Nhom7 dien mat troi

MỤC LỤC Điện Mặt Trời .158 7.1 Tổng quan tình hình lượng điện Mặt Trời .158 7.1.1 Mặt trời .158 7.1.2 Tình hình sử dụng nhu cầu lượng giới .160 7.1.3 Tình hình sử dụng điều kiện phát triển điện mặt trời Việt Nam 160 7.2 Photovoltaics(Quang điện Mặt Trời) 162 7.2.1 Khái quát .162 7.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 163 7.2.3 Hệ thống Pin quang điện (Photovoltaic System) .165 7.2.4 Các dạng hệ thống quang điện 166 7.2.5 Hiệu suất Pin quang điện .168 7.2.6 Bài tập 168 7.2.7 Ví dụ hiệu kinh tế việc ứng dụng PV vào hộ gia đình 169 7.3 Concentrated Solar Power (CSP) .170 7.3.1 Khái quát .170 7.3.2 Lịch sử phát triển 171 7.3.3 Phát triển toàn giới 171 7.3.4 Công nghệ 172 7.3.5 Bài toán hiệu suất nhiệt CSP .175 7.3.6 Giá thành .176 7.3.7 Việt Nam điều kiện sử dụng CSP 177 7.3.8 Giới thiệu nhà máy Ivanpah – Nhà máy điện CSP lớn giới 177 7.3.9 Tương lai điện mặt trời CSP 179 7.4 FAQs 180 Nhóm 180 Nhóm 181 Nhóm 181 Nhóm 181 Nhóm 182 Nhóm 182 Nhóm 10 183 Nhóm 11 183 7.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 184 158 Solar power plants Điện Mặt Trời Trước nguy ngày khan cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch nhu cầu lượng người ngày tăng việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng địa nhiệt, lượng gió, lượng mặt trời,… hướng quan trọng cấp bách kế hoạch phát triển lượng Năng lượng mặt trời nguồn lượng xem vô tận siêu mà tạo hóa ban tặng miễn phí cho Việc nghiên cứu đưa vào sử dụng nguồn lượng mặt trời ngày quan tâm phát triển mạnh mẽ Ngay Việt Nam chúng ta, việc áp dụng nguồn lượng mẻ vào phục vụ đời sống sinh hoạt điều vô cần thiết Nguồn lượng tháo gỡ phần tốn thiếu hụt lượng trầm trọng nay, đặc biệt lại nguồn lượng thân thiện với môi trường Việt Nam nước nhiệt đới, nằm vành đai nội chí tuyến nên tổng số nắng năm lớn, khu vực Miền Trung có khoảng 2900 nắng với cường độ xạ tương đối cao lên đến 950W/ Do thuận lợi cho việc triển khai ứng dụng thiết bị sử dụng lượng mặt trời Với mục tiêu nghiên cứu nguồn lượng mặt trời hiểu hệ thống nhà máy nhiệt điện mặt trời nên nhóm chọn đề tài “sản xuất lượng điện mặt trời (Solar Power)” để làm đề tài nghiên cứu 7.1 Tổng quan tình hình lượng điện Mặt Trời 7.1.1 Mặt trời Mặt Trời nằm trung tâm Hệ Mặt Trời Trái Đất thiên thể khác hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, chổi bụi bay xung quanh Mặt Trời Năng lượng mặt trời dạng ánh sáng hỗ trợ cho hầu hết sống Trái Đất thơng qua q trình quang hợp điều khiển khí hậu thời tiết Trái Đất 7.1.1.1 Cấu trúc mặt trời Mặt Trời khối khí hình cầu có đường kính 1,39.10 km (lớn 100 lần đường kính Trái Đất), cách xa Trái Đất 150.106 km (bằng đơn vị thiên văn AU ánh sang, Mặt Trời cần khoảng phút để vượt qua khoảng cách đến Trái Đất) Khối lượng Mặt Trời khoảng = 2.10 30 kg Nhiệt độ trung tâm Mặt Trời thay đổi khoảng từ 10.10 K đến 20.106 K, trung bình khoảng 15.600.000 K Ở nhiệt độ vậy, vật chất giữ cấu trúc trật tự thông thường gồm nguyên tử phân tử Nó trở thành plasma, hạt nhân nguyên tử chuyển động tách biệt với electron Khi hạt nhân tự có va chạm với xuất vụ nổ nhiệt hạch Khi quan sát tính chất vật chất nguội bề mặt nhìn thấy Mặt Trời, nhà khoa học kết luận có phản ứng nhiệt hạch xảy lòng Mặt Trời Về cấu trúc, Mặt Trời chia làm vùng, tất hợp thành khối cầu khí khổng lồ Vùng gọi “nhân” hay “lõi” có chuyển động đối lưu, nơi xảy phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn lượng mặt trời, vùng có bán kính khoảng 175.000 km, khối lượng Solar power plants 159 riêng 160 kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 – 20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ atmotphe Vùng vùng trung gian gọi “vùng đổi ngược”, qua lượng truyền từ ngồi, vật chất vùng gồm có Sắt (Fe), Can-xi (Ca), Na-tri (Na), Stronti (Sr), Crôm (Cr), Kền (Ni), Các-bon (C), Si-líc (Si) khí Hidro (H 2), Hê-li (He) Chiều dày vùng khoảng 400.000 km Tiếp theo “vùng đối lưu” dày 125.000 km “vùng quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000 K, dày 1000 km Ở vùng gồm bọt khí sơi sục, có chỗ tạo vết đen hố xốy có nhiệt độ thấp khoảng 4500 K “tai lửa” có nhiệt độ từ 7000 K – 10.000 K Vùng vùng bất định gọi “khí quyển” Mặt Trời Nhiệt độ bề mặt Mặt Trời khoảng 6000 K, xác 5762 K, nghĩa có giá trị đủ lớn để nguyên tử tồn trạng thái kích thích, đồng thời đủ nhỏ để xuất nguyên tử bình thường cấu trúc phân tử Dựa sở phân tích phổ xạ hấp thụ Mặt Trời, người ta xác định Mặt Trời có 2/3 số nguyên tố tìm thấy Trái Đất Nguyên tố phổ biến Mặt Trời nguyên tố nhẹ Hidro Vật chất Mặt Trời bao gồm chừng 92,1% Hi-drô gần 7,8% Hê-li, 0,1% nguyên tố khác Nguồn lượng xạ chủ yếu Mặt Trời phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hi-drô, phản ứng đưa đến tạo thành Hê-li Hạt nhân Hidro có hạt mang điện dương proton Thơng thường, hạt mang điện dấu đẩy nhau, nhiệt độ đủ cao, chuyển động chúng nhanh tới mức chúng tiến gần tới khoảng cách mà kết hợp với tác dụng lực hút Khi đó, hạt nhân Hidro lại tạo hạt nhân Hê-li, Neutrino lượng xạ γ : H11 = He24 + Neutrino + γ Neutrino hạt không mang điện, bền có khả đâm xuyên lớn Sau phản ứng, Neutrino rời khỏi phạm vi Mặt Trời khơng tham gia vào “biến cố” sau Trong q trình diễn biến phản ứng có lượng vật chất Mặt Trời bị Khối lượng Mặt Trời giây giảm chừng 4.10 Tuy nhiên, theo nhà nghiên cứu, trạng thái Mặt Trời không thay đổi khoảng thời gian hàng tỷ năm Mỗi ngày, Mặt Trời sản xuất nguồn lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.10 24 kWh (tức chưa đầy phần triệu giây, Mặt Trời giải phóng lượng lượng tương đương với tổng số điện sản xuất năm Trái Đất) 7.1.1.2 Bức xạ mặt trời đến trái đất Theo tính tốn xạ mặt trờ đến trái đất bị dần nhiều nguyên nhân Trong đó, phần bị khí quyển, bị khoảng khơng vũ trụ hấp thụ, phần khác bị khuếch tán, phạn xạ trở lại không gian Với yêu cầu cường độ nắng khoảng 1000W/m2 xây dựng hệ thống sử dụng lượng mặt trời 7.1.2 7.1.2.1 Tình hình sử dụng nhu cầu lượng giới Thực trạng Điện mặt trời ngày chì chiếm phần nhỏ tổng sản lượng điện toàn giới Số liệu năm 2011 (số liệu IEA) điện sản xuất từ lượng mặt trời chiếm chưa đầy 0.01% tổng