Giáo trình năng lượng tái tạo

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỢ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo định số 546 ngày 11 tháng năm 2020) NĂM 2020 LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng nhân tố định đến phát triển kinh tế xã hội quốc gia nhân tố quan trọng đảm bảo thoả mãn nhu cầu cho sống người Nguồn lượng quan trọng mà lồi người sử dụng nhiên liệu hố thạch, hay gọi nguồn lượng truyền thống, than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên số loại phát nghiên cứu khai thác đá phiến dầu, cát dầu băng cháy… Các nguồn lượng cung cấp 80% nhu cầu lượng giới, bao gồm cung cấp điện năng, nhiệt nhiên liệu cho loại động nhằm phục vụ hoạt động người Tuy nhiên trữ lượng nguồn lượng hoá thạch có hạn chúng khơng thể tái tạo cạn kiệt chúng đến gần, theo chuyên gia an ninh lượng Liên Hiệp Quốc, nguồn ngun liệu hóa thạch (dầu mỏ, than đá, khí đốt, dầu đá phiến) trái đất khai thác khoảng 60 đến 90 năm cạn kiệt, loại khác phát "băng cháy" trữ lượng lớn công nghệ khai thác chưa hoàn thiện Ngoài hậu việc sử dụng nguồn lượng hoá thạch vấn đề nghiêm trọng nhân loại, tượng nóng lên tồn cầu làm biến đổi khí hậu phát thải khí nhà kính carbon dioxide CO từ việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch Một nguồn lượng hoá thạch khác khơng phát thải khí nhà kính, có trữ lượng lớn sử dụng hiệu kỷ qua sử dụng nguồn lượng nguy có tác động đến mơi trường sống nghiêm trọng, nên dừng lại không khuyến khích sử dụng lượng hạt nhân Do vậy, để có nguồn lượng bền vững nhiều năm nhà khoa học giới đầu tư nhiều cơng sức cho việc tìm dạng lượng nhằm thay dần nhiên liệu hố thạch Sự tìm kiếm đem lại nhiều thành quan trọng đầy triển vọng Các nguồn lượng thiên nhiên nghiên cứu chuyển hoá thành chất mang lượng gọi lượng tái tạo Năng lượng tái tạo có khả thay dần nguồn lượng truyền thống, không dạng tiềm mà trở thành dạng lượng thực sự, đóng góp tích cực cân lượng nhiều nước giới Ngoài ra, sử lượng tái tạo để thay dạng lượng truyền thống góp phần giảm phát thải khí nhà kính cách đáng kể Các nguồn lượng tái tạo tồn khắp nơi nhiều vùng địa lý, ngược lại với nguồn lượng khác tồn số quốc gia Việc đưa vào sử dụng lượng tái tạo nhanh hiệu có ý nghĩa quan trọng an ninh lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, có lợi ích kinh tế Theo báo cáo Tổ chức lượng quốc tế (IEA), tương lai nước trọng đến sử dụng nhiên liệu carbon Tỷ lệ nhiên liệu phi hóa thạch chiếm tổng số loại nhiên liệu dự đoán tăng từ 19% thời điểm lên mức 25% đến năm 2040 MỤC LỤC 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4.1 4.2 BÀI 1: BỨC XẠ MẶT TRỜI Bức xạ mặt trời ngồi khí trái đất Bức xạ mặt trời bề mặt trái đất Số liệu xạ mặt trời Bức xạ mặt trời mặt phẳng nghiêng 11 BÀI 2: CÁC BỘ THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỘI TỤ 14 Khái niệm chung 14 Bộ thu phẳng có gương phản xạ 18 Bộ thu máng Parapol 19 Bài 3: PIN MẶT TRỜI 24 Hiệu ứng quang điện 24 Pin mặt trời 34 Công nghệ chế tao pin mặt trời tinh thể si 48 Các vật liệu pin mặt trời vơ định hình 60 Pin mặt tròi nhlểu mức nàng lượng 70 Ứng dựng pin mật tròi 76 Hệ thống điện mặt trời nóì lười 81 BÀI 4: NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG 83 Khái niệm co bàn vế lượng gió 83 Lý thuyết đơng gió 94 v3f 100 4.3 Ứng dụng nàng lượng gió 112 Bài 5: CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÁC 120 5.1 Năng lượng sinh khối 120 5.2 Năng lượng địa nhiệt 134 BÀI 1: BỨC XẠ MẶT TRỜI 1.1 Bức xạ mặt trời ngồi khí trái đất Nãng lượng mặt trời nguồn lựơng vô quan trọng đoi với tồn lại phát triển sống Quả Đất Tuy nhiên truyền tới Quả Đất xạ mạt trời phải di qua ỉớp khí làm thay dổi tính chất cùa Vì vậy, trước hết ta xem xét tính chất xạ mặt trời ngồi khí Quà Đất Có thể nói Mặt Trời khối khí hình cầu có nhiệt độ cao Năng lượng khổng lồ Mặt Trời phát kết phàn ứng nhiệt hạt nhân khác xảy liên tục dội hành tinh Đường kính Mạt Trời vào khoảng 1,39 10fi km Như biết, đường kính Quả Đất chí 1,27 -104km Khoảng cách trung bình Mặt Trời Quả Đất 1,496 10" km Mặc dù Mặt Trời râì lớn, khoảng cách Mặt Trời - Quà Đâì lớn, nên lừ mặt đất nhìn Mặt Trời góc chí 32’ Vì tia mặt trời tới mặt đất xem tia song song Nhiệt độ độ sáng Mặt Trời biến đổi từ tâm ngồi Nhưng tính tốn ứng dụng mặt đất người ta xem độ sáng cùa Mặt Trời đồng Các đo đạc cho thấy mật độ dòng lượng từ Mặt Trời phía ngồi khí Q Đất xem khơng đổi Người ta gọi phần nàng lưọììg mill trời tói don vị diện tích vng góc với tia mặt trời phía ngồi khí đất hầng số Mặt Tròi, ký hiệu ụ., có giá trị gần 1353 w/m2 Quả Đất quay xung quanh Mạt Trời quỹ đạo elĩp với độ lệnh tâm nhỏ Mặt Trời tiêu điểm Vì khoảng cách Mặt Trời Quà Đất chu kỳ quay nó, 365 ngày hay năm, có thay dổi Do mật độ lượng Mặt Trời bên ngồi khí Quả Đất bị thay dổi lượng nhỏ Giá trị mật độ lượng Mặt Trời ngày tính theo cơng thức: 4'=Isci1 + 0,033cos~n I 365 ) (1,1) Ớ n số ngày năm (lính từ đầu năm, n -1 ngày 01 tháng 01) Phản bô' phổ xạ Mặt Trời bên ngồi khí Q Đất cho bảng 1.1 số mặt trời 1^= 1353 W/nT Như thấy bảng 1.1, giá trị phổ lúc đau tăng nhanh theo bước sóng Ầ, đạt cực dại X - 0,48pm sau giảm dần đến Khoảng 99% xạ Mặt Trời nằm giải phổ từ 0,2pm đến 4pm, lỉình 1.1 biếu diễn phân bô' phố xạ Mặt Trời cho bảng 1.1 Bảng l.ỉ: Phân bô phổ xạ mặt trời bén ngồi khí Q Đất (W/m2 Da*) DU*) X (pm) (pm) (W/1IT Lim) (.im) 0,2 10,7 0,0081 0,9 891 63,37 0,3 514 1.21 1,0 748 69.49 0,38 1120 7,00 2.0 103 93,49 0,4 1429 8,73 3,0 31 97,83 0,48 2074 19,68 4,0 9.5 99,06 0,5 1942 22,06 5.0 3.8 99,51 0,6 1666 35,68 6.0 1.8 99,72 0,6 1369 46,88 7.0 1.00 99,82 0,78 1159 54,35 8.0 0.59 99,88 0.8 1109 56,02 10,0 0.25 99.94 Ghi (*) Đại lượng + dược xác dinh theo D; biểu thứ sau: co À /If(JxlOO =■/ D;, JeÀdẤ ■x]00 = Lo _Q JJ Ở ngồi khí Quả Đất phổ xạ mặt trời gần giống với xạ vật đen tuyệt đối theo dịnh luật Stefan- Boltzmann nhiệt độ 5762K 1.2 Bức xạ mặt trời bề mặt trái đất Bức xạ Mặt Trời nhận be mặt Quả Đất bị suy giảm đáng kể so với xạ Mặt Trời vũ trụ tượng hấp thụ, tán xạ tia Mặt Trời di qua lớp khí Quả Đất (hình 1.2) Sự hấp thự trước hết có mặt phân tử ozon Oj nước H2 o khí Ngồi cịn hấp thụ cuả phân tử khí khác (như cacbonic CO2, oxit nitơ NOj, oxit cacbon co, oxỵ Oj, metan CH4,.và hạt bụi Mật khác tia Mặt Trời gặp phân tử khí hạt bụi nói cịn bị tán xạ phía, có phần dáng kể nâng lượng trở lại vĩí trụ mà khơng đến dược mạt đất Hình 1.2- Sự hâ'p thụ tán xạ tia Mặt Trời qua lớp khí quyến Quả Đất Khí quyến ỡ địa phương trẽn bề mặt Quả Đất thường dược phân thành hai loại: khí có mây mù khí sáng khơng có mây mù Cơ chế hấp thụ tán xạ hai loại khí nói Tuy nhiên cường độ hấp thụ hay tán xạ loại bầu khí mây mù mạnh so với khí