chỉ sản xuất khoảng 0.5V điện, do đó cần ghép nối chúng để tạo ra điện áp hữu dụng cho nhu cầu sử dụng.
Nối các panel mặt trời lại với nhau giúp tạo thành một mảng năng lượng lớn hơn Khi kết nối nhiều panel, ta có thể tăng cường độ dòng điện bằng cách mắc song song hoặc nâng cao điện áp bằng cách mắc nối tiếp Dù là phương pháp nào, việc kết hợp cả hai cách nối sẽ làm tăng công suất toàn hệ thống.
Bộ hòa lưới điện mặt trời (Inverter)
Khi tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh sáng mặt trời, chúng chuyển đổi năng lượng này thành dòng điện một chiều Dòng điện này sau đó được truyền đến bộ chuyển đổi điện hòa lưới (inverter hòa lưới), nơi nó được biến đổi thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ điện.
Hệ thống Bộ hòa lưới điện mặt trời chuyển đổi hiệu quả năng lượng từ pin mặt trời, tối ưu hóa nguồn điện và cung cấp điện cho các nhu cầu sinh hoạt hàng ngày.
Hệ thống Inverter còn có chế độ thông minh Nó tự tìm và đồng bộ pha để kết nối điện mặt trời và điện lưới lại làm một
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của bộ hòa lưới điện mặt trời (Inverter)
Bộ hòa lưới điện mặt trời hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng Cụ thể, pin mặt trời tạo ra dòng điện một chiều (DC), sau đó bộ inverter sẽ chuyển đổi dòng điện này thành dòng điện xoay chiều (AC) Khi dòng điện đạt được pha và tần số tương thích, nó sẽ tự động hòa vào lưới điện.
Trong quá trình sử dụng điện mặt trời hòa lưới có 3 trường hợp xảy ra:
Khi nguồn điện mặt trời tạo ra bằng với điện tiêu thụ của các tải Lúc này tải sẽ tiêu thụ 100% từ điện năng lượng mặt trời
Khi nguồn điện mặt trời sản xuất không đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ, hệ thống sẽ tự động lấy thêm điện từ lưới điện để đảm bảo cung cấp đủ cho các thiết bị tiêu thụ.
Khi nguồn điện mặt trời sản xuất vượt quá nhu cầu tiêu thụ, lượng điện dư thừa sẽ được đưa trở lại lưới điện Nhà nước sẽ thu mua số điện dư này và hòa vào hệ thống điện lưới của bạn.
2.2.2 Phân loại bộ hòa lưới điện mặt trời
Có 2 loại chính là bộ hòa lưới có lưu trữ và bộ hòa lưới không lưu trữ:
Bộ hòa lưới có dự trữ đi kèm với bình ắc quy giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng Khi hệ thống pin mặt trời hoạt động, năng lượng sản xuất được ưu tiên nạp vào ắc quy dự trữ trước khi hòa vào điện lưới Trong trường hợp mất điện, các thiết bị ưu tiên sẽ chuyển sang sử dụng nguồn từ ắc quy, trong khi hệ thống pin mặt trời tiếp tục cung cấp năng lượng để sạc ắc quy, đảm bảo nguồn điện liên tục Khi điện lưới phục hồi, pin mặt trời sẽ sạc đầy ắc quy và hòa vào điện lưới như thường lệ.
Bộ hòa lưới điện mặt trời không có lưu trữ không đi kèm với ắc quy, nghĩa là khi pin mặt trời sản xuất điện dư, nguồn điện này sẽ được chuyển thẳng vào lưới điện mà không được lưu trữ Do đó, khi lưới điện bị cắt, hệ thống sẽ ngừng cung cấp điện cho các tải.
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG
Mặt bằng lựa chọn
Địa điểm: Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai
Diện tích lắp đặt PV: 60 m 2
Hướng lắp: mái hướng Đông Nam của căn nhà.
Tính toán phụ tải điện
Bảng kê khai công suất:
Phụ tải Số lượng(cái)
Công suất (W) Thời gian sử dụng (h)
Tủ lạnh Panasonic NR-BJ176 152 lít 1 130 24
Máy giặt Toshiba AW-E920LV
Bóng đèn huỳnh quang 1.2m (Rạng Đông)
Bộ Phát Sóng Wifi TP-Link TL-
Bảng phân tích hóa đơn tiền điện theo giá điện bậc thang
Tỷ lệ dùng điện ban ngày: 60% Đ
Lượng dùng điện ban ngày
3.2.1 Tính toán công suất tiêu thụ trong ngày và trong tháng Điện năng tiêu thụ trong một ngày (A ng ) của tải được xác định:
Aday = 69x3x3 + 130x1x24 +410x1x1+ 36x15x5 + 1200x4x12 + 67x3x8 + 160x2x3 + 5,4x2x24 + 600x1x1 + 15x4x24 = 69,078(kWh) pg 10 Điện năng tiêu thụ trong một tháng
Amonth = (69x3x3 + 130x1x24 +410x1x1+ 36x15x5 + 1200x4x12 + 67x3x8 + 160x2x3 + 5.4x2x24 + 600x1x1 + 15x4x24) x 30 = 2 072, 346kWh Điện năng tiêu thụ trong một năm
3.2.2 Lựa chọn sơ đồ khối
Do hạn chế về tình hình tài chính của khách hàng và diện tích lắp đặt chỉ có 60 m2, nên hệ thống chỉ có thể lắp tối đa 30 tấm pin Vì vậy, chúng tôi quyết định lắp đặt hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ.
3.2.3 Số tấm pin tính toán
Số lượng module pin mặt trời được tính toán theo công thức
Ta có số giờ nắng trung bình hang ngày trong năm tại một số địa phương
Nên chỉ lắp đặt được tối đa 30 tấm pin
3.2.4 Xác định cách ghép nối các tấm pin
Xác định số tấm pin mắc nối tiếp
Ta có công thức sau
Inverter VlV PV có điện áp định mức đầu vào từ 320-800V, với kế hoạch lắp đặt 30 tấm pin mặt trời, mỗi tấm có điện áp đỉnh 37.5V Tuy nhiên, chúng ta sẽ chọn điện áp làm việc thấp hơn giá trị do nhà sản xuất cung cấp, cụ thể là 36V.
Số tấm pin nối tiếp= 540/36 (module)
Số dãy tấm pin mắc song song
Tính toán bộ pin lưu trữ
Cbat=Ang.Nd/D.ninv= 2072.346 x2/50% x85%52.616(kWh)
Cbat(Ah)t(kWh)/V lvsys= 9752.616/540Ah
3.2.5 Tính toán công suất của bộ inverter:
Ta có công suất đỉnh của phụ tải là:
Công suất của bộ inveter được tính như sau: pg 12
3.2.6 Lựa chọn hãng sản xuất, công suất và công nghệ tấm pin
Công nghệ tấm pin lựa chọn: Đa tinh thể (polycristaline)
Hãng sản xuất: AE solar Đặc điểm tấm pin: 72 cell, công suất đỉnh: 320 W Đặc tính kĩ thuật tấm pin pg 13
Chọn Inverter hòa lưới TRIO-8.5-TL-OUTD công suất 8.7kW 3 pha pg 14
Nguồn điện sử dụng trong hệ thống điện là nguồn 1 pha Lựa chọn dây dẫn/ cáp theo điều kiện phát nóng./ cáp theo điều kiện phát nóng
Việc chọn dây dẫn phải dựa trên điều kiện phát nóng lâu dài, đảm bảo rằng cách điện của dây không bị hư hỏng do nhiệt độ vượt quá mức an toàn Để đạt được điều này, dòng điện phát nóng cho phép của dây cần phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại Đối với dây/cáp trên không, việc tuân thủ các tiêu chuẩn này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất.