sản lượng điện toàn giới 160 Solar power plants Tỷ lệ nhỏ vốn hệ nhiều nguyên nhân Trong phải kể đến giá thành lắp đặt giá thành đơn vị điện cao so với nguồn lượng khác 7.1.2.2 Hứa hẹn phát triển Mặc cho khó khăn tại, lượng mặt trời hứa hẹn phát triển nhanh chóng tương lai gần, nhờ vào tiềm to lớn môi trường số phát thải khí độc hại khơng, chi phí bảo trì vận hành khơng cao… Bên cạnh việc ngày nhiều nhà máy lượng mặt trời xây dựng hòa vào lưới điện Sự tiến vượt bậc khoa học kĩ thuật thời gian gần làm giá thành điện mặt trời giảm nhanh, hứa hẹn cạnh tranh với nguồn lượng cũ than đá, dầu mỏ, vốn dần cạng kiệt 7.1.2.3 Xu hướng giới Từ lâu, nhiều nơi giới sử dụng lượng mặt trời giải pháp thay nguồn tài nguyên truyền thống Tại Đan Mạch, năm 2000, 30% hộ dân sử dụng thu lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước Ở Brazil, vùng xa xơi hiểm trở Amazon, điện lượng mặt trời chiếm vị trí hàng đầu Ngay Đơng Nam Á, điện mặt trời Hìnhbảo 7.2:nhu Tỉ cầu lệ sản lượng thụ toàn giới năm 2011 Philipines đảm sinh hoạtđiện cho tiêu 400.000 hộ dân 7.1.3 7.1.3.1 Tình hình sử dụng điều kiện phát triển điện mặt trời Việt Nam Tiềm to lớn Vị trí địa lý ưu cho Việt Nam nguồn lượng tái tạo vô lớn, đặc biệt lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiều phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… 7.1.3.2 Ưu điểm lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời có ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời góp phần thay nguồn lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ mơi trường Vì thế, coi nguồn lượng quý giá, thay dạng lượng cũ ngày cạn kiệt Đây nguồn lượng cần khai thác nước ta nhằm phục vụ cho mục tiêu phát triển bền vững 7.1.3.3 Phân loại công nghệ khai thác điện mặt trời Năng lượng mặt trời chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện: trực tiếp cách sử dụng pin quang điện (Photovoltaics - PV), gián tiếp cách sử dụng lượng mặt trời tập trung, gọi nhiệt mặt trời (Concentrated Solar Power - CSP) Hệ thống CSP sử dụng ống kính, gương hệ thống theo dõi để tập trung khu vực rộng lớn ánh sáng mặt trời vào chùm nhỏ PV chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện cách sử dụng hiệu ứng quang điện 7 Solar power plants 161 Thời kỳ đầu pin quang điện sử dụng lượng dạng vừa nhỏ, từ máy tính hỗ trợ tế bào lượng mặt trời cung cấp quang điện Chúng nguồn lượng điện quan trọng tương đối rẻ tiền mà sử dụng hệ thống điện lưới không thuận tiện, bất hợp lý, trình kết nối tốn kém, đơn giản không trang bị sẵn sàng Tuy nhiên, chi phí cho điện mặt trời giảm, lượng mặt trời ngày sử dụng kể tình cấp điện vào lưới điện cách để cấp liệu lượng carbon thấp vào lưới điện Các nhà máy CSP thương mại phát triển vào năm 1980, lắp đặt CSP SEGS 392 MW nhà máy điện mặt trời lớn giới nằm sa mạc Mojave California Các nhà máy CSP lớn khác bao gồm nhà máy điện mặt trời (354MW) sa mạc Mojave - California, nhà máy điện mặt trời Solnova (150 MW) nhà máy điện mặt trời Andasol (150 MW), hai Tây Ban Nha Bên cạnh đó, dự án lượng mặt trời Agua Caliente (290 MW) Mĩ trạm lượng mặt trời Charanka (221 MW) Ấn Độ nhà máy quang điện lớn giới 7.1.3.4 Sơ lược pin quang điện (Photovoltaics) Pin quang điện, gọi pin mặt trời tế bào quang điện hay tế bào lượng mặt trời thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện cách sử dụng hiệu ứng quang điện Các tế bào lượng mặt trời xây dựng Charles Fritts năm 1880 Nhà công nghiệp Đức, Ernst Werner von Siemens số người nhận tầm quan trọng phát Năm 1931, kỹ sư người Đức, tiến sĩ Bruno Lange, phát triển tế bào hình ảnh cách sử dụng selenua bạc vị trí oxit đồng, tế bào selenium nguyên mẫu chuyển đổi 1% ánh sáng tới thành điện năng, hai Ernst Werner von Siemens James Clerk Maxwell nhận tầm quan trọng phát Sau cơng trình Russell Ohl năm 1940, nhà nghiên cứu Gerald Pearson, Calvin Fuller Daryl Chapin tạo tế bào lượng mặt trời silicon vào năm 1954 Những tế bào lượng mặt trời ban đầu có giá 286 USD watt đạt hiệu suất 4.5-6% Hệ thống hoạt động pin quang điện: Các hệ thống quang điện (hệ thống PV) sản xuất dòng điện chiều (DC) lượng dao động với cường độ ánh sáng mặt trời Trong thực tế thường phải chuyển đổi sang số điện áp mong muốn dạng dịng điện xoay chiều (AC) thơng qua việc sử dụng máy biến áp Nhiều tế bào quang điện kết nối bên mô-đun Các mô-đun nối với để tạo thành tấm, sau gắn liền với máy biến áp giúp sản xuất điện cấp điện áp mong muốn (dạng AC) theo tần số/chu kỳ mong muốn Nhiều hệ thống PV dân dụng nối vào lưới điện nơi trang bị, đặc biệt nước phát triển thị trường lớn Những hệ thống PV kết nối vào lưới điện sử dụng lượng dự trữ tùy chọn Trong số ứng dụng vệ tinh, hải đăng, nước phát triển, pin máy phát điện bổ sung thêm vào để hỗ trợ hệ thống điện độc lập cho phép hoạt động vào ban đêm vào thời điểm khác hạn chế ánh sáng mặt trời 7.1.3.5 Sơ lược điện nhiệt mặt trời (Điện mặt trời tập trung – CSP) Các hệ thống CSP sử dụng ống kính, gương hệ thống theo dõi để tập trung khu vực rộng lớn ánh sáng mặt trời vào chùm nhỏ Nhiệt tập trung sau sử dụng nguồn lượng cho nhà máy điện thông thường Một loạt công nghệ tập trung tồn tại, phát triển máng parabol tập trung phản xạ tuyến tính Fresnel, đĩa Stirling tháp điện mặt trời Kỹ Hình 7.3: Sơ đồ đơn giản hệ thống điện PV dân dụng nối vào lưới điện 162 Solar power plants thuật khác sử dụng để theo dõi Mặt trời tập trung ánh sáng Trong tất hệ thống chất lỏng làm việc làm nóng ánh sáng mặt trời tập trung, sau sử dụng để phát điện lưu trữ lượng Lưu trữ nhiệt hiệu cho phép phát điện lên đến 24 7.2 Photovoltaics(Quang điện Mặt Trời) 7.2.1 Khái quát PV (Photovoltaic) hay gọi “solar cell” có khả chuyển đổi lượng ánh sáng Mặt Trời sang lượng điện (DC).Thuật ngữ PV xuất phát từ gốc “Photon” “Voltage” Nguồn điện tạo từ “solar cell” xem nguồn lượng gần vô tận Pin quang điện hoạt động dựa hiệu ứng quang điện phát nhà khoa học Alexandre-Edmond Becquerel vào năm 1839 Cung cấp lượng cho vệ tinh số phi thuyền ứng dụng thực tế PV Ngày phần lớn PV dùng để cung cấp điện dân dụng sản xuất Vài năm trở lại đây, Pin quang điện có tăng trưởng mạnh mẽ Năm 2013, Pin quang điện tăng trưởng 38% so với năm 2012 với lượng lắp đặt 139 gigawatts (GW) 7.