sáng Những ngày sáng hồn tồn khơng có mây mù cường độ xạ Mạt Trời tới bề mặt Quả Đất có giá trị lớn Thành phẩn tia xạ Mặt Trời thẳng từ Mặt Trời tới mặt đất mà không bị thay dổi hướng qua lớp khí dược gọi thành phần n ực xạ Cịn đõì với tia xạ Mặt Trời đê'n điểm quan sát mặt dát từ phía bẩu trời đưực gọi thành phần nhiễu xạ 'Ihành phẩn nhiễu xạ gây tượng tán xạ tia Mặt Trời gặp phân tử khí loại hạt bụi bầu khí vật cản khác, Tổng thành phần trực xạ nhiêu xạ gọi Tổng xạ Nói chung, cường dộ cúa tia nhiễu xạ đến từ hướng khác bầu trời ỉà không Tính chất gọi tính chất bấỉ dẳng hướng cùa xạ nhiều xạ Tuy nhiên tính tốn xạ Mặt Trời mặt đất người ta thường bỏ qua lính bất đẳng hướng mà xem xạ nhiều xạ đẳng hướng Một đại lượng quan trọng khác dạc trưng cho dô suy giảm cúa tia Mặt Trời qua lớp khí quyên Quả Đất airmass (AM) Nó đo tỷ số độ AK, dài tia Mặt Trời qua lớp khí Quả Đất độ dày MP AM - 4-T- lớp khí (hình 1.3), tức là: NP (1.2) Mặt N Trời Hìnhl.3- Xác định airmass AM Góc pháp tuyến mặt đất điểm quan sát tia Mạt Trời gọi góc Zenith 0Z Giá trị AM phụ thuộc vào góc Q, Airmass “không” AMO tương ứng với xạ Mặt Trời ngồi vũ trụ; AM1 ứng với góc 0z.= 0, cịn AM2 ứng với góc 6Z.- 60" Có nhiều nghiên cứu chế hấp thụ tán xạ xác định hệ sô' suy giảm xạ Mặt Trời bề mặt Quả Đất liên quan đến thông sơ' thời tiết khí hậu Tuy nhiên, nói chung khơng thể dự đốn xác thay đổi khí hậu, thời tiết khơng thể dự dốn xác xạ Mặt Trời bề mặt Quả Đất địa phương khoảng thời gian Vì vậy, dể thiết kế, láp đặt thiết bị lượng Mặt Trời người ta thường phải lựa chọn hay vài phương pháp sau: Tiêh hành đo đạc thực tê khoáng thời gian đủ dài địa phương lắp đặt thiết bị nàng lượng Mặt Trời ; Sử dụng sơ' liệu sơ' dịa phương khác mà thời tiết, khí hậu gần giống địa phương lắp đặt thiết bị lượng Mạt Trời; Sử dụng công thức dự báo kinh nghiêm liên kc't giá trị xạ Mặt Trời với thông số khí tượng khác mà giá trị biết địa phương quan tâm 1.3 Số liệu xạ mặt trời Phẩn lớn sỏ' liệu xạ Mật Trời mặt nằm ngang Trạm Khí Tượng Thuỹ Văn Ví dụ hình 1.4 trình bày đường cong ghi dược ngày sáng dô'i với thành phổn tổng xạ nhiễu xạ Hình 1.4' Các đường cong ghi thành phần tổng xạ nhiễu xạ ngày sáng Qua hình vẽ ta thấy ràng, biến dổi xạ Mặt Trời trơn tru có cực đại lân cận trưa Đổi với ngày mây mù dường cong trẻn biến đổi phức lạp với nhiểu cực dại cực tiếu phụ Mật độ lượng xạ Mặt Trời thường đo cal/cm2 hay J/cm: Đối với việc thiết kê' hệ thống thiết bị lượng Mặt Trời người ta quan tâm trước hết giá trị trung bình cùa xạ Mặt Trời địa phương lắp dặt thiết bị Thông thường người ta tính giá trị trung bình ngày cúa xạ Mặt Trời tháng khác năm Đẻ tham khảo só' liệu xạ Mặt Trời địa phương khác nước hay vùng địa lý đâ'y người ta thường xây dựng sổ tay tra cứu hay đồ xạ Mặt Trời Có hai dại lượng để đánh giá xạ Mặt Trời địa phương đó, mật độ lượng Mặt Trời trung bình ngày sơ' nắng trung bình hàng tháng năm năm Bảng 1.2 cho số liệu nãng lượng Mặt Trời trung bình ngày địa phương khác Việt Nam Bang ỉ.2- Lượng lổng xạ xạ mạt trời trung bình ngày cùa tháng năm số địíi phương Việt Nam, (đơn vị: MJ/m2.ngày) IT Địa phương Tỏng xạ Bức xạ Mặt Trời tháng năm (đơn vi: NU/nr.ngày) 10 Hình 8.8- Nguyên lý hoạt động nhà máy diện đìa nhiệt Các nguồn đá nóng khơ bao gồm khối đá nhiệt độ cao, từ 90*'C đến 65Ơ'C Các nguồn'đá bị nứt gãy nên