𝐼 𝑙𝑣𝑚𝑎𝑥 : Dòng làm việc cực đại
𝐾 : Tích các hệ số hiệu chỉnh
𝐾 1 : Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt
𝐾 2 : Thể hiện ảnh hưởng tương hổ của hai mạch đặt liền kề nhau
𝐾 3 : Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện
Dây nối giữa các pin trong chuỗi:
Dựa vào điều kiện lắp đặt và phương pháp đi dây cho hệ thống, các hệ số K sẽ được lựa chọn phù hợp Thông tin này được trích dẫn từ giáo trình "Cung cấp điện" của PGS TS Quyền Huy Ánh.
K2=0.82 (Hàng đơn nằm ngang hoặc trên máng đứng)
Công suất tiêu thụ: Ptt = 24686W
– J: là mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)
– S: là tiết diện dây dẫn (mm²)
+ Đối với dây đồng: Mật độ dòng điện cho phép JCu = 6 A/mm²
+ Đối với dây nhôm: Mật độ dòng điện cho phép JAl = 4,5 A/mm²
Vậy tiết diện tối thiểu của dây điện đường trục chính trong gia đình là 25,8mm² Để dự phòng phát triển phụ tải nên sử dụng cỡ dây 35mm²
Chọn dây kết nối từ inverter đến các chuỗi song song
K2=0.82 (Hàng đơn nằm ngang hoặc trên máng đứng)
Theo Giáo trình Cung cấp điện của PGS.TS Quyền Huy Ánh, trong thiết kế và lựa chọn dây dẫn, chúng ta nên sử dụng cáp điện lực CV ruột dẫn bằng đồng nhiều sợi xoắn, cách điện PVC 660V do công ty CADIVI sản xuất, với các thông số phù hợp cho từng tủ phân phối.
Tiết diện danh định (mm2 ): 11
Số sợi/đường kính sợi (N/mm): 7/1,4
Trọng lượng gần đúng (kg/km): 132
Tính toán chọn dây dẫn và CB trên phần mềm Etap pg 17 pg 18
Tính toán và nhận xét về tính kinh tế,mức độ hoàn vốn của đề tài
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ
Tổng quan năng lượng gió
Việt Nam sở hữu vị trí địa lý đặc biệt với bờ biển dài và khí hậu nhiệt đới gió mùa, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển năng lượng gió.
Nguồn dữ liệu tiềm năng gió của Việt Nam được thu thập từ 150 trạm khí tượng thủy văn, cho thấy tốc độ gió hàng năm trên đất liền dao động từ 2 đến 3 m/s, trong khi khu vực ven biển có tốc độ gió cao hơn, từ 3 đến 5 m/s Đặc biệt, tại các khu vực đảo, tốc độ gió trung bình đạt từ 5 đến 8 m/s Hơn 39% tổng diện tích Việt Nam được ước tính có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65 m, tương đương với tổng công suất lên tới 512 GW Đáng chú ý, hơn 8% diện tích đất nước được đánh giá có tiềm năng gió rất tốt.
Bản đồ gió của Ngân hàng Thế giới bị nhiều chuyên gia cho rằng quá lạc quan và có thể chứa đựng những lỗi nghiêm trọng, vì tiềm năng gió được đánh giá dựa trên chương trình mô phỏng So sánh số liệu đo gió thực tế từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) với dữ liệu từ bản đồ gió của Ngân hàng Thế giới cho thấy rằng số liệu thực tế thường thấp hơn nhiều so với các số liệu tương ứng.
Công ty REVN đã lắp đặt thành công 20 tua-bin tại nhà máy điện gió ở Bình Thuận, trong đó 12 tua-bin đã đi vào vận hành Ngoài dự án này, nhiều dự án điện gió khác cũng đang được triển khai ở các giai đoạn khác nhau Tại Ninh Thuận, có 9 nhà đầu tư, cả trong nước và quốc tế, đã đăng ký phát triển hơn 1.000 MW điện gió Bảng dưới đây cung cấp thông tin về tình hình phát triển các dự án điện gió ở từng tỉnh tính đến tháng 7/2010.
Phát triển điện gió đang trở thành xu thế toàn cầu với mức tăng trưởng vượt trội so với các nguồn năng lượng khác Khác với điện hạt nhân, điện gió không yêu cầu quy trình kỹ thuật và giám sát nghiêm ngặt Nhờ vào kinh nghiệm thành công trong phát triển điện gió của Ấn Độ, Trung Quốc và Philippines, cùng với lợi thế địa lý của Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có khả năng phát triển năng lượng điện gió, góp phần vào sự phát triển chung của nền kinh tế.
Các thành phần của hệ thống phát điện gió
Cánh quạt là bộ phận chính của turbine gió, có chức năng chuyển đổi năng lượng gió thành cơ năng để quay máy phát điện Được thiết kế với hình dạng khí động học và khả năng chịu lực cao, chiều dài của cánh quạt ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của turbine Thông thường, các turbine gió có công suất từ 2,0 đến 3,0 MW sẽ có chiều dài cánh từ 40 m đến 50 m.
Máy phát điện, hay còn gọi là alternator, có chức năng chuyển đổi năng lượng cơ học từ rotor thành năng lượng điện Có hai loại máy phát chính được sử dụng là máy phát đồng bộ và máy phát không đồng bộ Đối với các ứng dụng nhỏ, máy phát công suất vài kW thường là máy tự kích một pha.
3 pha Còn các máy phát công suất dưới 1 kW thường dùng là máy phát nam châm vĩnh cửu điện áp xoay chiều 1 pha
Miếng chụp (spinner) được sử dụng để che chắn liên kết giữa máy phát và cánh quạt, có thiết kế khí động học nhằm giảm áp lực gió tác động lên turbine, đồng thời cũng mang lại yếu tố thẩm mỹ cho tổng thể hệ thống.
(4) – Trục đế (tower mount): Phần liên kết giữa trụ đỡ và turbine gió
(5) – Vỏ turbine (Nacelle): có nhiệm vụ bảo vệ máy phát và các thành phần bên trong turbine gió
Đuôi hướng gió, nằm phía sau turbine, có nhiệm vụ định hướng turbine đối diện với hướng gió Khi gió mạnh, đuôi sẽ nghiêng một góc so với trục quay của roto, giúp cánh turbine lệch khỏi hướng gió Điều này giảm áp lực gió lên cánh quạt, bảo vệ chúng khỏi hư hỏng và ngăn chặn turbine quay quá nhanh, tránh hư hại cho trục máy phát.
Turbine gió bắt đầu tăng tốc từ từ, với tùy chọn 3 hoặc 5 lưỡi quạt để phù hợp với các khu vực có tốc độ gió khác nhau, đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng gió cao hoặc thấp.
- Dễ dàng cài đặt, ống hoặc mặt bích kết nối tùy chọn
Lưỡi quạt gió được sản xuất bằng công nghệ ép phun chính xác, giúp tối ưu hóa hình dạng khí động học và cấu trúc Công nghệ này không chỉ tăng cường hiệu suất sử dụng năng lượng gió mà còn nâng cao sản lượng hàng năm.
- Cấu trúc đúc hợp kim nhôm, với 2 vòng bi xoay, làm cho sản phẩm chịu được sức gió mạnh hơn và chạy một cách an toàn hơn
Bằng sáng chế cho máy phát điện xoay chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu đã được cấp, với stato đặc biệt giúp giảm mô-men xoắn Thiết kế này không chỉ phù hợp cho bánh xe gió mà còn cho các máy phát điện khác, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho toàn bộ hệ thống.
- Điều khiển, biến tần có thể được thay đổi dòng điện tùy theo nhu cầu cụ thể của khách hàng
- Ổn định, an toàn, tiếng ồn thấp
- Đảm bảo chất lượng CE / chứng nhận ISO
Có 2 loại trụ cơ bản: loại tự đứng và loại giăng cáp
- Trục tự đứng - Trục giăng cáp
Hệ thống điện gió cho hộ gia đình thường sử dụng trụ giăng cáp, có chi phí thấp hơn và bao gồm các phần như giàn khung, ống và cáp Loại hệ thống treo này dễ lắp đặt hơn so với hệ thống tự đứng.