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Phiến pin quang điện kỳ công vật lý tinh thể bán dẫn Nó cấu tạo từ lớp phẳng mỏng vật liệu đặc biệt gọi bán dẫn xếp chồng lên Có lớp vật liệu chính: lớp gọi silicon loại n (n: negative, âm), vật liệu có khả “phóng thích” hạt tích điện âm gọi electron đưa ánh sáng mặt trời Lớp gọi lớp p, tích điện dương tiếp xúc với xạ Mặt Trời (p: positive, dương) Lớp vật liệu gọi lớp chèn (junction), lớp có vai trị lớp phân cách (insulator) lớp n lớp p Các eletron phóng thích từ lớp n di chuyển theo đường bị cản trở nhất, tức di chuyển từ lớp n tích điện âm bên lớp p tích điện dương bên Như vậy, vùng p vùng n nối mạch điện tạo dây dẫn mỏng, dòng electron di chuyển mạch điện này, tạo dòng điện chiều sử dụng trực tiếp “dự trữ” để dùng sau Cường độ dòng điện sinh phụ thuộc vào số lượng phương thức nối tế bào Mặt Trời pin Mặt Trời 7.2.3 Hệ thống Pin quang điện (Photovoltaic System) Các pin Mặt Trời thông thường lắp thànhPVmột module khoảng 40 phiến Hình 7.4: Số Gigawatts lắp đặt tồn cầu[1]pin, 10 module lắp gộp lại thành chuỗi Quang điện dài vài mét Các chuỗi Pin Mặt Trời dạng phẳng lắp góc cố định hướng phía Nam, lắp hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng để bắt nắng theo thay đổi quĩ đạo nắng Mặt Trời Qui mơ hệ thống quang điện từ mức 10-20 chuỗi quang điện cho ứng dụng dân sự, hệ thống lớn bao gồm hàng trăm chuỗi quang điện kết nối với để cung cấp cho sở sản xuất điện hay ứng dụng công nghiệp Solar power plants 163 Module chuỗi quang điện thường đánh giá dựa vào công suất tối đa chúng điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (Standard Test Conditions, viết tắt STC) STC qui định module vận hành nhiệt độ 250C với tổng lượng xạ chiếu lên module 1000 W/m phân bố phổ khối khí 1,5 (Air Mass 1,5, góc nắng chiếu nghiêng 37 0) Do điều kiện thử nghiệm phịng thí nghiệm tương đối lý tưởng so với điều kiện thực tế khu vực lắp đặt ĐMT, module đặt hiệu suất cỡ 85-90% hiệu suất thử nghiệm điều kiện chuẩn (STC) Các module quang điện ngày an toàn, bền đáng tin cậy, với tuổi thọ sử dụng dao động từ 20-30 năm 7.2.4 7.2.4.1 Các dạng hệ thống quang điện Hệ thống hịa mạng Có hai dạng hệ thống quang điện kết mạng: trực tiếp trữ ắc qui Module quang điện bổ chuyển AC/DC thành phần thiết yếu dạng hệ thống hịa mạng Module quang điện có vai trị chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành dòng điện chiều, chuyển AC/DC chuyển dòng điện chiều thành điện chiều Hệ thống quang điện nối mạng trực tiếp tương đối đơn giản hiệu vài trường hợp Hệ thống chuyển đổi tức thời dòng điện chiều thành điện xoay chiều kết nối vào đồng hồ điện trung tâm Tại đây, quang điện chia tải với hệ thống điện lưới quay ngược đồng hồ điện có thặng dư điện Đây dạng thiết kế giá thành thấp, tiết kiệm Hệ thống khơng có biện pháp dự phịng khơng sử dụng thiết bị trữ điện Nếu nguồn điện trung tâm bị cắt, xảy tượng cúp điện đầu tải Hình 7.6: Từ trái sang phải: Pin quang điện, Module quang điện Chuỗi quang điện[3] Hệ thống quang điện sử dụng bình trữ điện ắc qui khắc phục trường hợp điện nguồn điện trung tâm bị cắt Hệ thống bao gồm ắc qui thiết bị điều khiển điện tử phức tạp Một nguồn điện trung tâm bị cắt vào ban tối, điện dự trự từ ắc qui sử dụng thay cạn nguồn dự trữ Nếu nguồn điện bị cắt vào ban ngày, hệ thống pin quang điện liên tục nạp ắc qui, từ kéo dài khả dự trữ điện cho ban tối 7.2.4.2 Hệ thống đơn lẻ (cục - stand alone) Các hệ thống quang điện cục thiết kế để vận hành cách độc lập đới với mạng điện lưới Qui mô thiết kế hệ thống dạng phù hợp cho tải điện chiều và/hoặc điện xoay chiều công suất nhỏ Hệ thống cục hoạt động dựa vào mạng module quang điện, kết hợp với nguồn khác khác điện gió, máy phát diesel nguồn phát thứ cấp (còn gọi hệ quang điện liên kết – hybrid system, xem hình) Dạng đơn giản hệ thống quang điện cục hệ thống liên kết tải trực tiếp, tức dòng điện chiều phát từ module quang điện dẫn trực tiếp vào tải mà không qua hệ thống trữ điện trung gian (như bình ắc qui) Đương nhiên hệ thống có tác dụng vào ban ngày vài nắng, cung cấp điện cho tải nhỏ hệ thống quạt lưu thơng khí, hệ thống đun nước nhiệt Mặt Trời Phần thiết kế quan trọng cho hệ thống trực tiếp tính tốn điện trợ tải sau 164 Solar power plants cho phù hợp với công suất tối đa chuỗi pin Mặt Trời Đối với số loại tải máy bơm nước, người ta gắn dạng biến điện DC-AC điện từ, gọi hệ thống theo dõi công suất tối đa, nguồn tải để vận dụng tốt công suất tối đa nguồn STT Đặc điểm Bảo hành Công suất 185W năm Số lượng: Loại cells: Silic đơn tinh thể Bộ điều khiển sạc pin mặt trời Dòng sạc: 50A năm Điện áp : 24V Bộ chuyển đổi DC/AC (Inverter) Công suất chịu tải: 1200W năm Điện áp ra: AC 220V / 50Hz Điện áp vào DC: 24V Điện áp vào AC: AC 220V / 50Hz Tự động ngắt tải, ngắn mạch, chạm mát Thiết bị tải 12 đèn compact: 11W tivi: 100W tủ lạnh 180l: 110W quạt cây: 60W máy vi tính: 300W Bảng 7.1: Các thiết bị hệ thống điện điện Mặt Trời gia đình[4] 7.2.5 Tên thiết bị Tấm pin lượngmặt trời Hiệu suất Pin quang điện Hiệu suất tối đa phần lớn 7.7: pin MT trường 15%, tức có 15% ánh nắng Hình Hệ thống điệntrên Mặtthị Trời tronglàgia đình[4] Mặt Trời Pin Mặt Trời chuyển thành điện Mặc dù lý thuyết, hiệu suất tối đa pin Mặt Trời đạt đến 32,3% (tức có giá trị kinh tế lớn), thực tế hiệu suất thấp hơn nửa giá trị lý thuyết, số 15% không ngành công nghiệp lượng xem mang lại lợi ích kinh tế Các tiến kỹ thuật gần cho phép tạo phịng thí nghiệm tế bào quang điện đạt hiệu suất tới 28.2% Mặc dù đạt hiệu suất cao vấn đề chủ yếu giá thành sản xuất Tạo nên silicon tinh thể lớn cắt chúng miếng nhỏ mỏng (0.1-0.3 mm) tốn thời gian chi phí cao Do lý này, để giảm giá thành sản xuất, người ta phát triển nghiên cứu vật liệu thay cho tế bào silicon đơn tinh thế, ví dụ tế bào silicon đa tinh thể, pin quang điện công nghệ “màng mỏng”, tổ hợp tập trung 7 Solar power plants 165 Một giải pháp khác tận dụng tối đa lượng ánh sáng Mặt Trời vào ban ngày sử dụng xoay Solar Panel[5] Bộ xoay solar panel (tấm thu năng lượng mặt trời) hệ thống trục mâm xoay khí dùng để lắp dàn khung solar panel nhằm thu tối đa lượng mặt trời solar panel.Tồn hệ thống khí trục mâm xoay điều khiển Solar Position Tracking Controller Bộ xoay solar panel bao gồm hai trục quay Một trục quay theo phương nằm ngang để điều khiển độ nghiêng dàn solar (từ -65 độ đến +65 độ) Một trục xoay theo phương thẳng đứng để dàn solar panel thay đổi phương vị ( từ độ đến 180 độ) Bộ xoay solar panel điều khiển Solar Position Tracking Controller môtơ, bánh để đảm bảo solar ln vng góc với tia sáng mặt trời thời điểm năm (ngày, giờ, tháng) nhằm thu tối đa lượng mặt trời solar panel Trên sở đó, nâng cao tối đa điện thu hệ thống điện mặt trời Solar Position Tracking Controller việc điều khiển solar panel ln vng góc với mặt trời cịn có đặc tính khơng có nắng (ban đêm) gió lớn tự động đưa dàn solar panel vị trí nằm ngang (song song với mặt đất) để giảm tác động gió tăng tính an tồn hệ thống 7.2.6 Ví dụ tốn kỹ thuật Các bước tính tốn : a) Tính tổng lượng tiêu thụ điện tất thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp b) Tính số Watt-hour pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày Do tổn hao nên số Watt-hour pin trời cung cấp phải cao tổng số Watt-hour tồn tải Thơng thường hệ số : 1.3 c) Tính tốn kích cỡ pin mặt trời cần sử dụng Tìm lượng Wp(Watt peak) cần có pin Mặt Trời Hệ số PGF (panel generation factor) : Việt Nam khoảng 4.58 kWh/m2/ngày Wp = Tổng số Watt-hour pin Mặt Trời chia cho PGF d) Tính tốn inverter Đối với hệ đơn lẻ, inverter phải đủ lớn để đáp ứng tất tải bật lên Ta chọn hệ số : 1.25 lần cơng suất tải Ví dụ: Một hộ dân có nhu cầu sử dụng sau :  bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10h tối  quạt máy 60 Watt sử dụng 2h/ngày  tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục Giải a) Xác định tổng lượng tiêu thụ điện ngày : (18 x 4)+(60 x 2)+(75 x 12) = 1092 Wh/ngày b) Tính số kWh cho pin Mặt Trời : PV panel = 1092 x 1.3 = 1419 Wh/day c) Tính tốn kích cỡ số lượng PV : 166 Solar power plants Tổng Wp PV panel = 1419 / 4.58 = 310Wp Nếu chọn PV có 110Wp/tấm số PV cần dùng : 310 / 110 (~3 tấm) d) Tính tốn inverter Tổng công suất dử dụng : 18 + 60 + 75 = 153W Công suất inverter = 153 x 1.25 = 190W → Chọn inverter 200W trở lên Và giá thành sản phẩm (tham khảo dưa web dienmattroi) Thông số vận Số hành lượng Thiết bị Tấm pin thu điện mặt trời 12V (Solar panel) Xuất xứ: Trung Quốc/ Tiêu chuẩn EU/Germany 180W 02 Acquy12V-AGM/ khơ kín khí 100Ah 02 20A 01 Điều khiển sạc Solar 24V Bộ đổi điện DC-AC 24V (True sine 850VA/600W wave Inverter) Khung lắp đặt pin solar Giá (VND) 01 Bảo hành năm năm năm năm 01 Tổng cộng 24.269.5 00 Bảng 7.2: Hệ thống điện MẶT TRỜI 360Wp[6] Việc lắp đặt hệ thống 360Wp cho hộ gia đình có bóng đèn quạt máy tủ lạnh tiêu tốn khoảng chi phí 24 triệu VND Nếu tính tốn cho hộ gia đình đầy đủ thiết bị số phình to khó lắp đặt rộng rãi.Ví dụ : • Chi phí hệ thống điện Mặt Trời 500Wp: 32.963.850 VND • Chi phí hệ thống điện Mặt Trời 950 Wp: 61,278,150 VND 7.2.7 Ví dụ hiệu kinh tế việc ứng dụng PV vào hộ gia đình Những thơng số đầu vào cần quan tâm : Chúng ta bắt đầu với thông số đầu vào: - Tổng công suất hệ thống cần lắp đặt - Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống - Kích thước tổng thể pin mặt trời tính theo m2 Ví dụ 8m2 cho 1000W - Hiệu suất pin mặt trời, ví dụ 0.16 = 16% Đối với loại pin Amorphous Silicon, hiệu suất 0.063, Polycrystalline 0.14 Mono crystalline 0.16 - Nhiệt lượng trung bình khu vực lắp đặt (kWh/m2/ngày): tham khảo dựa đồ nhiệt lượng tỏa trung bình giới Solar power plants 167 - Tuổi thọ hệ thống - Giá kW điện trung bình Ví dụ tính cho hệ thống ngày cung cấp khoảng 12kW điện (theo giá ngày 1/8/2013) : THÔNG SỐ BAN ĐẦU Chi phí đầu tư (a) Lãi suất gửi ngân hàng (b) Giá điện 1/8/2013/1kW điện (c) Giả sử năm giá điện tăng (d) GIÁ TRỊ 150.000.000 VND 8% 2662 VND 10% Thời gian hồn vốn (khơng tính chiết khấu lãi suất) : NGÂN LƯU RỊNG TÍCH LŨY Thời gian hoàn vốn (năm) Lãi sau 30 năm tuổi thọ thiết bị 150.000.000 VND 8.5 năm 2.2 tỷ VND Thời gian hồn vốn (có tính chiết khấu lãi suất) : NGÂN LƯU RỊNG TÍCH LŨY Thời gian hồn vốn (năm) Lãi sau 30 năm tuổi thọ thiết bị 7.3 7.3.1 150.000.000 VND 12 năm 3.5 tỷ VND Concentrated Solar Power (CSP) Khái quát Concentrated solar power (nhiệt điện mặt trời, viết tắt CSP) hệ thống sử dụng gương kính để tập trung lượng lớn lượng mặt trời, mà chủ yếu xạ nhiệt, vào điểm nhỏ Điện tạo lượng xạ ánh sáng mặt trời tập trung lại làm nóng động nhiệt (thông thường turbine) kết nối với máy phát lò phản ứng nhiệt Có chu trình nhiệt chủ yếu diễn hệ thống CSP, chu trình nhiệt sơ cấp, chất lưu (thồng thường dung dịch muối đặc biệt) đun nóng xạ mặt trời tập trung chu trình thứ cấp, thơng thường nước đun nóng chất lưu nóng chu trình sơ cấp CSP sử dụng rộng rãi và tổng sản lượng lắp lên tới 740MW điện sản xuất từ năm 2007 đến cuối năm 2010 Hơn nửa số (khoảng 478MW) lắp đặt vào năm 2010, đóng góp cho tổng sản lượng chung CSP toàn giới 1095MW Tây Ban Nha thêm 400MW năm 2010, dẫn đầu giới lượng CSP (tổng đạt 632MW), đó, Mỹ sản xuất khơng kém, đạt 509MW Trung Đông thiết lập hệ thống CSP riêng , hứa hẹn hồn tất lập đặt dự án, nhà máy Shams-I (xây dựng Abu Dhabi) họ nhà máy sản xuất lượng điện CSP lớn giới CSP chuyên gia dự đoán phát triển nhanh tương lai Vào tháng năm 2014, Tây Ban Nha có tổng tiềm CSP đạt khoảng 2204MW, dẫn đầu sản xuất lượng điện CSp tồn giới Điểm thú vị đáng nói số vượt Bắc Mỹ, Trung Đông, Ấn 168 Solar power plants Độ Trung Quốc Trong tổng lượng điện sản xuất từ CSp toàn giới 90% từ nhà máy gương parabol (parabolic-trough plants) CSP thường bị nhầm lẫn với CPV (concentrated photovoltaics) CPV công nghệ chuyển trực tiếp lượng photon từ ánh sáng thành điện nhờ tượng quang dẫn 7.3.2 Lịch sử phát triển Từ thời cổ đại, người biết tập trung ánh sáng mặt trời để đốt Có nhiều truyền thuyết kể Archimedes dùng “hỏa kính” để tập trung lượng mặt trời, đốt cháy chiến hạm quân La Mã Năm 1973, Dr Ioannis Sakkas, nhà vật lý học người Hy Lạp, chứng minh truyền thuyết hoàn toàn thực 1866,Auguste Mouchout sử dụng động dùng nước nung từ gương