chứa hoậc khơng có nưức nóng Để khai thác nguồn địa nhiệt người ta khoan sâu đến tầng đá, lạo nứt gãy nhân tạo, sau sử dụng chất lỏng làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá dã bị làm nứt gãy dế thu nhiệt Chất lỏng làm việc thường hoạt động theo chu trình kín hình 8.8 Tuy nhiên việc khai thác lượng địa nhiệt từ nguồn đá nóng khơ khó khăn hiệu kinh tê' không cao so với việc khai thác nguồn dịa nhiệt khác Năng lượng dịa nhiệt lỗ hong núi lửa dang hoại động có nhiều íhê' giới Magma dá nóng chảy có nhiệt độ từ 7(X)"C đến 1600"C Khi nằm vỏ Quả Đất đá nóng chảy mội phần cùa vỏ Quả Đất có độ dày khoảng 24 đê'n 48km Các nguồn magma chứa nguồn lượng khổng lổ, lớn nguồn địa nhiệt, gần mặt đất nên việc khai thác khó khăn 5.2.2 Các phát triển kỹ thuật Nhiệt từ nguồn hay mỏ địa nhiệt khai thác nhờ sử dụng chất lỏng tự nhiên cúa Quả Đất để làm chất làm việc vận chuyến nhiệt Năng lượng nhiệt cho qua tuabin dể phát điện dùng cách trực tiếp cho trình gia nhiệt che biến nhiệt công nghiệp Để khai thác nguồn địa nhiệt người ta thường sir dụng phương pháp khoan khai thác dầu hay khí đốt Đối với nguồn địa nhiệt nông nhiệt độ không cao (thấp 170"C) thường người ta khai thác nhiệt cách trực tiếp sứ dụng gián tiếp qua trao dổi nhiệt Đế sir dụng lượng địa nhiệt có hiệu thơng thường người ta sir dụng lại chỗ, nơi có nguồn dịa nhiệt khai thác, dần nhiệt xa (ví dụ ơ'ng dần) hao phí nhiệt lớn Để phát diện người ta có the sử dụng số hệ thống : hệ thống khơ ; hệ thơng hố đơn ; hệ thống hoá kép ; hệ thống hai tầng ; hệ thống kết hợp a) Hệ thống khô (dry steam system): Người ta Lấy nước Lừ giống đá khơ sau cho trực tiếp qua tuabin đế phát điện b) Hệ thơng hố dơn (single flash system) : Ntrớc nóng từ nguồn dịa nhiệt dược làm bốc theo kiểu xung (nố) sau dẫn qua tuabin phát điện Nước thải cịn lại dưa trở lại nguồn (mỏ) dịa nhiệt e) Hệ thong hoá kép (dual flash system): Trong hệ thống nước dược trio giai doạn dế lận dụng nhiêu lượng địa nhiệt Trong giai doạn nước dược tách khói hồn hợp nước nóng lâ'y mỏ lên cho qua tuabin phát điện Nước nóng tách lại hoá theo kiểu xung lại dược cho qua tuabin phát diện Cuối nước nóng thải cịn lại dược bơm trờ !ại nguồn địa nhiệt d) Hệ thống tầng: Đe tránh tượng ăn mịn dóng cặn sinh chất lóng địa nhiệt trực tiếp qua hệ thống phát diện người la dùng hệ thống tầng nhờ trao đổi nhiệt Ớ tầng thứ chất lỏng dịa nhiệt bơm từ giếng lẽn, qua trao dổi nhiệt để truyền nhiệt cho chát lỏng làm việc, sau dó dược làm ngưng tụ cho trở nguồn địa nhiệt Ó tầng thứ 2, chất lóng khác hoạt động theo chu trình kín, nhận nhiệt trao đổi nhiệt, tới tưabin phát diện, qua ngưng tụ, trở trao đổi nhiệt Các nhà máy điện dịa nhiệt hoạt động theo hệ thống tfing thiết kê' theo nhiéu kiểu khác đổ tận dụng lôi đa nguồn lượng địa nhiệt Ví dụ chất lỏng làm việc (trong chu trình thứ 2) cho hố giai đoạn có áp suất nhiệt độ khác nhan Nhiệt từ ngưng tụ chất lóng làm việc lại sứ dụng dể làm bốc chất lóng làm việc thứ cơng suất phát điện dược tăng lên e) Hệ thống kết hợp : hệ thống sử dụng đồng thời câ nước áp suất địa nhiệt, Trong hệ thống nước áp suất cao dần qua hệ thống óng dẫn với vận tốc lớn cho xả vào tưabin để phát điện Động lớn cùa dòng ống qua luabin chuyến thành điện nãng 5.2.3 ứng dựng khác ctia địa nhiệt Năng lượng địa nhiệt có nhiệt độ thấp hay trung bình có thổ dùng