Hệ thống trụ có khả năng nghiêng và hạ xuống mặt đất trong điều kiện thời tiết xấu như bão, tuy nhiên, trụ nhôm dễ gãy và không nên được sử dụng Hầu hết các nhà sản xuất turbine cung cấp gói hệ thống năng lượng gió bao gồm cả trụ Việc gắn turbine trên nóc mái nhà không được khuyến khích do tất cả các turbine đều tạo ra rung động, có thể gây tiếng ồn và ảnh hưởng đến cấu trúc của nhà Ngoài ra, luồng xoáy lớn có thể làm giảm tuổi thọ của turbine.
Bộ điều khiển (controller or regulator) là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ turbine gió thành dòng điện một chiều để sạc acquy, đồng thời kiểm soát tự động quá trình nạp và phóng điện của acquy Nó theo dõi trạng thái của acquy thông qua hiệu điện thế trên các điện cực, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
Khi gió mạnh hoặc acquy đã được sạc đầy, bộ điều khiển sẽ ngắt toàn bộ tải khỏi máy phát để bảo vệ acquy khỏi tình trạng nạp quá mức, đồng thời chuyển toàn bộ năng lượng sang bộ tiêu tán năng lượng (Dump Load).
Trong trường hợp gió mạnh vượt mức an toàn, các turbine gió nhỏ không có chế độ tự điều chỉnh sẽ được bộ điều khiển hãm điện từ để giảm tốc độ quay hoặc ngừng hoạt động, nhằm bảo vệ turbine khỏi hư hỏng.
Khi chọn mô hình phát điện gió cho hộ gia đình, nên sử dụng máy phát gió có công suất từ 150W đến 300W kết hợp với hệ thống năng lượng mặt trời Điện năng sản xuất sẽ được lưu trữ vào ắc quy 25 quy và sau đó được chuyển đổi từ điện một chiều 12V hoặc 24V thành điện xoay chiều 220V qua bộ biến tần, giúp cung cấp năng lượng cho chiếu sáng, thiết bị thu thanh, thu hình và quạt công suất nhỏ.
Tuabin gió 3 cánh, làm từ gỗ hoặc composite, được thiết kế với cột tháp 3 hoặc 4 chân và cột đơn có dây néo Máy phát điện hoạt động mà không cần hộp số, cung cấp điện một chiều để nạp acquy Hệ thống này phù hợp cho hộ gia đình tiêu thụ từ 4 đến 6 bộ đèn (7W đến 20W), cùng với các thiết bị như tivi và radio.
4.2.5 Hệ thống dự trữ năng lượng
Hệ thống lưu trữ điện 1 chiều bao gồm nhiều bình acquy khô nối tiếp, cung cấp điện khi turbine gió không hoạt động hoặc hoạt động yếu Những bình acquy này chuyển đổi điện DC thành điện xoay chiều (AC) cho các thiết bị sử dụng Bình acquy khô được ưa chuộng hơn vì dễ bảo quản, bảo trì và an toàn, mặc dù giá thành cao hơn so với acquy nước Số lượng bình acquy cần thiết phụ thuộc vào bộ chuyển đổi điện DC sang AC, với dung lượng bình thông dụng là 200Ah.
Thiết kế lắp đặt hệ thống điện gió quy mô nhỏ
4.3.1 Chọn mô hình hệ thống phát điện
Chọn turbin gió phát điện bằng phương pháp sử dụng hệ thống phát điện gió không kết nối lưới pg 26
Năng lượng từ turbine gió sẽ được lưu trữ vào acquy Khi acquy đạt dung lượng tối đa, bộ điều khiển sẽ tự động chuyển toàn bộ năng lượng sang tải tiêu thụ dự phòng (dumpload) để bảo vệ acquy khỏi tình trạng nạp quá mức, tránh gây hư hỏng.
Mô hình này ngày càng phổ biến nhờ vào việc dễ dàng lắp đặt và khả năng thích ứng với những khu vực đồi núi, cũng như những vùng xa xôi không có lưới điện.
Nhược điểm: gây ô nhiễm môi trường (dùng acquy) Phải có chế độ bảo quản tốt nếu không sẽ dẫn đến cháy nổ
Tua bin gió chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng dưới dạng dòng điện AC Dòng điện AC này sau đó được chỉnh lưu thành dòng DC và được điều khiển bởi hệ thống Controller.
Bộ điều khiển cung cấp dòng điện một chiều (DC) để sạc cho acquy, đồng thời có khả năng ngắt dòng sạc khi acquy đã được nạp đầy, chuyển đổi sang bộ tiêu tán năng lượng.
Inverter: Khối Inverter sẽ nghịch lưu dòng DC nhận từ Controller thành dòng AC với tần số thích hợp để cung cấp cho tải
Tốc độ gió trung bình theo tháng tại Tp.HCM
Tháng Th1 Th2 Th3 Th4 Th5 Th6 Th7 Th8 Th9 Th10 Th11 Th12 m/s 3.62 3.89 3.68 4.2 3.72 3.05 3.2 4.01 3.17 2.32 2.94 3.32
Ta có tốc độ gió trung bình tại Tp.HCM trong một năm là:
Với hiệu suất 40%, điều kiện không khí tiêu chuẩn, cánh quạt rotor có đường kính 7m (m), năng lượng tính được:
Công suất trung bình 1 tuabin theo ngày
Năng lượng của mỗi tuabin kWh
Dự trù vật tư cho hệ thống năng lượng gió
STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá Thành tiền
1 Máy phát điện năng lượng gió (10Kw) 4 150,000,000 600,000,000
2 Bộ điều khiển sạc gió PWM 12V/24V
3 Inverter hòa lưới có dự trữ sofar solar
4 Ắc Quy Viễn Thông Largestar 12V-
Thời gian hoàn vốn = Tổng phí đầu tư
Thu nhập trung bình 1 năm
Công suất phát điện 1 ngày (kWh) 54.33
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN
Tổng quan về năng lượng gió và sóng biển
Đại dương là nguồn năng lượng tái tạo vô tận, có khả năng cung cấp tới 100.000 TWh/năm, trong khi nhu cầu điện năng toàn cầu chỉ khoảng 16.000 TWh/năm Gần đây, năng lượng từ sóng biển đã thu hút sự chú ý lớn, và việc khai thác năng lượng từ sóng biển là một giải pháp tiềm năng cho vấn đề năng lượng toàn cầu.
Việt Nam sở hữu bờ biển dài hơn 3.260 km và tiềm năng năng lượng sóng biển phong phú Mặc dù đã có một số nghiên cứu về mật độ năng lượng sóng biển tại đây, nhưng hiện tại vẫn thiếu chính sách và cơ chế để triển khai các dự án khai thác năng lượng này một cách thực tiễn.
Hiện có nhiều công nghệ để biến năng lượng sóng biển vào điện năng và ngày nay vẫn còn chưa biết được công nghệ nào sẽ thắng.
Khái niệm
Sóng đại dương được hình thành từ gió, mà gió lại do mặt trời tạo ra thông qua sự chuyển động của các khối khí do chênh lệch nhiệt độ Do đó, năng lượng của sóng có thể được coi là một dạng năng lượng mặt trời gián tiếp.
Năng lượng sóng có khả năng quay tuabin phát điện thông qua một trạm phát điện sử dụng kỹ thuật đơn giản Thiết bị bằng bêtông rỗng được đặt chìm trong máng rãnh ngoài khơi để "bắt" sóng Khi sóng vào khoang, nước dâng lên đẩy không khí qua lỗ thoát với tuabin, làm quay tuabin và sản xuất điện Khi sóng hạ, không khí được kéo trở lại khoang, tiếp tục tạo ra chuyển động quay cho tuabin.
Khai thác năng lượng từ sóng biển
Để khai thác năng lượng từ sóng, người ta áp dụng phương pháp dao động cột nước Sóng biển tác động vào bờ, làm tăng mực nước trong một buồng chứa được xây dựng ở vùng ven biển, một phần chìm dưới nước Khi nước dâng lên, không khí trong buồng bị đẩy ra qua một lỗ vào turbine Khi sóng rút, mực nước trong buồng giảm, hút không khí qua turbine theo chiều ngược lại Quá trình này làm cho turbine quay, từ đó quay một máy phát để tạo ra điện.
Các cách khai thác năng lượng sóng biển:
Máy phát điện cánh ngầm
Mật độ năng lượng sóng biển tiềm năng trung bình cho mỗi khu vực được xác định bằng tổng mật độ năng lượng sóng của các tỉnh trong khu vực đó Công suất năng lượng sóng trung bình hàng năm được tính bằng cách nhân mật độ năng lượng với chiều dài bờ biển Tổng công suất năng lượng sóng (TWh) trong một năm được tính bằng cách nhân công suất trung bình với 12 tháng.
Tiêu chí phân loại cấp độ theo mật độ năng lượng sóng trung bình năm
Khánh Hòa Chiều dài(km): 385
Tháng Năng lượng sóng(kW/m)
Công suất trung bình(TW/tháng)
Tổng công suất NLS năm (TWh)
THỦY ĐIỆN
Tổng quan
Hơn 2.000 năm trước, người Hy Lạp cổ đại đã phát triển công nghệ khai thác sức nước thông qua việc sử dụng bánh xe guồng nước để xay gạo Đến năm 1880, nhà phát minh Lester đã tiếp tục cải tiến công nghệ này, mở ra những ứng dụng mới trong việc sử dụng năng lượng nước.
A Pelton khám phá ra nguyên lý phát điện từ sức nước trong một chuyến thăm mỏ khai thác vàng gần nhà Những người thợ mỏ đã đặt các guồng quay bằng gỗ bên dòng suối Nước chảy làm quay trục guồng, từ đó làm quay những chiếc cối xay đá sa khoáng chứa vàng
Nhà khoa học H.J Rogers, với hiểu biết về nguyên lý phát điện từ trục quay, đã thay thế guồng gỗ bằng máy phát điện Chỉ sau hai năm, ông đã xây dựng nhà máy thủy điện đầu tiên trên thế giới tại Wisconsin, Hoa Kỳ, đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên thủy điện cho nhân loại.
Những khái niệm
Dòng chảy: Dòng chảy là sự chuyển động có hướng của các hạt nước
Thủy năng là nguồn năng lượng được khai thác từ lực của dòng nước, phục vụ cho các mục đích có lợi Đập chứa nước là công trình được xây dựng để ngăn chặn dòng nước mặt hoặc dòng nước ngầm, nhằm mục đích khai thác và sử dụng tài nguyên nước hiệu quả.
Trạm thủy điện
Nhà máy thủy điện được phân loại theo các cách sau: pg 36
Phân loại theo công suất lắp máy
Phân loại theo điều kiện chịu áp lực nước thượng lưu
Phân loại theo cột nước của tram thủy điện
Phân loại theo kết cấu nhà máy
Nguyên lý chung của một trạm thủy điện
Máy phát điện là thiết bị chuyển đổi cơ năng từ turbine thành điện năng cho hệ thống điện, thường là máy phát đồng bộ ba pha với vòng quay thấp và cực lồi Các thành phần chính của máy phát bao gồm rotor (phần quay), stator (phần tĩnh), hệ thống kích từ, hệ thống làm nguội, hệ thống chống cháy và hệ thống nén nước.
Cấu tạo bộ phận của hai kiểu máy phát
- Rotor gồm có máy gắn trên trục, khung và vành bánh để gắn các cực từ
- Stator của máy phát: Stator của máy phát gồm: thép từ, cuộn dây và thân để gắn cực từ
- Công suất định mức là công suất tác dụng lớn nhất của máy phát NMP , (kW);
- Công suất biểu kiến : S = NMP /cosφ = 3 UI, (kVA)
- Công suât vô công : Q = S sinφ = 3 UI sin φ, (var)
Khi NMP < 4 MW thì điện áp máy phát : U MF = 3,15 kV;
NMP ≤ 15 MW thì điện áp máy phát : U MF = 6,3 kV;
NMP ≤ 70 MW thì điện áp máy phát : U MF = 10,5 kV;
NMP > 70 MW thì điện áp máy phát : U MF = 18 kV pg 37
6.3.3 Hệ thống truyền tải và phân phối
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, lưới điện và hộ tiêu thụ, tất cả được kết nối với nhau để thực hiện bốn quá trình chính: sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng.
Hiệu quả kinh tế và tác động môi trường của thủy điện
6.4.1 Hiệu quả kinh tế từ thủy điện
Giá thành xây dựng, vận hành và sản xuất thủy điện thay đổi lớn tùy thuộc vào vị trí, nguồn vốn, điều kiện tài chính, mức độ bảo tồn môi trường và hiệu quả quản lý Dù vậy, thủy điện vẫn là một trong những nguồn năng lượng tái tạo có chi phí thấp nhất so với nhiều dạng năng lượng khác.
Chi phí nhân công cho việc vận hành nhà máy thủy điện khá thấp nhờ vào mức độ tự động hóa cao, dẫn đến việc cần ít nhân sự trực tiếp có mặt tại công trường trong quá trình hoạt động.
Các nhà máy thủy điện có tuổi thọ cao hơn các nhà máy nhiệt điện, với tuổi thọ có thể đạt tới 50-100 năm
- Ảnh hưởng mang tính xã hội
Thủy điện tại Việt Nam
6.5.1 Tình hình năng lượng thủy điện tại Việt Nam
Tổng công suất thủy điện của Việt Nam lý thuyết đạt khoảng 35.000MW, trong đó 60% tập trung ở miền Bắc, 27% ở miền Trung và 13% ở miền Nam Đến năm 2013, đã có 268 dự án thủy điện đi vào hoạt động, với tổng công suất 14.240,5 MW Năm 2014, thủy điện chiếm khoảng 32% tổng sản xuất điện Hiện nay, các dự án thủy điện lớn có công suất trên 100MW gần như đã được khai thác hết.
Trong những năm qua, bên cạnh các dự án lớn được EVN đầu tư với nguồn vốn và kế hoạch thực hiện đúng tiến độ, nhiều dự án vừa và nhỏ do các chủ đầu tư ngoài ngành điện thường gặp phải tình trạng chậm tiến độ hoặc bị dừng lại Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.
(1) Nền kinh tế nước ta trong thời gian qua gặp khó khăn
Các dự án không đạt hiệu quả, không đáp ứng đủ công suất theo quy hoạch và nghiên cứu khả thi, đồng thời có chi phí đầu tư quá cao, dẫn đến khó khăn trong việc hoàn vốn.
Các dự án do chủ đầu tư thiếu năng lực tài chính hoặc kinh nghiệm quản lý thường gặp phải tình trạng chất lượng công trình kém và thời gian thi công kéo dài.
Một số dự án thủy điện đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái, dẫn đến việc chặt phá rừng trên diện rộng và tác động tiêu cực đến hạ du, do đó đã bị thu hồi và tạm loại ra khỏi quy hoạch Mặc dù ngành điện nước ta đã đa dạng hóa nguồn cung, thủy điện vẫn giữ vai trò quan trọng, chiếm khoảng 32% trong tổng sản xuất điện vào năm 2014 Dự báo từ Quy hoạch điện VII cho thấy tỷ trọng thủy điện sẽ vẫn cao, với 23% vào năm 2020 và 2030.
Ngoài việc phát điện, các nhà máy thủy điện còn có vai trò quan trọng trong việc cắt và chống lũ cho khu vực hạ du trong mùa mưa bão Đồng thời, chúng cũng cung cấp nước cho sản xuất và nhu cầu sinh hoạt của người dân trong mùa khô.
Thứ tự Tên nhà máy
Tổng công suất Sản lượng cực đại (hàng năm)
1994 1920 MW 8.16 tỷ kW 9.45 tỷ m3 pg 39
2016 6500Mv 25 tỷ KW 224,28km2 và 39,63 km2
6.5.2 Các khó khăn trong việc khai thác nguồn năng lượng thủy điện tại Việt Nam
Trong những năm qua, nhiều tỉnh đã không chú trọng đúng mức đến quy hoạch và cấp phép cho các dự án TĐN do quan niệm sai lầm về tính "nhỏ" của chúng Việc thiếu sự thẩm định nghiêm túc về thiết kế, xây dựng và vận hành đã khiến TĐN trở thành một "phong trào" tự phát, thiếu quản lý đồng bộ, đặc biệt ở các tỉnh miền Trung Hệ quả là các sự cố như phá rừng đầu nguồn, vỡ đập và lũ lụt đã xảy ra, gây thiệt hại lớn về kinh tế, xã hội và môi trường cho cộng đồng vùng sâu, vùng xa Từ năm 2012 đến 2013, TĐN đã trở thành vấn đề nổi bật trong nhiều kỳ họp của Quốc hội.
Mặc dù diện tích đất và rừng bị ảnh hưởng bởi một công trình TĐN là tương đối nhỏ, thực tế cho thấy diện tích rừng bị chặt phá ngày càng gia tăng Nguyên nhân chủ yếu là do các nhà đầu tư lợi dụng sự quản lý lỏng lẻo và việc xây dựng đường giao thông phục vụ cho công trình.
Một hệ lụy tiêu cực khác là việc lâm tặc lợi dụng các con đường đã được mở qua rừng để chặt phá, vận chuyển và buôn bán gỗ lậu Hậu quả là diện tích rừng bị tàn phá lớn hơn nhiều so với diện tích cần thiết cho nhà máy TĐN.
Theo quy định của Chính phủ, sau khi hoàn thành công trình, chủ đầu tư phải khôi phục hiện trường bằng cách phá dỡ, thu dọn nhà xưởng, san lấp mặt bằng và trồng lại rừng để bù đắp diện tích rừng bị mất Tuy nhiên, nhiều nhà đầu tư không tuân thủ nghiêm túc các quy định này, dẫn đến tình trạng môi trường tại các công trình TĐN bị tàn phá nghiêm trọng.
Một vấn đề khác là do công tác điều tra và khảo sát nguồn thủy năng chưa đầy đủ, dẫn đến một số nhà máy thủy điện hoạt động với hệ số công suất thấp Những nhà máy này chỉ có khả năng vận hành trong mùa mưa, trong khi vào mùa khô, công suất phát điện giảm sút đáng kể, thậm chí không thể hoạt động.
Hình ảnh một nhà máy thủy điện bị sạt lỡ đất
6.5.3 Tiềm năng của năng lượng thủy điện trong tương lai
Việc phát triển thủy điện sẽ tạo ra nhiều cơ hội cho sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Khi các công trình thủy điện hoàn thành, chúng sẽ cung cấp một lượng điện năng lớn cho lưới điện quốc gia, giúp giảm tình trạng thiếu hụt điện năng hiện tại Hơn nữa, sự phát triển này cũng thu hút nhiều nhà đầu tư trong và ngoài tỉnh, đồng thời tạo ra việc làm cho lao động địa phương.
Việc phát triển thủy điện không chỉ mang lại nguồn thu ngân sách cho tỉnh mà còn tạo ra quỹ chia sẻ lợi ích, từ đó giúp đầu tư cải thiện môi trường sống cho người dân ở khu vực bị ảnh hưởng.
Thủy điện nhỏ như Thủy điện Nậm Sì Lường mang lại nhiều lợi ích thiết thực, cung cấp điện cho hơn 100 hộ dân tại xã Bum Nưa và các cơ quan hành chính ở thị trấn Mường Tè Dù công suất thiết kế chỉ 0,5MW, thủy điện này đã góp phần quan trọng trong việc cung cấp điện cho khu vực khi lưới điện quốc gia chưa đến được, đảm bảo nguồn điện ổn định cho cuộc sống và hoạt động của người dân trong thời gian dài.
Trong chuyến thăm tỉnh Lai Châu vào cuối tháng 1/2010, Tổng Bí thư Nông Đức Mạnh đã nhấn mạnh rằng thuỷ điện là một lợi thế lớn, giúp phát triển hạ tầng giao thông và sắp xếp dân cư Việc xây dựng các nhà máy thuỷ điện không chỉ tạo ra nguồn ngân sách cho đầu tư phát triển mà còn hỗ trợ Lai Châu thực hiện các mục tiêu xoá đói giảm nghèo và nâng cao đời sống cho đồng bào các dân tộc Đồng thời, đây cũng là cơ hội để tái định cư theo mô hình nông thôn mới với các tiêu chí cụ thể.
Toàn cảnh thủy điện Bản Cát pg 42
NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT
Tổng quan
Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng được khai thác từ nhiệt độ bên trong Trái Đất, xuất phát từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, sự phân hủy phóng xạ của khoáng vật, và năng lượng mặt trời hấp thụ tại bề mặt Từ thời La Mã cổ đại, năng lượng này đã được sử dụng cho việc nung nấu và tắm, nhưng hiện nay chủ yếu được dùng để phát điện Tính đến năm 2007, trên toàn cầu đã lắp đặt khoảng 10 GW công suất điện địa nhiệt, đáp ứng 0,3% nhu cầu điện năng toàn cầu Ngoài ra, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt cũng đã được lắp đặt để phục vụ cho các mục đích như sưởi ấm, spa, quy trình công nghiệp, lọc nước biển và nông nghiệp tại một số khu vực.
Khai thác năng lượng địa nhiệt là một giải pháp kinh tế, khả thi và thân thiện với môi trường, mặc dù trước đây bị giới hạn ở các khu vực gần ranh giới kiến tạo mảng Nhờ vào các tiến bộ khoa học kỹ thuật, phạm vi và quy mô của tài nguyên địa nhiệt đang được mở rộng, đặc biệt trong các ứng dụng sưởi ấm cho hộ gia đình Mặc dù các giếng địa nhiệt có thể giải phóng khí thải nhà kính từ sâu trong lòng đất, nhưng mức phát thải này vẫn thấp hơn nhiều so với việc đốt nhiên liệu hóa thạch Nếu được triển khai rộng rãi, công nghệ này có thể góp phần giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu.
Công nghệ khai thác các nguồn địa nhiệt
7.2.1 Nhà máy điện hơi khô – Dry steam ( Nhà máy phát điện trực tiếp)
Hơi nước khô được sử dụng ở nhiệt độ cao trên 250 ̊C cùng với một lượng nhỏ nước nóng từ bể địa nhiệt Hơi nước này được dẫn trực tiếp vào tuabin qua hệ thống ống dẫn, giúp quay máy phát điện hiệu quả.
Hệ thống nhà máy điện hơi khô đầu tiên được xây dựng tại Lardarello, Ý vào năm 1904, vẫn duy trì hiệu quả cho đến ngày nay Công nghệ này hiện đang được áp dụng tại The Geysers, Bắc California, nơi được coi là nguồn năng lượng địa nhiệt lớn nhất thế giới.
Hình 7.2 Nguyên lý của nhà máy điện địa nhiệt chạy băng hơi khô
7.2.2 Nhà máy điện đèn flash hơi ( Nhà máy phát điện gián tiếp )
Flash steam là công nghệ phổ biến trong ngành điện năng, sử dụng nước nóng từ hồ chứa địa nhiệt có nhiệt độ trên 360ºF (182ºC) Nước nóng này được phun lên bề mặt qua giếng nhờ áp suất tự nhiên, và khi áp suất giảm nhanh khi gần mặt đất, nước sẽ chuyển thành hơi nước Hơi nước sinh ra sẽ quay máy phát điện, trong khi lượng nước không bốc hơi sẽ được bơm trở lại bể địa nhiệt qua giếng bơm xuyên.
7.2.3 Nhà máy điện chu trình kép
Nhà máy điện chu trình sử dụng nhiệt độ nước trung bình từ 107ºC đến 182ºC từ hồ chứa địa nhiệt Chất lỏng hoạt động, thường là hợp chất hữu cơ có điểm sôi thấp như butan-Iso hoặc Iso-pentane, sẽ bay hơi và làm quay tua-bin để tạo ra điện Sơ đồ hỗn hợp sử dụng nước nóng có nhiệt độ dưới 200ºC, là nguồn nước nóng phong phú nhất trong nhiều vùng địa nhiệt Nước nóng dưới lòng đất được đưa lên dưới dạng siêu lỏng và được chuyển qua buồng trao đổi nhiệt, nơi nhiệt năng của nước địa nhiệt làm nước bốc hơi Hơi nước ở áp suất cao sau đó sẽ quay tua-bin của máy phát điện.
Nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt chạy bằng chu trình kép
Trong quá trình vận hành nhà máy điện đại nhiệt, hệ thống làm nguội đóng vai trò quan trọng Hai phương pháp làm nguội chính là sử dụng nước và không khí.
Các ứng dụng khác của địa nhiệt
7.3.1 Năng lượng địa nhiệt tự dùng
Máy bơm nhiệt địa nhiệt, hay còn gọi là máy bơm nhiệt nguồn đất, là phương pháp phổ biến để khai thác năng lượng địa nhiệt nhằm cung cấp nhiệt và làm mát cho các tòa nhà Chúng tận dụng nhiệt độ ổn định khoảng 50° F chỉ cách mặt đất vài feet Hệ thống này sử dụng không khí hoặc chất lỏng chống đóng băng được bơm qua các ống chôn dưới đất và sau đó tái lưu thông vào trong tòa nhà Vào mùa hè, chất lỏng sẽ di chuyển nhiệt từ tòa nhà xuống đất, trong khi vào mùa đông, quy trình được đảo ngược để cung cấp không khí và nước ấm cho hệ thống sưởi ấm của tòa nhà.
Lắp cột ống sinh thái để sưởi ấm cho tòa nhà
7.3.2 Nước nóng từ địa nhiệt
Dưới bề mặt trái đất, từ độ sâu 5 đến 10 km, có nhiều dòng nước nóng ngầm với nhiệt độ lên tới 6.000°C, có thể được khai thác làm nguồn năng lượng Những dòng nước nóng này thường xuất hiện dưới dạng suối nước nóng hoặc nguồn nước nóng phun trào, có thể chuyển đổi thành năng lượng điện hoặc sử dụng trực tiếp để sưởi ấm nhà ở và nhà kính trong nông nghiệp Ngoài ra, việc khai thác nước nóng từ địa nhiệt cũng có thể thực hiện bằng cách khoan sâu xuống lòng đất, bơm nước lạnh xuống và rút hơi nước nóng lên để sử dụng cho các mục đích dân dụng và công nghiệp.
7.3.3 Đồng phát nhiệt – điện từ địa nhiệt
Nhiều quốc gia trên thế giới đang chú trọng phát triển năng lượng địa nhiệt với những kết quả khả quan Tại thành phố Swabian (Bad Urach), miền Nam Đức, một nhà máy điện địa nhiệt đang được xây dựng với giếng khoan sâu 4.445m, nơi có nhiệt độ lên đến 1.700 độ C, dự kiến cung cấp năng lượng cho hơn 2.000 hộ dân Tương tự, Iceland, với dân số khoảng 300.000 người, đã khai thác điện địa nhiệt chiếm 1/3 tổng sản lượng điện quốc gia và cung cấp nước nóng cho 87% hộ dân.
Hiệu quả kinh tế và tác động môi trường
Chất lỏng địa nhiệt có thể được vận chuyển qua các khoảng cách dài tới 60 km trong đường ống cách nhiệt Tuy nhiên, chi phí cho các đường ống, thiết bị phụ trợ như máy bơm và van, cũng như chi phí bảo trì, đều khá cao, ảnh hưởng đến tổng chi phí vốn và chi phí hoạt động của nhà máy địa nhiệt Thực tế, chi phí vốn của nhà máy địa nhiệt thường cao hơn so với nhà máy sử dụng nhiên liệu thông thường Mặc dù vậy, chi phí năng lượng của nhà máy địa nhiệt lại thấp hơn, tương ứng với chi phí duy trì các yếu tố địa nhiệt Để bù đắp cho chi phí vốn cao, cần thiết kế hệ thống tài nguyên nhà máy sao cho có thể kéo dài thời gian hoàn vốn đầu tư ban đầu, nhằm tối ưu hóa tiết kiệm từ chi phí năng lượng.
Nước nóng từ lòng đất có thể mang theo khí như điôxít cacbon và hydro sunfua Khi các khí ô nhiễm này thoát ra, chúng góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, gây ra mưa axít và tạo ra mùi độc hại cho thực vật xung quanh.
Nước nóng từ nguồn địa nhiệt có thể chứa các nguyên tố vết nguy hiểm như thủy ngân, arsen và antimon, đặc biệt nếu được thải vào các con sông cung cấp nước uống Các nhà máy địa nhiệt có khả năng bơm các chất này trở lại lòng đất cùng với khí, ở dạng cô lập carbon.
Việc xây dựng các nhà máy phát điện có thể ảnh hượng ngược lại đến sự ổn định nền đất của khu vực xung quanh.
Tiềm năng và cơ hội khai thác địa nhiệt ở Việt Nam
7.5.1 Tiềm năng địa nhiệt ở Việt Nam
Việt Nam sở hữu tiềm năng địa nhiệt trung bình trên thế giới, nhưng có lợi thế là nguồn năng lượng này phân bố đồng đều khắp cả nước, tạo điều kiện cho việc sử dụng rộng rãi ở hầu hết các địa phương.
Việt Nam hiện có hơn 200 nguồn nước nóng với nhiệt độ từ 40 đến trên 100oC, đặc biệt tại đồng bằng sông Hồng, bồn địa nhiệt có khả năng cung cấp 1,16% tổng sản lượng điện quốc gia Tại Hà Nội, sản lượng điện thương phẩm ước tính đạt 5 tỷ kWh mỗi năm, trong đó một nửa được sử dụng cho điều hòa không khí Việc áp dụng công nghệ bơm nhiệt đất, với chi phí tương đương lắp đặt điều hòa, có thể tiết kiệm 0,8 tỷ kWh, tương đương 800 tỷ đồng mỗi năm và giảm phát thải hơn 250.000 tấn CO2.
Công nghệ khai thác năng lượng địa nhiệt đơn giản hơn so với các nguồn năng lượng tái tạo khác Để khai thác địa nhiệt ở vùng có nhiệt độ khoảng 200oC, người ta khoan giếng sâu từ 3-5km, đưa nước xuống để làm nước sôi và quay tuabin máy phát điện Nguồn địa nhiệt từ 80oC đến dưới 200oC có thể được sử dụng trực tiếp để sấy nông thủy sản hoặc sưởi ấm cho các căn hộ và nhà máy Trong khi đó, nguồn địa nhiệt dưới 80oC có thể phục vụ cho việc dưỡng bệnh và du lịch.
7.5.2 Lợi ích của năng lượng địa nhiệt tại Việt Nam
Hiện nay, với mức nhiệt hiện có, Việt Nam có khả năng khai thác địa nhiệt theo quy mô nhỏ và phân tán Có ba phương pháp chính để khai thác địa nhiệt, trong đó đầu tiên là phát điện công suất nhỏ với nhiệt độ thấp thông qua hệ thống phát điện ORC hoặc Kalina, chỉ cần nhiệt độ khoảng 100oC.
Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn địa nhiệt, chỉ cần khoan sâu 2km là có thể khai thác nhiệt phù hợp Việc khai thác nước nóng địa nhiệt không chỉ phục vụ cho xây dựng các tổ hợp công viên, đô thị nước khoáng nóng - sinh thái mà còn mang lại lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường Công nghệ bơm nhiệt đất (GSHP) giúp điều hòa không khí và tiết kiệm năng lượng, đồng thời bảo vệ môi trường Để nhà máy điện địa nhiệt hoạt động hiệu quả, nguồn nhiệt cần đạt từ 120-150°C trở lên, nơi nước được bơm đến bộ tách hơi, chuyển đổi thành hơi nước để chạy máy phát điện Hơi nước sau khi sử dụng sẽ được ngưng tụ và bơm trở lại lòng đất, trong khi nước nóng cũng có thể được sử dụng cho các mục đích khác như sưởi ấm, vệ sinh và tắm.
Việt Nam hiện có khoảng 264 nguồn suối nước nóng, phân bố đồng đều trên cả nước, như Kim Bôi ở Hòa Bình, Thạch Bích ở Quảng Ngãi và Bình Châu ở Bà Rịa-Vũng Tàu Những suối nước nóng này có nhiệt độ trung bình từ 70-100°C, được tìm thấy ở độ sâu khoảng 3km.
7.5.3 Khó khăn trong việc khai thác năng lượng địa nhiệt
Phát triển nguồn năng lượng tái tạo đối mặt với thách thức lớn, bao gồm yêu cầu về công nghệ hiện đại và nguồn vốn đầu tư khổng lồ, ước tính lên tới 2,5 triệu euro cho mỗi megawatt Việc khoan sâu để khai thác nguồn năng lượng này cũng gia tăng rủi ro tài chính đáng kể.
USD cho 1Mw Nhiệt điện, tính bình quân chi phí cho 1MW khoảng 1 triệu USD, với thuỷ điện còn lớn hơn)
Khai thác địa nhiệt tiềm ẩn nhiều rủi ro môi trường, mặc dù những rủi ro như đưa khí độc hay chất độc lên mặt đất không lớn Kỹ thuật xử lý địa chất phức tạp để tìm vùng tập trung địa nhiệt là điều kiện cần thiết để khai thác hiệu quả Trong trường hợp xấu nhất, nước nóng với áp lực cao có thể gây ra sự cố nghiêm trọng, như vụ việc năm 1999 khi dàn khoan bị cuốn phăng tạo thành hố sâu 30 mét Hơn nữa, nước nóng ở độ sâu thường chứa a-xít clohydric, có khả năng phá hủy các cấu trúc thép Nếu khoan xuyên qua tầng mác-ma, hiện tại chưa có công nghệ để kiểm soát, buộc phải chuyển sang lỗ khoan khác.
NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
Tổng quan
Năng lượng sinh khối (bioenergy) là nguồn năng lượng được chiết xuất từ vật chất như gỗ, rơm và rác thải động vật, hiện đang được ưa chuộng hơn so với nhiên liệu hóa thạch Những vật liệu này không chỉ có thể được đốt cháy để tạo ra nhiệt và năng lượng, mà còn có khả năng chuyển đổi thành các loại nhiên liệu sinh học (biofuel).
Than củi và dầu sinh học là những ví dụ tiêu biểu về nhiên liệu sinh học, được sản xuất từ gỗ và hạt cây trồng Sinh khối chứa vật liệu hữu cơ lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng năng lượng hóa học, được cây cối hấp thụ qua quá trình quang hợp trong giai đoạn phát triển Khi đốt cháy, năng lượng hóa học này được giải phóng dưới dạng nhiệt, phục vụ cho nấu nướng, sưởi ấm và làm nhiên liệu.
Khi thực vật phát triển, chúng hấp thụ khí các-bon-níc (CO2) từ môi trường và dự trữ qua quá trình quang hợp Khi thực vật phân hủy tự nhiên hoặc bị đốt cháy, một lượng CO2 tương đương được giải phóng Điều này cho thấy rằng năng lượng sinh khối không góp phần vào việc phát thải khí nhà kính.
Hiện trạng đóng góp của năng lượng sinh khối của Việt Nam
8.2.1 Năng lượng sinh khối tại Việt Nam
Tiềm năng sinh khối tại Việt Nam
Nguồn sinh khối chủ yếu bao gồm gỗ và phụ phẩm từ cây trồng Tiềm năng của các nguồn này đã được Viện Năng lượng đánh giá và trình bày trong các bảng dưới đây.
Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối của Việt Nam
Năng lượng sinh khối (NLSK) hiện chiếm 15% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu và 35-45% ở các nước đang phát triển, đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng Việt Nam, với điều kiện tự nhiên thuận lợi, có nguồn phụ phẩm từ nông, lâm nghiệp phong phú, nhưng hiện nay nhiều nguồn phụ phẩm này lại bị coi là rác thải, gây ô nhiễm môi trường Việc đốt rừng, rơm rạ và xả trấu xuống sông ở các vùng như miền Bắc và Đồng bằng sông Cửu Long là những ví dụ điển hình NLSK được khuyến khích sử dụng trong chu trình tuần hoàn ngắn, giúp cung cấp năng lượng cho phát triển kinh tế đồng thời bảo vệ môi trường.
Tiềm năng năng lượng sinh khối (NLSK) của Việt Nam rất phong phú với tổng trữ lượng khoảng 118 triệu tấn/năm, bao gồm 40 triệu tấn rơm rạ, 8 triệu tấn trấu, 6 triệu tấn bã mía và hơn 50 triệu tấn từ các phế liệu nông sản khác Nguồn sinh khối chủ yếu đến từ gỗ và phụ phẩm cây trồng, bao gồm rừng tự nhiên, rừng trồng, cây công nghiệp và cây ăn quả Theo Viện Năng lượng - Bộ Công Thương, tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng đạt gần 25 triệu tấn, tương đương 8,8 triệu tấn dầu thô, trong khi tiềm năng năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp lên đến gần 53,5 triệu tấn, tương đương 12,8 triệu tấn dầu thô Nguồn năng lượng này có khả năng tái sinh và phát triển bền vững trong vòng 30 năm tới.
- Tiềm năng lớn chưa được khai thác
Nhu cầu sử dụng công nghệ năng lượng sinh khối đang gia tăng mạnh mẽ, phản ánh sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước Việc ứng dụng các giải pháp năng lượng sinh khối không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng cao mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững.
Các chính sách và thể chế đang dần được thiết lập nhằm thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng sinh khối.
- Môi trường quốc tế thuận lợi, năng lượng tái tạo ngày càng được quan tâm và đầu tư phát triển
Kế hoạch hành động năng lượng giai đoạn 2005 – 2010 của các nước ASEAN đặt ra mục tiêu quan trọng là đạt ít nhất 10% điện tái tạo trong tổng sản lượng điện Mục tiêu này thể hiện cam kết của các quốc gia trong khu vực đối với việc phát triển bền vững và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
- Nhiều tổ chức quốc tế đang quan tâm đến việc phát triển năng lượng sinh khối ở Việt Nam
- Nhiều công nghệ đã được hoàn thiện, ứng dụng thương mại nên Việt Nam có thể nhập và ứng dụng, tránh được rủi ro về công nghệ pg 53
Sự cạnh tranh về nhu cầu nguyên liệu sinh khối
Sự cạnh tranh về chi phí công nghệ
Mặc dù năng lượng tái tạo (NLSK) mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho môi trường so với năng lượng hóa thạch, nhưng nó vẫn tồn tại một số tác động tiêu cực đến môi trường.
Thiếu nhận thức xã hội về năng lượng sinh khối
Thiếu các chính sách và thể chế cụ thể của chính phủ
8.2.2 Lợi ích của năng lượng sinh khối tại Việt Nam
Giảm thiểu sự phụ thuộc vào than đá và các nhiên liệu hóa thạch là điều cần thiết do sự cạn kiệt nguồn tài nguyên này trong những thập kỷ qua Bài viết này sẽ khám phá vai trò của chất đốt biomass (sinh khối) như một giải pháp thay thế hiệu quả cho nhiên liệu than đá truyền thống.
Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng quan trọng giúp tăng cường an ninh năng lượng quốc gia, đặc biệt ở nhiều nước châu Á Với việc sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa, năng lượng sinh khối không chỉ là giải pháp thay thế cho than đá và các nhiên liệu hóa thạch mà còn giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhập khẩu than, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng bền vững cho quốc gia.
Khuyến khích sự tham gia của các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong lĩnh vực năng lượng sinh khối là khả thi, bởi vì sản xuất năng lượng sinh khối không yêu cầu đầu tư lớn vào các nhà máy xử lý tổng hợp như nhiên liệu dầu, khí hay than đá Điều này tạo ra cơ hội cho các công ty trong nước tham gia vào lĩnh vực năng lượng tái tạo.
Nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp không chỉ dừng lại ở việc cung cấp lương thực và nguyên liệu công nghiệp, mà còn mở rộng sang lĩnh vực cung cấp năng lượng sạch, góp phần giảm thiểu khí nhà kính và khí độc hại Trong những năm qua, Thuận Hải đã nhận thấy rằng phát triển năng lượng sinh khối đóng góp đáng kể vào sự phát triển của nền nông nghiệp Việt Nam.
Sử dụng năng lượng sinh khối mang lại nhiều lợi ích môi trường, bao gồm việc giảm khoảng 70% khí CO2 và 30% khí độc hại so với than đá và xăng dầu Điều này nhờ vào hàm lượng lưu huỳnh cực nhỏ và 11% oxy có trong năng lượng sinh khối, giúp quá trình cháy diễn ra sạch hơn Hơn nữa, năng lượng sinh khối có khả năng phân hủy sinh học nhanh chóng, ít gây ô nhiễm cho nguồn nước và đất.
Năng lượng sinh khối có khả năng phân hủy sinh học cao gấp 4 lần so với than đá và dầu mỏ, giúp giảm đáng kể ô nhiễm đất và nước ngầm.
Sử dụng năng lượng sinh khối không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn hạn chế phát thải khí nhà kính, góp phần quan trọng trong việc ngăn chặn biến đổi khí hậu toàn cầu.
Nhiên liệu sinh học đóng vai trò quan trọng trong phát triển bền vững, với nguyên liệu sản xuất ưu tiên không sử dụng cho thực phẩm Những nguyên liệu này cần có năng suất và hiệu suất chuyển hóa cao, đồng thời có khả năng trồng trên đất nghèo dinh dưỡng và ao hồ hoang hóa Các phế liệu từ nông lâm nghiệp và công nghiệp chế biến được xem là nguồn nguyên liệu có chi phí thấp Phát triển nhiên liệu sinh học không chỉ giúp đảm bảo an ninh năng lượng mà còn giảm phát thải khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường.
8.2.3 Các khó khăn trong việc khai thác nguồn năng lượng sinh khối ở Việt Nam
Các sản phẩm nhiên liệu từ sinh khối
8.3.1 Các sản phẩm nhiên liệu khí từ sinh khối
Khí sinh học, được sản xuất từ máy phân hủy, có thể sử dụng để tạo ra nhiệt hoặc điện, thậm chí cả hai Nó có thể được ứng dụng trong các động cơ đốt trong lớn để điều khiển máy phát điện, với hệ thống làm mát bằng nước và khí thải cung cấp nhiệt cho quá trình chưng cất Khi được lọc để loại bỏ carbon dioxide và hydro sulfide, khí sinh học có thể tương tự như khí thiên nhiên và được sử dụng làm nhiên liệu cho xe cộ Nhiều động cơ mồi bằng tia lửa có thể chuyển sang chế độ hoạt động hai nhiên liệu, như một số công ty rác đã áp dụng cho thiết bị của họ.
8.3.2 Những sản phẩm nhiên liệu lỏng từ sinh khối
Nhiệt phân để sản xuất dầu sinh học
Nhiệt phân là phương pháp cổ xưa và đơn giản nhất để xử lý nhiên liệu, nhằm sản xuất nhiên liệu tốt hơn Phương pháp truyền thống biến gỗ thành than củi, hiện nay được gọi là nhiệt phân chậm, tuy nhiên vẫn còn lãng phí năng lượng.
Lên men để sản xuất ethanol
Lên men là quá trình xử lý kỵ khí, trong đó đường như C6H12O6 được chuyển hóa thành ethanol (C2H5OH) nhờ vi sinh vật Ethanol được tách ra thông qua chưng cất và mặc dù không thể thay thế hoàn toàn xăng dầu, nó có thể được sử dụng như một phụ gia cho xăng, với tỷ lệ lên đến 26% hoặc hơn trong tương lai Ngoài ra, ethanol có thể được sử dụng trực tiếp nếu có sự điều chỉnh phù hợp cho động cơ.
Những loại dầu thực vật đến diesel sinh học
Dầu là hợp chất triglixerit, được hình thành từ sự kết hợp của các axit hữu cơ với glixerin Thành phần chính của dầu diesel, thường gọi là các ête, là axit hữu cơ kết hợp với các chất cồn thắp sáng Quá trình chuyển đổi này, gọi là ete hóa (transesterification), bao gồm việc thêm methanol hoặc ethanol vào dầu thực vật Tại châu Âu, tiềm năng của ete metyla bã nho (RME) từ bã nho đã phát triển đáng kể, với Pháp sử dụng 5% RME trong toàn bộ diesel, trong khi dầu từ bã nho tại Vương quốc Anh được xuất khẩu sang Pháp Tại Mỹ, sản phẩm chủ yếu dựa vào dầu từ đậu nành và dầu ăn tái chế, trong khi chính phủ Vương quốc Anh cũng ủng hộ việc sử dụng dầu thải từ các cửa hàng khoai tây rán.
Ví dụ về việc tính toán, khai thác năng lượng từ sinh khối
8.4.1 Cách tính toán xây dựng hầm biogas
Sinh khối, đặc biệt là phân động vật, không chỉ được sử dụng để sản xuất điện năng mà còn có thể chuyển hóa thành khí gas phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày Có hai loại bể biogas phổ biến: bể biogas dạng vòm cố định và bể biogas dạng mái vòm nổi, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng trong việc sản xuất khí gas từ sinh khối.
8.4.2 Nhà máy phát điện trấu và bã mía
Hệ thống phát điện sinh khối với nhiên liệu bã mía và trấu pg 58
Hệ thống phát điện sinh khối bao gồm các yếu tố chính như thu gom, vận chuyển và xử lý nhiên liệu trong quá trình sản xuất điện Tổng quan về hệ thống này cho thấy sự kết hợp hiệu quả giữa các giai đoạn để tối ưu hóa nguồn năng lượng tái tạo từ sinh khối.
Các yếu tố của hệ thống phát điện sinh khối
Chu trình công nghệ khí hoá sinh khối BIG/CCa pg 59
Chu trình công nghệ khí hoá sinh khối với áp suất khí quyển BIG/CCp
- Nhà máy điện chỉ phải tính đến các yếu tố cấu thành chi phí như:
+ Chi phí thu mua nhiên liệu trấu, thu mua nhiên liệu bã mía
+ Chi phí vận chuyển nhiên liệu trấu, vận chuyển nhiên liệu bã mía
+ Chi phí khấu hao đầu tư nhà máy điện sinh khối, lãi suất ngân hàng pg 60
+ Chi phí vận hành và bảo trì bảo dưỡng
- Chi phí vận chuyển nhiên liệu :
- Khấu hao chi phí đầu tư
- Giá thành phát điện pg 61