parabol Đây xem động nhiệt mặt trời giới 1913, Frank Shuman cho đời trạm điện nhiệt mặt trời sử dụng gương parabol, công suất 55HP Trạm xây dựng Maadi, Ai Cập 1929, Hệ thống sản xuất điện dùng gương đĩa xây dựng Dr R.H Goddard Hệ thống dựa nghiên cứu tiếng khác ông nhiên liệu lỏng cho tên lửa 1968, Giáo sư Giovanni Francia (1911 - 1980) thiết kế xây dựng nhà máy CSP đầu tiên, đưa vào hoạt động Sant’Ilario, gần Genoa, Italy Nhà máy có nhiều nét tương đồng với nhà máy CSP nay, đặt cột thu xạ cánh đồng gương định nhật Nhà máy có tiềm sản xuất 1MW điện năng, chất lưu nóng gia nhiệt lên tới 500 o C áp suất 100 bar 1981, nhà máy Solar One (công suất đạt 10MW) xây dựng phía nam California 1984, việc xây dựng Solar Energy Generating Systems (SEGS) điểm đáng ý, nhà máy sử dụng công nghệ gương parabol, công suất 354MW Và thời điểm lúc giờ, nhà máy CSP lớn giới Và SEGS trì danh hiệu năm 2014 2014, nhà máy Ivanpah (390MW) vào hoạt động vùng sa mạc Mojave, Nevada Và từ đây, Ivanpah thức trở thành nhà máy sản xuất điện CSP lớn giới 7.3.3 Phát triển tồn giới Thương mại hóa CSP năm 1984 với nhà máy SEGS Đến năm 1990, dự án SEGS thức hồn thành Từ năm 1990 đến năm 2005, khơng có thêm nhà máy CSP xây thêm giới Điều bị ảnh hưởng nhiều nguyên nhân phương diện kỹ thuật lẫn trị kinh tế Do bên cạnh CSP có nhiều nguồn lượng khác khai thác sử dụng, khủng hoảng dầu mỏ kết thúc, giá nhiên liệu có giảm, nhu cầu nguồn lượng chưa đề cao Tuy nhiên, tốc độ phát triển CSP trở nên mạnh mẽ năm gần Năm 2013, giới có thêm 36% sở xây (tương ứng với khoảng 0.9GW điện sản xuất thêm từ Solar power plants 169 CSP) Tây Ban Nha Hoa Kì tiếp tục dẫn đầu quốc gia có số lượng sở sản xuất điện từ CSP nhiều tăng nhanh Có xu hướng nhìn thấy rõ vùng có cường độ xạ mặt trời cao ngày ý tới CSP, bên cạnh địi hỏi tìm kinh tế, cụ thể Trung Đông, Ấn Độ, Trung Quốc… Thống kê từ năm 2004 đến tốc độ tăng trường trung bình CSP toàn cầu đạt khoảng 50% năm Theo dự báo Greenpeace International, vào năm 2050, CSP chiếm 11% nguồn cung lượng cho giới 7.3.4 Công nghệ CSP dùng để sản xuất điện (đơi cịn gọi thermoelectricity), hệ thống CSP chủ yếu sử dụng gương hệ thống phản xạ quang học, kèm với hệ thống định vị nhằm tập trung vùng lớn ánh sáng mặt trời hội tụ vào vùng nhỏ Bức xạ nhiệt tập trung lại, đun nóng chất lưu (nguồn nóng) để tạo lượng cho q trình chuyển nhiệt thành điện Các tập trung nhiệt dùng để cung cấp cho q trình cơng nghiệp làm nóng làm lạnh, tương tự điều hịa khơng khí mặt trời CSP chia thành dạng Đó gương parabol (parabolic trough), enclosed trough, dish Stirling, Fresnel reflector tháp mặt trời (solar power tower) Trong đó, dạng có ưu điểm nhược điểm riêng Nhưng báo cáo này, nhóm tập trung đề cập đến nhóm chính, gương parabol tháp mặt trời hệ thống sử dụng rộng rãi hứa hẹn có bước tiến xa tương lai 7.3.4.1 Fresnel Reflectors Fresnel reflectors cấu thành từ nhiều gương mỏng, phẳng, tập trung ánh sáng vào ống thông qua dung dịch bơm liên tục Gương phẳng cho phép phản xạ nhiều ánh sáng so với diện tích bề mặt gương parabol, mức độ tập trung khơng cao Nhưng với kết này, Fresnel reflectors có khả bắt sáng tốt giá thành rẻ, hứa hẹn sử dụng nhiều qui mô nhà máy CSP khác 7.3.4.2 Dish Stirling Đĩa Stirling dạng CSP sử dụng động Stirling để sản xuất điện từ xạ mặt trời Mỗi module đĩa Stirling có động Stirling Động Stirling dạng động đốt Khi có ánh sáng tập trung, chất lưu bên động đốt nóng từ ngồi, chuyển động từ sinh điện Các module đĩa Stirling có hệ thống dị theo quỹ đạo chuyển mặt trời nằm trục 7.3.4.3 Enclosed trough Enclosed trough hệ thống CSP hoạt động theo nguyên lý gần giống với hiệu ứng nhà kính Một vịng cung đóng kín (ống suốt) gia nhiệt nhờ vào nguyên lý nhà kín Chất lưu đun nóng nhờ xạ nhiệt tập trung đung nước, làm quay turbine, tạo lượng điện Dạng CSP có lợi điểm dễ dàng nhận thấy chiệu ảnh hưởng gió lớn sa mạc, nơi mà nhà máy CSP thông thường xây dựng Các gương định nhật 170 Solar power plants lớn thông thường phải chịu sức gió mạnh, Enclosed trough chuyển dạng gương thành ống, chóng chọi với gió tốt 7.3.4.4 Parabolic trough Gương parabol dạng CSP sử dụng gương gia công tỉ mĩ đề tăng độ hội tụ cho ánh sáng vào thiết bị nhận Thiết bị ống dài chứa chất lưu mang nhiệt, đặt bề mặt gương parabol Thông thường nằm tiêu điểm hội tụ gương nhằm tập trung xạ tốt Thiệt bị phản xạ (gương) thiết kế dựa hệ thống dò theo quỹ đạo mặt trời suốt ngày, theo trục Khác với dạng Stirling dish có trục, gương parabol hệ thống gương dài nên việc định nhật theo trục điều Dung dịch lưu chất ống làm nóng tới 150 – 350 oC, chạy ống nhận dùng đề làm nóng cho nguồn chất lưu khác (thơng thường nước – nước) để lưu chất làm quay turbine phát điện Lưu ý lưu chất lưu chất hai chu trình hồn tồn riêng biệt Hình 7.8: Sơ đồ gương parabol lượng Mặt Trời Hệ thống CSP gương parabol phát triển nhiều Hệ thống Solar Energy Generating Systems (SEGS) California nhà máy CSP theo dạng gương parabol lớn giới Hình 7.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thống gương parabol Bên cạnh có nhiều nhà máy lớn khác Nevada Solar One gần Boulder City, Nevada, hay nhà máy Andasol, nhà máy CSP gương parabol châu Âu, đáng ý nhà máy Plataforma Solar de Almeria’s SSPS-DCS Tây Ban Nha 7.3.4.5 Solar power tower Hình bên mô tả rõ nguyên lý hoạt động nhà máy Hệ thống CSP tháp mặt trời bao gồm phần Phần thứ hệ thống nhiều kính định nhật (heliostats) theo quỹ đạo mặt trời trục, tạm gọi phản xạ (reflectors) Phần thứ tháp nhận xạ mặt trời tập trung từ hệ thống kính định nhật, tháp nhận thường cao, lên đến vài trăm feet Trên đỉnh tháp có nhận (reciever), Trong nhận, có chứa dung dịch có tính chất lưu nhiệt, dẫn nhiệt tốt, dễ dàng nung nóng, nước biển dung dịch muối đặc biệt Chất lưu làm nóng tới khoảng 500 – Solar power plants 171 1000oC sau dùng nguồn nóng để nung nước cho máy phát điện dùng turbine khí lưu trữ lưu nhiệt Tháp mặt trời thường sử dụng so với gương parabol lại có số điểm mạnh đáng nói Đó hệ thống có hiệu cao khả lưu nhiệt tốt Một số nhà máy dùng tháp mặt trời lớn trời kể đến Ivanpah sa mạc Nevada, Hoa Kì Solar Two Daggett, California