đế sưởi ấm hay sản xuất nước nóng cho mục dích sinh hoạt gia đình hay -SỞ cõng cộng trường học, bệnh viện, nhà hàng, khách sạmv.v Các chất lỏng địa nhiệt dược dùng để tạo nguổn nhiệt cho q (lình cịng nghiệp sản xuất hố chất hay dun níu, Nhiệt nước từ nguồn dịa nhiệt sứ dụng cho công nghiệp thực phàm, sán xuất hàng hoá tiêu dùng, sười ấm chuồng trại chãn nuôi gia súc, gia cẩm hay sỉr dụng nhà kính trổng rau qùa,v.v Nãng lượng địa nhiệt có thê’ dùng quay động tạo Nhưng ứng dụng quan trọng lượng địa nhiệt phát điện, tìiện lừ nhà máy địa nhiệt hồ mạng lưới điện quốc gia cấp điện cho hoạt dộng sân xuất, kinh doanh chồ Vì nguồn lượng địa nhiệt ổn định, không bị thay đbi theo ngày hay mùa nên điệu địa nhiệt cung cáp cho hệ thống lải liêu thụ ổn dịnh sờ cấp diện rẻ tiền cho phụ tru thời gian cao điểm Metan từ nguồn ấp suất địa nhiệt dùng làm nhiên liệu dot de sán xuất nước hay địa nhiệt có áp suất siêu cao dể chạy tuabin phát diện với hiệu suất cao Nó có thê’ dùng làm nguyên liệu q trình sản xuất hố chất Trong chat lỏng địa nhiệt chứa nhiều kim loại khống chất q kali cacbonat, bạc, bo, chì, kẽm lithi, v.v Thu hổi chất khai thác ngtiổn địa nhiệt nguồn sản phám phụ có giá trị 5.3 Năng lương đại dương Tiêm náng lượng dại dương chứa sóng thuỷ triều chênh lệch nhiệt dộ lớp nước nóng bề mặt lớp nước lạnh dtrới đáy dại dương vơ lo lớn Gió thổi mạnh khoảng không gian bao la trẽn đại dương tạo sóng biển dội hên tực mang theo nguồn lượng có the nói vô tận Thuỷ triều kết cùa lực hút cùa Mặt Trời,Mạt Trăng Quả Đất chuyển dộng Quâ Đà't xung quanh Măt Trời quay xung quanh trục nghiêng cúa Quả Đất Ó sổ khu vực thê' giới, mức nước biên dâng lên hạ xuống 12m hai lần ngày Đại dương thu lượng khổng lổ, hấp thụ lượng Mặt Trời dạng nhiệt làm nóng lớp nước bề mặt tạo chênh lệch nhiệt dô iớp nước nóng be mặt nước lanh sáu Tiềm nguồn lượng nhiệt lớn Dưới dây chứng ta xem xét cách chi tiết nguồn lượng đại dương 5.3.1 Năng lượng thuỷ triều Như dã nói trên, thuỷ triều tượng nước đại dương dâng lên hạ xuống lực hút cứa Mặt Trời,Mặt Trang quay Quả Đất Sự chuyển dộng tương dô'i cua hành tinh tạo chu kỳ thuỷ triều khác dill kỳ ngày (semi - cỉiítrnal cycle), chit kỳ "con nước lớn " (spring - reap cycle), cỉnt kỳ nứa nám (semi - animal cycle) chu kỳ khác dài CYtc chu kỳ ảnh hưởng đốn độ chênh lệch cùa thúy triều Đe khai thác lượng Ihuy triều, đế thiết ke xây dựng hệ thống nâng lượng thúy triều, cần phái hiểu biết đầy dủ quy luật vận dộng thuỷ triều Biên dộ chu kỳ thuỷ triều tăng lên cách dáng kể sơ' vùng biến có dịa hình dặc biệt cửa sơng, vịnh dạng hình phều, khu vực có đảo hay doi dất chia mặt biển thành từng_ngăn tạo phản xạ cộng hường sóng bicn Severn Estury (nước Anh) có kốt hợp số điều kiện địa lý đặc biệt nói nên có thuỷ triều cao giói Nguyên tắc khai thác nàng lượng thuỷ triổu nói chung giống khai thác lượng dòng sõng, đối VỚI còng nghệ kỹ thuật phát diện từ lượng thuý triều có nhiều thuận lợi Khi thuỷ triều dâng lẻn, cửa kênh dần mở dổ nước biển chảy vào hổ chứa sau thuỹ triều rút cửa kênh dược đóng ]ại để tạo cột nước mặt bicn mặt nước hồ Lượng nước giữ lại hổ xá dần qua tuabin để phát diện Có nhiều hệ thơng phức tạp cho phcp phát điện theo hai chiều dòng nước thuỷ triều, lên xuống Đe diet! khiến mức nước hổ người ta thường phái xảy dựng đập Tuy nhiên có sơ' phương án không