CESA-1 Plataforma solar de Almeria, Tây Ban Nha mơ hình xem kiểu mẫu cho nhà máy dùng tháp mặt trời 10 Ivanpah Solar Electric Generating System, Mỹ Solar Energy Generating Systems, Mỹ Solana Generating Station, Mỹ Solaben Solar Power Station, Tây Ban Nha Solnova Solar Power Station, Tây Ban Nha Andasol Solar Power Station, Tây Ban Nha Extresol Solar Power Station, Tây Ban Nha Shams Torre de Miguel Sesmero, UAE Palma del Río Solar Power Station, Tây Ban Nha Manchasol Solar Power Station, Tây Ban Nha 392 MW 354 MW 280 MW 200 MW 150 MW 150 MW 150 MW 100 MW 100 MW 100 MW Bảng 7.3: Một số nhà máy sản xuất điên CSP lớn giới 7.3.5 Ví dụ hiệu suất nhiệt CSP Thiết lập công thức : Hiệu suất chuyển đổi η :    receiver  carnot Trong :  receiver Q  Qlost  absorbed Qsolar Qsolar  Optics ICA Áp dụng định luật Stefan-Boltzmann ta có : Qlost  A � TH4 carnot T0  1 TH Qabsorbed   Qsolar 172 Solar power plants Để đơn giản hóa ta cho η(optics) = 1, ϵ = alpha = Suy : � T0 � �  TH4 �  � 1 1 � � � IC � � � TH � • • • • • Trong I : thông lượng mặt trời (1000 W/m2) C : mức độ tập trung (lần) TH : nhiệt độ nguồn T : tản nhiệt nhiệt độ phòng σ : số Stefan-Boltzmann , có giá trị 5,67.10-8Js-1m-2K-4 Ví dụ minh họa: Tính hiệu suất chuyển đổi lượng mặt trời với thông số sau : Hằng số Stefan-Boltzmann σ Nhiệt độ nguồn nóng 9000K Thơng lượng mặt trời 1000 W/m2 Mức độ tập trung lượng mặt trời 50 lần Khảo sát nhiệt độ phịng T0 = 2980K Hướng dẫn giải : Ta có : � T0 � �  TH4 �  � 1 1 � � � IC � � � TH � � 5, 68.10 8.900 � � 298 � � 1 1 � � � 1000.50 � 900 � � �  17,12% 7.3.6 Giá thành Số liệu thống vào Biểu năm đồ 2009, chiquan phí xây phát vào độ khoảng US$2.50 đến Hìnhkê7.11: tương giữadựng hiệu suất trạm chuyển đổiCSP η vàrơimức tập trung C (lần) US$4 cho Watt, nguồn nhiên liệu cần (bức xạ mặt trời) hồn tồn miễn phí Điều dẫn tới phép tính nhỏ, nhà máy CSP cơng suất 250MW có giá thành xây dựng khoảng US$600 triệu đến US$1 tỷ Giá quy đổi thành 0.12 đến 0.18 USD/kWh Xu hướng ngày giá thành điện sản xuất từ CSP có khả cạnh tranh với nguồn lượng khác Tuy nhiên có nhiều băn khoăn khía cạnh kinh tế CSP, câu hỏi đặt có lợi nhuận hay không đầu tư vào CSP? Mặc cho báo cáo gần nhiều trang tài lớn Bloomberg New Energy Finance giá điện sản xuất từ nhà máy Ivanpah rẻ so với nhà máy PV hohặc gần ngang với giá điện sản xuất từ than đá, năm 2011, Google tuyên bố rặng họ không đầu tư vào Ivanpah khơng sinh lợi nhuận 7.3.7 Việt Nam điều kiện sử dụng CSP Thông thường nhà máy CSP có quy mơ lớn lớn Việc xây dựng yêu cầu nguồn tài lực, diện tích đất lớn Chưa thấy mơ hình CSP hộ gia đình 7 Solar power plants 173 Trong bối cảnh đó, Việt Nam vùng có khả đáp ứng khía cạnh xạ mặt trời chưa có nhà máy CSP khởi công xây dựng nước ta 7.3.8 Giới thiệu nhà máy Ivanpah – Nhà máy điện CSP lớn giới Sau năm thi công, Hệ Thống Sản Xuất Điện Mặt Trời Ivanpah (Ivanpah Solar Electric Generating System - ISEGS) vào hoạt động Nhà máy có cơng suất 392 MW, đầu tư NRG, Google BrightSource Energy, dự tính sản xuất đủ điện để cung cấp cho 140,000 hộ gia đình năm NGR thông báo vào tuần trước đơn vị nhà máy cung cấp điện vào mạng lưới California Nhà máy điện Ivanpah tiêu tốn 2.2 tỷ đô la để xây dựng trải rộng diện tích 1400 ISEGS nhà nhà máy nhiệt điện mặt trời lớn nay, chiếm gần 30% sản lượng điện mặt trời sản xuất Mỹ Nhà máy sử dụng 173,500 heliostats, gương điều khiển phần mềm, hướng theo mặt trời, phản xạ ánh sáng làm sôi tháp nước Hơi nước đưa lên đến nhiệt độ 5500C đến 10000C, đủ để xoay tua bin tiêu chuẩn tạo điện Lưu chất sử dụng để đun nóng tháp mặt trời Ivanpah muối molten, giống lưu chất nhà máy khác, muối molten có đặc tính giữ nhiệt tốt, lưu nhiệt lâu Điểm đặc biệt Ivanpah có xuất thêm lưu nóng lưu lạnh nằm chân tháp mặt trời Bộ lưu nóng sử dụng để lưu trữ lượng nhiệt từ hệ thống Nhà máy nhiệt điện giúp: kéo dài thời gian sản xuất điện (đặc biệt vào thời điểm muộn ngày khơng cịn ánh sáng mặt trời), giảm tổn thất nâng hiệu suất hoạt động toàn hệ thống cao so với giải pháp lượng mặt trời khác, mở rộng khả tùy biến mạng lưới điện… Bộ lưu lạnh có tên lạnh thực tế nhiệt độ lưu chất rơi vào khoảng 2000C, bên cạnh lưu nóng, thiết bị giúp cho chu trình nhiệt lưu chất muối Molten ổn định sản lượng điện tốt Ở chu trình chất lưu thứ 2, nước từ nhà máy sử dụng ứng dụng công nghiệp trình tăng cường thu hồi dầu nhiệt ( thermal enhanced oil recovery- gọi tắt EOR) Hình mơ tả đường nước trường hợp ứng dụng vào công nghệ lọc dầu (ảnh brightsourceenergy) Hơi nước thoát từ hệ thống dẫn vào hồ chứa dầu thông qua giếng vào Tại nước ngưng tụ với dầu tạo thành hỗn hợp mà sau khai thác Một hệ thống lọc sử dụng để tách dầu chuyển nước làm trở nhà máy Thêm vào đó, theo tuyên bố từ nhà sản xuất, nhà máy Ivanpah sử dụng công nghệ tản nhiệt ngưng tụ khí (Air-cooled condenser), sử dụng nước giải pháp làm mát truyền thống đến 90% Điện sản xuất đơn vị Ivanpah, với sản lượng khoảng 259 MW bán cho công ty Pacific Gas & Electric hai hợp đồng thu mua lượng dài hạn 133MW lại sản xuất đơn vị bán cho Southern California Edison với điều khoản tương tự Ông Tom Doyle, Giám đốc công ty NRG, cho biết:” Nguồn cảm hứng cho công nghệ xanh Ivanpah quan 174 Solar power plants trọng kinh tế chúng ta, giúp giữ vững khả cạnh tranh toàn cầu vài thập kỷ Chúng ta thấy rõ ràng Ivanpah thay đổi tảng công nghiệp lượng cách chứng minh lượng mặt trời quy mô lớn điều thực mà chí mang lại lợi ích kinh tế cách thức sản xuất tiêu thụ lượng.” Tuy nhiên, q trình thi cơng Ivanpah gây nhiều tranh cãi Với quy mô rộng lớn đồng nghĩa với việc sử dụng nhiều đất, chí vùng đất trước dùng để bảo tồn dân địa flora fauna Theo điều tra từ US Wildlife, côn trùng bị thu hút gương lượng mặt trời Kéo theo việc săn mồi loài chim di trú sinh sống buộc phải đến trạm lượng để săn mồi, cuối kết mà không muốn Công ty BrightSource ban đầu cho kết luận thổi phồng vấn đề nhận định đanh thép có khoảng 1.000 sinh vật chết năm mà thơi Nhưng tính nay, Trung tâm đa dạng sinh vật học đếm khoảng 28.000 vật bị chết US Wildlife tích cực tìm hiểu thêm thơng tin tính tốn xác số lượng sinh vật chết quanh để tạo thêm loại giấy phép dành cho công ty nhiệt điện mặt trời Hiện tại, nhà máy nhiệt điện mặt trời lại đặt California/Arizona – nơi nằm đường bay loài chim quý Golden Eagle Peregrine Falcon Và không tiến hành nhanh chóng việc điều tra, khả tuyệt chủng loài chim quý tăng cao Sở Năng Lượng California lại kết luận Ivanpah gây ảnh hưởng đến mơi trường địa phương lợi ích mang lại hồn tồn bù lại thiệt hại 7.3.9 Tương lai điện mặt trời CSP Một nghiên cứu thực Greenpeace International, Hiệp hội lượng điện mặt trời châu Âu, nhóm SolarPACES Cơ quan Năng lượng Quốc tế điều tra tiềm tương lai lượng mặt trời tập trung Nghiên cứu cho thấy lượng mặt trời chiếm tỷ lệ cao nhu cầu lượng giới vào năm 2050 Sự gia tăng đầu tư từ € tỷ toàn giới đến 92.5 tỷ € giai đoạn Tây Ban Nha nước đầu công nghệ lượng mặt trời tập trung, với 50 dự án phủ phê duyệt Ngồi ra, họ xuất cơng nghệ mình, tăng thêm cổ phần cơng nghệ lượng tồn giới Bởi cơng nghệ hoạt động tốt với khu vực nhiều ánh nắng (bức xạ mặt trời), chuyên gia dự đoán tốc độ tăng Year Annual Cumulative trưởng lớn nơi châu Phi, Mexico, Tây Nam Hoa Kỳ Họ hệ thống Investment Capacity lưu trữ nhiệt (canxi, kali, natri, ) làm cho nhà máy CSP ngày có lợi Nghiên cứu xem xét ba kết khác cho công nghệ này: không tăng công nghệ CSP, tiếp tục đầu tư Tây Ban Nha Mỹ, cuối tiềm CSP 420 khơng có 2015thực21sựtỷcủa euros megawatts rào cản tăng trưởng Kết phần thứ ba thể bảng bên: Cuối cùng, nghiên cứu thừa nhận cách để công nghệ CSP cải thiện điều dẫn 2050 tỷ tại1,500,000 đến giảm giá mạnh mẽ vào năm 2050 Nó dự đoán giảm từ174 mức 0.23 - 0.15 € / kwh tới 0.14 – 0.10 € / kwh Gần đây, EU bắt đầu xem xét phát triển lưới nhà eurosmột mạng megawatts máy điện lượng mặt trời có quy mơ 400 tỷ € có trụ sở khu vực Sahara sử dụng công nghệ Bảng 7.3: KếtBắc qua Phi nghiện cứuhoạch CSP, để tạo "một mạng lưới không-carbon nối châu Âu, Trung Đông " Kế Solar power plants 175 hỗ trợ chủ yếu nhà công nghiệp Đức dự báo sản xuất 15% điện châu Âu vào năm 2050 Ma-rốc đối tác quan trọng sa mạc rộng có chiếm 1% lượng điện tiêu thụ EU, sản xuất nhiều lượng cần cho toàn đất nước có dư nhiều lượng để cung cấp cho châu Âu Algeria có diện tích sa mạc lớn nhất, công ty Algeria tin Cevital đăng ký cho sa mạc CSP tiềm cao vùng Địa Trung Hải Trung Đông, khoảng 170 TWh/năm, vị trí địa lý chiến lược gần châu Âu Algeria nước quan trọng để đảm bảo thành công dự án sa mạc Hơn nữa, với trữ lượng khí đốt tự nhiên dồi sa mạc Algeria, điều tăng cường khả kỹ thuật Algeria thực Solar-Gas Hybrid Power Plants để phát điện phục vụ 24 Các tổ chức khác mong đợi CSP mức chi phí $ 0,06/kWh vào năm 2015 cải tiến hiệu sản xuất hàng loạt thiết bị Điều làm CSP rẻ điện thông thường Nhà đầu tư nhà đầu tư mạo hiểm Vinod Khosla mong đợi CSP liên tục giảm chi phí thực rẻ so với điện than sau năm 2015 Trong năm 2009, nhà khoa học Phịng thí nghiệm quốc gia lượng tái tạo (NREL) SkyFuel hợp tác để phát triển cong kim loại lớn có tiềm tốn 30% so với thứ tốt lượng mặt trời tập trung cách thay mô hình thủy tinh dựa với bạc tờ polymer có hiệu giống gương thủy tinh lớn, với chi phí thấp nhiều nhẹ Nó dễ dàng để triển khai lắp đặt Bộ phim bóng sử dụng nhiều lớp polyme, với lớp bên bạc tinh khiết Roger Angel (Univ Of Arizona) – người thiết kế kính viễn vọng chuyển ý vào CPV, đối tác công ty gọi Rehnu Angel sử dụng ống kính tập trung cầu với cơng nghệ kính thiên văn lớn, vật liệu rẻ nhiều tinh vi hơn, để tạo hệ thống hiệu Có số đề xuất kích thước gigawatt, nhà máy điện mặt trời quy mô lớn Chúng bao gồm đề nghị Euro-Địa Trung Hải Desertec, dự án Helios Hy Lạp (10 gigawatt), Ordos (2 gigawatt) Trung Quốc Một nghiên cứu năm 2003 kết luận giới tạo 2.357.840 TWh năm từ nhà máy điện mặt trời quy mô lớn sử dụng 1% sa mạc giới Tổng tiêu thụ toàn giới 15.223 TWh / năm (năm 2003) Các dự án quy mô gigawatt nhà máy đơn Các nhà máy lớn hoạt động 80 MW (SEGS VIII SEGS IX) nhà máy lớn xây dựng 370 MW (Ivanpah) Trong năm 2012, BLMmade có 97.921.069 mẫu đất thesouthwestern Mỹ cho dự án lượng mặt trời, đủ cho từ 10.000 đến 20.000 gigawatt (GW) 7.4 FAQs Nhóm Question: Có cơng nghệ làm giảm giá thành pin Mặt Trời ? Ở VN có số trung tâm nghiên cứu sản xuất PV, PV không phổ biến lắm? Thiết kế nhà máy phù hợp với VN? Answer: 176 Solar power plants Trong phần trình bày nhóm vật liệu đạt hiệu suất Quang điện cao silicon đơn tinh thể Tạo nên silicon tinh thể lớn cắt chúng miếng nhỏ mỏng (0.10.3 mm) tốn thời gian chi phí cao Do lý này, để giảm giá thành sản xuất, người ta phát triển nghiên cứu vật liệu thay cho tế bào silicon đơn tinh thế, ví dụ tế bào silicon đa tinh thể, pin quang điện công nghệ “màng mỏng”, tổ hợp tập trung Qua nghiên cứu cho thấy điện Mặt Trời Việt Nam có tiềm lớn: Việt Nam có xạ Mặt Trời vào loại cao giới, với số nắng dao động từ 1.600-2.600 giờ/năm, đặc biệt khu vực phía Nam Giá thành trở ngại lớn việc khai triển Điện Mặt Trời, cho dù 20 năm qua, giá thành Điện Mặt Trời giảm 40 lần, trung bình 4% năm Đó chủ yếu nhờ vào sử cải thiện hiệu suất chuyển đổi lượng qui mô sản xuất lắp đặt ngày cành mở rộng Một ví dụ hộ gia đình sử dụng thiết bị điện phải lắp đặt hệ thống điện Mặt Trời giá 24.269.500 VND Một hệ thống điện Mặt Trời khác công suất lớn có giá 61.278.150 VND Ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất mang theo lượng photon xạ nhiệt Cho nên Việt Nam thích hợp cho mơ hình: Quang điện Nhiệt điện Nhóm Question: Nhóm trình bày giá thành lượng mặt trời có giảm cạnh tranh với nguyên liệu hóa thạch, ta hồnh tồn sử dụng lượng mặt trời không? Đặc biệt Việt Nam, thay nhà máy nhiệt điện? Việc lắp đặt pin mặt trời hộ dân có khả sinh lời lâu dài lại không lắp đặt phổ biến giới nói chung Việt Nam nói riêng? Answer Giá thành cạnh tranh hiểu theo nghĩa lợi ích tính đường dài Bên cạnh việc xây dựng nhà máy lớn tốn kém, mặc số lượng nhà máy lượng mặt trời không đủ để cung cho nhu cầu lượng toàn giới Như nhóm trình bày, lượng mặt trời hứa hẹn nhiều tương lai Riêng Việt Nam, chưa đủ u cầu tài cơng nghệ nên nay, nước ta chủ yếu sử dụng nhà máy lượng hóa thạch đơn giản xây dựng, tương đối rẻ tiền, phù hợp với tình hình trước mắt