sứ dụng dập chắn nước 'Ihco phương án người ta đặt tuabin lớn vào dòng th LI ỷ triều giống đặt tuabin gió luồng gió Ớ sơ' vịnh, dòng thuỷ triều chây vào chảy mtmh tạo nguồn động rã't lớn làm quay luabin phát điện Trong trường hợp người ta không cần xây dựng đập mà đặt nhiểu tuabin phàn tán khu vực rộng Phương pháp khai thác ihuỷ tricu đơn giản lại gây ảnh hưởng lớn VC mõi trường Các hệ thống lượng thuỷ triều có hổ chứa thiết kê' đế hoạt động theo mội ba phương thức sau: - Phát điện tricu xuống ; - Phát điện triều lên, ; - Phát điện cá hai chiều (lúc triều lẽn xuống) a- Phát điện triều xuống Khi thuỷ triều lên người ta mở cửa kênh dẫn cho mrớc chây qua tuabin vào hổ chứa Đến mức nước thuỷ triều đạt giá trị cao người ta đỏng cửa kênh dể giữ kũ nước hồ Mức nước hổ giữ cho dốn thuỷ triều rút xuống tao cột nước có dộ cao xác định dó, người ta bắt đần mở cửa kênh cho nước qua tuabin de phát điện Khi cột nước mặt nước hổ mặt nước biển giảm dần xuống Người la cho tuabin phát điện cột nước giám khoảng so với cột nước ban dầu (thì cho tuabin ngừng phát diện) Hình 8.9 cho thấy chu trình phát diện cua nhà máy diện thuỷ triều theo phương pháp b- Phát diện triều lên Phương thức phát điện ngược lại với phương thức phát diện triều xuống Khi thuỷ triều mức thấp người ta cho nước hổ chảy hê'1 theo kênh dán Sau dó dóng kênh lại Khi thuỷ triều lên, mírc nước phía ngồi cửa kênh (ngồi biển) mức nước kênh (trong hồ) ngày chênh lệch, tạo cột nước hai mức nước Đến thuỷ triều mức cao cột nước có giá trị cực dại Khi ngtrời ta mở cứa kênh cho nước xả qua tuabin vào hồ tuabin phát điện Các tuabin làm việc cho den cột nước mức nước biển ngồi cừa kênh hổ giâm khống nứa dừng lại Thực tế cho thấy ràng phương thức phát điện triều lên cho công suất điện thấp so với nhà máy điện thuỷ tricu hoạt động theo phương thức phát điện tricu xuống c- Phát diện hai chiêu Phát điện hai chiều kết hợp cà hai phương thức phát điện nói Cuối giai đoạn phát diện thu ỷ triều xuống cửa kênh dược mở dế làm cho mức nước hổ hạ l hấp xuống Đen thời diểm mírc nước hổ đă mức thấp nhất, người ta chuẩn bị cho giai đoạn phát diện triều lên Cũng tương tự vậy, cuối giai doạn phát diện triều lên người ta lại mở kênh để làm cho hổ dẩy nước trước lúc chuyến sang giai đoạn phát diện tricti xuống Nguyên lý vận hành phái điện hai chiều dã dược áp dụng Nhà máy Điện thuỷ triều ó La Rance (Pháp) Uu điếm cùa phương pháp phát điện hai chiều làm tăng thời gian phát điện nhà máy ngày Tuy nhiên có sổ nhược điểm Đó điện nãng nhà máy phát thấp diện nàng nhà máy hoạt dộng theo phương thức phát diện triều xuống Ngồi chi phí xây dựng nhà máy cao hon khoang 15 đến 20% so vói chi phí xây dựng nhà máy cơng sứ hoạt động triểư xuống Một vấn dề khác ]à cịn gây ảnh hướng nghiêm trọng đến hoạt động bình thường cảng biến hàng hái khu vực lân cận Để nâng cao hiệu nhà máy phát điện thuỹ triều người ta thường kết hợp phát diện theo chu trình thuỷ triều lự nhiên bom cưỡng theo chiều ngược ]ại với chiều dịng thuỷ triều để trì dộ cao cột nưỏc có giá trị cao lâu hon dó điện phát lớn hon Hình 8.10 trình bày chu kỳ phát diện bom nước nhà máy điện thuỷ triều hoạt theo theo phương thức hai chiểu Hình 8.9 - Cơng suất phát điện cúa nhà máy điện thuý triều hoạt động ihco chu trình triều xuống Mức nước lluiý trie’ll Mức nước ircing liổ có sứ dựng bơm Mửc nước hổ không sứ dựng bơm Thời gian ngày Hình 8.10 - Vận hành cùa tuabin nhà máy diện thuý triều hoạt động theo cóng nghệ phát điện hai chiểu kết hợp bơm nước 5.3.2 Năng lượng nhiệt dại dương Năng lượng Mặt Trời đại dương hấp thự tích trữ nguồn nhiệt (rong lớp nước be mặt Mặt khác, dộ sân 1000m nước lạnh chuyên động cách châm từ địa cực đến xích đạo Do dộ chênh lệch nhiệt dộ (hay gọi gradicn nhiệt độ) theo chiều vng góc với mặt biển đạt khoảng 25"C ốn định thời gian năm nhiều vùng nhiệt đới cận nhiệt đới Theo định luật bán nhiệt động học, gradien nhiệt độ khai thác nguồn nhiệt Nước nóng bể mặt nước lạnh tầng -Sâu đại dương, dem lại gần sử dụng nguồn nóng nguồn lạnh máy nhiệt Một máy nhiệt hoạt động vớt hai nguồn nhiệt gióng máy nhiệt nhà máy nhiệt điện, ciíc máy nhiệt dại dương không cấn dùng nhiên liệu Gradien nhiệt độ đại dương không biến dối nhiều lừ ban ngày sang ban dêm coi nguồn nhiệt ổn định Tuy nhiên thay đổi theo mùa phụ thuộc vào khoáng cách đến xích dao Tiềm náng lượng nhiệt đại dương ước tính khoảng 10''w (10 TW) Tít nhiên khơng thể khai thác hết toàn nguồn lượng Nguồn nâng lượng khai thác thực tẽ' nhỏ tiềm nói Các chuyên gia ttãng lượng tính tốn cách xác đưa sô' tiềm thực té' 10“ w (0,1 TW) Để có thề biến dổi gradicn nhiệt độ dại dương thành điện người ta dùng sơ' chu trình biến dổi sau a- Chu trình kín lệ thống chu trình kín nhu trình bày hình 8.1 ỉ vận hành sau Nước nóng ỡ lớp nước bề mặt dại dương dùng để làm nóng chất lỏng có nhiệt độ bay thấp - chất lóng dược gọi chất lóng làm việc - amoniac, freon hay propan Chất lông làm việc di qua buồng có áp suất thấp bị bốc Hơi cho qua tuabin làm quay tuabin phát diện, sau dó qua buồng ngưng tụ làm lạnh nước biển lạnh lấy từ tầng nước sâu dược bơm trở vé buồng hố hơi.v.v b- Chu trình mở Bán thân nước biển sử dựng chất lịng làm việc khơng chạy theo chư trình kín mà theo chu trình mở (hình 8.12) lệ thơng máy nhiệt hoạt dộng theo chu trình mờ gọi hệ thống mỏ Nước biến nóng dược ]àm “bay /lổ" buồng chân không Hơi nước đtrợc dẫn để xả qua tuabin để phát điện, sau dó di vào bình ngưng tụ dùng nước biển lạnh tự nhiên Diet) hấp dẫn hệ thống hoi nước sau ngưng lự buồng ngưng tụ nước dã dtrực chưng cất Nó có thê’ đùng nguồn nước phục vụ sinh hoạt cứng nghiệp Hình ỉ ỉ - Nguyên lý hoại động cíia nhà máy nhiệt điên đại dương chư irình kín ° Nước lạnh Hình 8.12- Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điên đại dương chu trình mớ Độ chênh nhiệt độ lớp nước nóng bề mặt lớp nước lạnh sâu dạt dược giá trị lớn khác khu vực gân xích đạo Mật khác độ dày lớp nước nóng có xu hướng dạt tới cực tiêu vĩ tuyến gần xích đạo Điều đặc điểm quan trọng cần phải tính đến thiết kế hệ thống thu gom nước nóng hệ thống Ngồi lớp nước lạnh đại dương gần với lớp nước nóng bề mặt khu vực gần xích đạo Đặc trưng tạo lợi ích lớn thiết kê' chế tạo ống lấy nước lạnh cho nhà máy nhiệt điện đại dương (OTEC) Các chu trình máy nhiệt để khai thác lượng nhiệt dã dược ứng dụng rộng rãi Đối với nhà máy nhiệt điện đại dương làm việc với độ chênh lệch nhiệt độ khoảng 2Ơ’C khống 3% Vì phải lấy nước lạnh độ sâu 1000m phải cho lưu lượng nước cần thiết mỏi MW cóng suất đến m/s, nên nhà máy nhiệt diện dại dương thường phái có quy mô lớn Một nhà máy nhiệt điện đại dương xây dựng đất liền (bờ biền) tháp cố định đặt trẽn hệ thống phao Trong trường hợp xây hệ thống phao người la cơ' định chúng bàng neo cần thiết di chuyển biển từ vùng sang vùng khác, tạo nhà máy diện “xa bờ” (off- shore) phục vụ ngành cơng nghiệp có tính mùa vụ Hệ thống nhà máy nhiệt diện đại dương có ưu điểm dễ dàng di chuyển dến nơi có độ chênh nhiệt độ cao Nhưng để có hiệu kinh tê' cao hơn, quy mơ nhà máy nên phạm vi 100MW đến 400MW Đối với nhà máy nguồn lượng dược san xuất nén sử dụng cho q trình chê' biêh dược thực phao (như sản xuất amoniac, phân bón, luyện kim, chê' biến hải sản.v.v ) chuyển sang dạng nang lượng dự trữ (như nạp ácquỵ ,v.v ) Các ống dần nước lạnh thiết kê' khác Tuỳ theo diểư kiện thực tẽ' địa phương nơi đật nhà máy nhiệt diện dại dương, dược treo phao dặt nằm dáy biển Một diều quan trọng nhà máy nhiệt diện đại dương cần phái lựa chọn sử dụng vật liệu thiết bị vừa phâi chịu dược diều kiện môi trường biển khắc nghiệt, lại phải vừa đảm báo hiệu kinh tế Vì vậy, cho đen nay, loại thiết bị dặc biệt nhà máy nhiệt diện đại dương ông dần nước lạnh, trao đói nhiệt, neo hệ truyền tải điện vào bờ vần dối tượng cùa chương trình nghiên cứu phái triển dể tìm vật liệu cơng nghệ ngày lót hơn, đem lại hiệu qúa kinh tê' cao 5.3.3 Nâng lượng sóng biển Gió thối bề mặt dại dương bao la truyền phần lượng cúa cho dại dương lạo sóng biến Các sóng biến nguồn nãng lượng lớn hấp dần Tiềm năng lượng sóng biển biến dổi ttr nơi sang nơi khác phụ thuộc vào vị trí dịa lý Thậm chí vị trí dã cho hrợng sóng biến biến dổi theo thời gian giờ, ngày, tỉtng mùa Tuỳ theo nguyên lý hoạt động, thiêì bị khai thác sóng bicn phân loại theo “mái dốc" (Ramp), cánh nối (float Gaps), bóng khí (air bell) bơm sóng (wave pump) Một cách phân loại khác chia loại thiết bị thành “một chiều" (Rectifier), dao dộng diện (Tuned Oscillator) dao động không điện (Untuned Oscillator) Trên giới dã cớ nhiều cõng ty nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị khai thác lượng sóng biển, nói chung sổ' lượng cơng suất thiết bị cịn nhị Các cơng trình nghiên cứu phát triển lĩnh vục khai thác náng lượng sóng biển dang tiếp tục ó sơ' nước trẽn giới Nhật Bân, Trường Cao đẳng Cơ giới Thủy lợi Khoa: Điện - Điện tử Aixơlen, Anh, Mỹ, Canada, Nauỵ Ân Độ Nghề: Điện cơng nghiệp Giáo trình: Năng lượng tái tạo Trường Cao đẳng Cơ giới Thủy lợi Khoa: Điện - Điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Dương Hùng; “Năng lượng mặt trời (Lý thuyết ứng dụng);, NXB KH&KT, 2007 [2] Hồ sỹ Thoảng, Trần Mạnh Trí “Năng lượng cho kỷ 21”; NXB KH&KT 2009 [3] Nguồn nangluongvietnam.vn [4] Nguồn từ: https://vi.m.wikipedia.org/wiki/Năng_lượng_tái_tạo; [5] Nguồn từ http://www.cesti.gov.vn [6] Nguồn từ http://www.business.gov.vn [7] Nguồn từ http://www.evn.com.vn Nghề: Điện công nghiệp Giáo trình: Năng lượng tái tạo ... Các nguồn lượng thiên nhiên nghiên cứu chuyển hoá thành chất mang lượng gọi lượng tái tạo Năng lượng tái tạo có khả thay dần nguồn lượng truyền thống, không dạng tiềm mà trở thành dạng lượng thực... 94 v3f 100 4.3 Ứng dụng nàng lượng gió 112 Bài 5: CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÁC 120 5.1 Năng lượng sinh khối 120 5.2 Năng lượng địa nhiệt 134... đóng góp tích cực cân lượng nhiều nước giới Ngoài ra, sử lượng tái tạo để thay dạng lượng truyền thống góp phần giảm phát thải khí nhà kính cách đáng kể Các nguồn lượng tái tạo tồn khắp nơi nhiều