nước ta Tương tự câu trả lời trên, pin mặt trời cho gia đình có khả sinh lời lâu dài, tùy vào yêu cầu kinh tế hộ dân mà người ta lựa chọn, bên cạnh lợi khoa học, khía cạnh kinh tế trị ảnh hưởng đến việc sử dụng nguồn lượng mặt trời nhiều Nhóm Question: Tại ánh sáng lại giải phóng electron bán dẫn? Lớp lõi ỡ dùng để làm gì? Answer: Solar power plants 177 Khi Pin quang điện hấp thụ lượng ánh sáng Mặt Trời lượng truyền đến hạt electron mạng tinh thể tạo thành electron tự di chuyển bán dẫn Lớp lõi gọi lớp chèn có chức phân cách lớp p lớp n Nếu khơng có lớp chèn khơng có chênh lệch điện áp lớp bán dẫn khơng thể tạo dịng điện Nhóm Question: Thặng dư điện gì? Cách thức bán điện cho nhà cung cấp nào? Những chim bay ngang qua nhà máy bị thiêu đốt nhiệt độ xung quanh nhà máy cao, người nhà máy chống nóng ? Cách thức di chuyển từ nhà máy vào nhà máy để hạn chế lượng nhiệt xạ vào người ( nhà máy Ivanpah) Answer: Trong khn khổ thuyết trình nhóm, thặng dư điện hiểu lượng điện sản xuất đủ cho nhu cầu tiêu dùng, lượng điện dư qui đổi lợi nhuận thặng dư điện Trình tự, thủ tục mua bán điện dự án nhà máy điện độc lập (ở Việt Nam) bao gồm bước sau: - Chấp thuận mua điện có thời hạn từ dự án nhà máy điện độc lập Thỏa thuận đấu nối EVN Chủ đầu tư Đàm phán ký kết Thỏa thuận giá điện EVN Chủ đầu tư Thỏa thuận thiết kế hệ thống đo đếm hệ thống SCADA/EMS EVN Chủ đầu tư Đàm phán ký kết Hợp đồng mua bán điện EVN Chủ đầu tư Nhà máy Ivanpah q trình hoạt động có nhiệt độ cao, nhiên công nhân kĩ sư không trực tiếp làm việc với pin mặt trời, tất hệ thống pin mặt trời có hệ thống điều khiển thông tự động, nghĩa không cần người phải vận hành trực tiếp Các kĩ sư điều khiển hướng quay gương hướng theo mặt trời phịng điều khiển, nên họ khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ cao nhà máy Nhóm Question: Các tháp lượng mặt trời vận chuyển chất lỏng bên thiết bị gì? Các ưu nhược điểm áp dụng Việt Nam? Answer: Các tháp vận chuyển chất lưu (dung dịch muối đặc biệt) ống dẫn riêng biệt, ống dẫn lưu chất nóng xuống bể nóng ống dẫn lưu chất nguội từ bẻ nguội lên đỉnh tháp Nhà máy theo cơng nghệ CSP có ưu điểm nhược điểm quy mơ Việc có quy mơ q lớn địi hỏi phải có phát triển kĩ thuật, vốn, nhân lực địa hình sa mạc, mà 178 Solar power plants yếu tố nước ta chưa đáp ứng Tuy nhiên xây dựng thành cơng nhà máy điện mặt trời mang đến nguồn lợi kinh tế lâu dài cho đất nước Nhóm Question: Nhà máy CSP dùng gương để tập trung nhiệt, gương dễ vỡ, dùng vật liệu gì? Sa mạc thường có bão cát, có ảnh hưởng đến hệ thống gương hay ko? Năng lượng mặt trời thay đổi liên tục ngày, cơng suất phát máy phát có thay đổi khơng? Nếu có đề đảm bảo chất lượng điện? Answer: Tất nhiên thiết kế nhà máy, người kĩ sư tính tốn độ bền thiết bị, gương gia công kĩ lưỡng làm vật liệu chịu lực tốt giá thành cao Gió mạnh bão cát chắn tác động đến hệ thống gương tùy vào điều kiện sử dụng ta phải chọn hy sinh yêu cầu, hiệu độ bền Ví dụ bài, nhóm có đề cập đến enclosed trough dạng nhà máy khơng dùng gương thay vào dùng tube ống tròn để tập trung nhiệt Điều làm giảm hiệu suất ống tròn lại có tác dụng chịu gió mạnh Năng lượng mặt trời thay đổi liên tục CSP có nóng nguội nhằm làm ổn định chu trình nhiệt chất lưu sơ cấp nên nhìn chung chất lượng điện khơng thay đổi Nhóm 10 Question: So sánh ưu nhược điểm PV CSP? Answer: Có nhiều khác biệt PV CSP, sau số điểm chính: - PV có khả lắp đặt quy mơ nhỏ, dung hộ gia đình, nhiên lại dạng chuyển trực tiếp quang thành điện DC nên cần nhiều thiết bị phụ trợ, chất lượng điện phụ thuộc nhiều vào điều kiện nắng - CSP hoạt đông quy mô nhỏ, nhiên lại chuyển xạ nhiệt thành điện (gián tiếp) nên điện đầu tương đối ổn định Nhóm 11 Question: Biện pháp an toàn sử dụng cho nhà máy nhiệt mặt trời Nhân công nhà máy điện nhiệt mặt trời, nơi thích hợp để xây dựng nhà máy, có cần nguồn nước hay không? Answer: Solar power plants 179 Hệ thống kính định nhật có khả điều khiển người điều chỉnh, bên cạnh đó, nhà máy có biện pháp an toàn nhà máy điện khác Theo nhận định nhóm quy nạp từ nhà máy CSP lớn giới thường nhà máy xây sa mạc, việc có gần nguồn nước hay khơng khơng ảnh hưởng đến nhà máy chu trình cùa nhà máy chu trình kính Bên cạnh việc phát triển giao thơng vận tải ngày yêu gần nguồn cung cấp ngun nhiên liệu khơng cịn q cấp thiết 7.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.evwind.es/2014/06/08/the-solar-power-photovoltaic-pv-market-had-a-record-year-addingmore-than-39-gw-in-2013/45794 [2] http://www.rids-nepal.org/index.php/Solar_Photo_Voltaic.html [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_system [4]http://incosys.vn [5]http://cesti.gov.vn [6]http://dienmattroi.biz Luận văn tốt nghiệp: nhà máy điện dạng Stirling Dish, Hà Văn Hữu Wikipedia Solar energy: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power Wikipedia PV: http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaics Wikipedia CSP: http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power http://solarpower.vn/vi/spct/id109/He-thong-dien-nang-luong-mat-troi-hoa-luoi-SolarV-SV-GT3000/ http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Energy_Generating_Systems) http://vietnamnet.vn/vn/khoa-hoc/178086/10-nha-may-dien-mat-troi-lon-nhat-the-gioi.html) http://en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power http://Pveducation.org http://cesti.gov.vn http://dienmattroi.biz 180 Solar power plants ... http://solarpower.vn/vi/spct/id109/He-thong -dien- nang-luong -mat- troi- hoa-luoi-SolarV-SV-GT3000/ http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Energy_Generating_Systems) http://vietnamnet.vn/vn/khoa-hoc/178086/10-nha-may -dien- mat- troi- lon-nhat-the-gioi.html)... http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_system [4]http://incosys.vn [5]http://cesti.gov.vn [6]http://dienmattroi.biz Luận văn tốt nghiệp: nhà máy điện dạng Stirling Dish, Hà Văn Hữu Wikipedia Solar energy:... inverter = 153 x 1.25 = 190W → Chọn inverter 200W trở lên Và giá thành sản phẩm (tham khảo dưa web dienmattroi) Thông số vận Số hành lượng Thiết bị Tấm pin thu điện mặt trời 12V (Solar panel) Xuất xứ: