Tiểu luận nhiệt điện mặt trời

Tiểu luận nhiệt điện mặt trời

Trường ĐHBKHN Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Viện: Kinh tế - Quản lý Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

Bộ môn: Năng lượng mới đại cương

BẢN BÁO CÁO

ĐỀ TÀI 3: NHIỆT ĐIỆN MẶT TRỜI

Giảng viên: Đỗ Kim Thoa

Danh sách nhóm:

1 Lê Thị Hoài Thương Lớp: KTCN MSSV: 20104825

2 Phạm Thị Hương Lớp: KTCN MSSV: 20104544

3 Nguyễn Thị Thuận Lớp: KTCN MSSV: 20104659

4 Nguyễn Thị Huyền Lớp: KTCN MSSV: 20104714

5 Nguyễn Thị Lý Lớp: KTCN MSSV: 20104635

6 Nguyễn Văn Huy Lớp KTCN MSSV: 20104712

7 Nguyễn Quang Hưng Lớp: KTCN MSSV: 20100365

MỤC LỤC

Nội dung: Trang

Phần mở đầu 1

1 Khái niệm 2

2 Lịch sử phát triển 2

3 Nguyên lý hoạt động 3

3.1 Nhà máy Parabolic trough power plants 3

3.2 Nhà máy Parabolic trough power plants 5

3.3 Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling 9

4 Thực trạng và ứng dụng 9

4.1 Thực trạng 9

4.2 Ứng dụng 9

5 Tiềm năng ở Việt Nam 13

6 Ưu điểm và nhược điểm của nhà máy nhiệt điện 14

6.1 Ưu điểm 14

6.2 Nhược điểm 14

7 Kết luận 15

8 Tài liệu tham khảo 16

MỞ ĐẦU

Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời

Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng

và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối

ưu nhất Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao

Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua đã khiến cho nhu cầu về điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm Tuy nhiên, lĩnh vực điện năng đang chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thủy điện Thiếu hụt nguồn cung cấp điện của Việt Nam cũng đang gia tăng, đặc biệt là vào mùa khô do sự phụ thuộc quá lớn vào thủy điện Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn năng lượng mặt trời sử dụng hầu như quanh năm … Một trong số ứng dụng của năng lượng Mặt Trời chính là Nhiệt điện Mặt Trời

Nhiệt điện mặt trời là ngành công ngiệp còn non trẻ nhưng đã, đang và sẽ luôn là đề tài nóng cho toàn nhân loại với tình trạng hiện nay Chúng em chọn đề tài “NHIỆT ĐIỆN MẶT TRỜI” với mong muốn là nói lên những hiểu biết của mình về nền công nghiệp mới này Do còn nhiều hạn chế về mặt hiểu biết nên chúng em mong sẽ nhận được sự góp ý từ phía cô giáo cùng các bạn

NỘI DUNG

Nhiệt điện Mặt Trời là ứng dụng kỹ thuật biến đổi ánh sáng Mặt Trời ở nhiệt

độ cao thành điện năng

Mặc dù các nhà máy điện mang tính thương mại ít hoàn thiện hơn so với hệ thống máng hình parabol nhưng rất nhiều các thiết bị và hệ thống thí nghiệm được thử nghiệm khắp thế giới từ 15 năm trước, chúng được chứng minh có tính khoa học khả thi và tiềm năng kinh tế của công nghệ Từ những năm đầu của thập niên 80, những nhà máy điện đã được xây dựng ở Nga, Italia, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Pháp và Mĩ.Trong bảng 1, những cuộc thí nghiệm được liệt kê với những đặc điểm quan trọng nhất cuả những công trình thực nghiệm này

BẢNG 1

Dự án Đất nước Hiệu

Năng

Dung dịch truyền nhiệt

Phương tiện

dự trữ

Năm hoạt động SSPS Tây Ban

Nha

0,5 Dung dịch

Natri

Natri 1981

EURELIOS Tây Ban

Nha

1 Hơi nước Muối

natri/nước

1981

SUNSHINE Italia 1 Hơi nứớc Muối/nước 1981 Solar one Nhật Bản 10 Hơi nước Dầu /đá 1982

MSEE/ CatB Tây Ban

Nha

SPP-5 Pháp 5 Hơi nước Nước/hơi nước 1986

3 NGUYÊN LÝ

3.1 Nhà máy Parabolic trough power plants

Trong nhà máy điện dạng hình máng parabol có rất nhiều tấm gương dạng hình máng tập trung ánh sáng vào một điểm trọng tâm

-Các bộ thu ánh sáng đơn lẻ có thể quay theo chiều dọc trục để theo sát sự di chuyển của mặt trời Các tấm gương này tập trung ánh sáng lên gấp khoảng 80 lần tại điểm trung tâm là những ống hấp thụ Những ống này được bao bọc bởi một lớp kính để hạn chế mất mát về nhiệt xảy ra Một lớp vỏ bọc được chọn lựa đặc biệt bao ngoài các ống hấp thụ để ngăn cản nhiệt tỏa ra ngoài qua bề mặt các ống

-Với các hệ thống truyền thống, một loại dầu giữ nhiệt đặc biệt làm chất dẫn nhiệt

-Nguyên lý hoạt động:

dầu sẽ chảy trong các ống hấp thụ, và với tác động của ánh sáng nhiệt độ sẽ lên đến 400 độ C Lượng nhiệt này sẽ được vận chuyển qua các bộ trao đổi nhiệt,

nơi tạo hơi quá nhiệt để sử dụng cho chu trình hơi nước Hơi nước quay tuabin

và chạy máy phát, tạo ra điện Sau khi qua các tầng của tuabin nó được ngưng đọng lại thành nước và thông qua bơm được đưa trở lại vòng lặp Nguyên lý sản xuất ra điện sử dụng hơi nước gọi là chu trình Clausius-Rankin

- Một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng các bồn nhiệt Hệ thống mặt trời

sẽ hâm nóng các bồn nhiệt vào ban ngày khi lượng nhiệt từ mặt trời là dồi dào Vào ban đêm hay khi thời tiết xấu các bồn chứa nhiệt này sẽ giúp vận hành chu trình hơi nước Các bồn nhiệt phải được thiết kế chịu được nhiệt độ lên tới 300

độ C Các muối nóng chảy được sử dụng làm môi chất giữ nhiệt trong bồn

Nhà máy điện đảm bảo cung cấp điện cả ngày với sự hỗ trợ của bồn nhiệt

- Một sự lựa chọn mới là hóa hơi trực tiếp nước bằng ánh sáng mặt trời Với loại mới này, nước sẽ được bay hơi dưới áp suất cao, ở nhiệt độ khoảng 500 độ

C trước khi được dẫn vào tuabin

3.2 Nhà máy Solar tower power plant

- Cấu tạo:

+ Các kính định nhật được lắp đặt xung quanh một tháp, những tấm gương này được điều khiển riêng biệt bởi máy tính để dõi theo sự di chuyển của mặt trời đồng thời hướng đến đỉnh tháp Chúng phải được hướng với độ chính xác vài phần trăm của một độ để có thể phản chiếu ánh sáng đến điểm trung tâm (tâm điểm)

+ Một bình chứa sẽ được đặt ở đó với thiết bị thu, cái mà dưới tác dụng của ánh sáng tập trung sẽ được nung nóng lên đến nhiệt độ trên 1000 độ C Không khí hay các muối nóng chảy vận chuyển nhiệt

+ Tuabin khí hay hơi sẽ điều khiển máy phát để biến đổi nhiệt thành năng lượng điện

-Phân loại:

+ Loại bình chứa thể tích không áp suất, không khí từ môi trường sẽ được chuyển đến bình chứa (nơi nhận các tia sáng phản xạ từ các tấm gương) bởi một quạt gió Bình chứa được nung nóng bởi các tia bức xạ mặt trời và chuyển nhiệt độ đó qua cho không khí xung quanh (ở trong bình chứa) Không khí trước khi vào bình chứa có nhiệt độ thấp Nhiệt độ cao chỉ đạt được trong bình chứa Loại nhà máy này giảm mất mát nhiệt do phát xạ Không khí được tăng nhiệt độ lên từ 650 độ C đến 850 độ C, trước khi đưa vào lò hơi để làm bay hơi nước, điều khiển chu trình hơi trong tuabin

Loại bình chứa không áp suất

+ Loại thứ hai là nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa có áp suất Ánh sáng được tập trung để đốt nóng không khí trong bình chứa có áp suất khoảng 15 bar và nhiệt độ lên tới 1100 độ C Không khí nóng được sử dụng để chạy tuabin Không khí nóng sau khi được sử dụng một lần ở tuabin lại được tái sử dụng để tạo hơi nóng cho một chu trình khác

Với loại nhà máy này, hiệu suất sẽ tăng từ 35% đến 50%

Nhà máy điện với bình chứa áp suất

-Nguyên lý hoạt động:

Điện năng có thể tạo ra từ năng lượng mặt trời dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện

Hiện nay có hai loại hệ thống bộ thu chủ yếu sau:

+ Hệ thống dùng parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 400C

Bộ thu NLMT gồm hệ thống collector trụ tập trung năng lượng bức xạ mặt trời và hội tụ trên đường ống hấp thụ với cường độ 80 lần Trong ống hấp thụ

có chứa chất lỏng tải nhiệt(thường là dùng dầu tổng hợp) được nung nóng đến nhiệt độ 400C Hệ thống trữ nhiệt gồm các bình chứa các chất giữ nhiệt trung gian(thường là hỗn hợp muối) Nhiệt lượng dầu tải nhiệt được cung cấp cho các thiết bị như lò hơi, bộ quá nhiệt, các bộ gia nhiệt cao áp Chu trình nhiệt của hơi nước trong lò hơi và tuabin hoàn toàn giống như chu trình của các nhà máy nhiệt điện

+ Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ có định vị theo phương mặt trời để tập trung năng lượng mặt trời đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1500C.Hệ thống gương phản

xạ tập trung nhiệt vào bộ thu, nung nóng hỗn hợp muối nóng chảy đến khoảng 700C Muối nóng được chứa vào bình và dẫn đi nung nóng nước thành hơi trong lò hơi

3.3 Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling

Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling là kiểu nhà máy còn khá mời và chưa được ứng dụng rộng rãi

Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling

Cho đến gần đây, sức nóng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng vào việc chuyển hóa sang nhiệt năng, điện năng phục vụ nhu cầu của cuộc sống Sức nóng của ánh nắng mặt trời được tập trung lại bằng những thiết bị đặc biệt để đun nóng nước sử dụng trong gia đình hay tạo ra hơi nước để sản xuất điện Đây là nguồn năng lượng vô cùng tận và gần như hoàn toàn miễn phí cũng như không sản sinh ra chất thải hủy hoại môi trường

Đứng đầu trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học công nghệ, sản xuất và ứng dụng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời là các quốc gia như Mỹ, Nhật Bản, Đức, một số nước thuộc khối EU, Israel và Trung Quốc

4.1 Ứng dụng

Công ty Ausra Inc đã đưa vào hoạt động trạm năng lượng nhiệt mặt trời (STE) Kimberlina tại Bakersfield (bang California, Mỹ) Đây là trạm nhiệt điện mặt trời đầu tiên kể từ khi Công ty FPL Energy xây dựng 9 hệ thống phát năng lượng mặt trời tại sa mạc Mojave vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990

Trạm Kimberlina công suất 5 MW điện sử dụng công nghệ tập trung năng lượng mặt trời (concentrating solar power – CSP) “thế hệ mới”, theo cách gọi của Ausra Inc., và công ty này nói rằng trạm phát điện này được xây dựng theo mẫu của trạm nhiệt điện Liddell ở bang New South Wales (Ôxtrâylia) Trạm bao gồm các dãy gương dài 1.000 foot (cỡ 300 m), và 150 công nhân phải mất 7 tháng mới xây dựng xong Các tuyến thu năng lượng sẽ phát ra

25 MW nhiệt năng làm quay một tuabin hơi tại trạm phát điện năng lượng sạch cạnh đó Theo công ty Ausra, họ đã giảm được chi phí nhờ đơn giản hoá thiết kế và sản xuất gương hàng loạt tại nhà máy của họ tại Las Vegas (bang Nevada)

Kimberlina chỉ là bước khởi đầu của nhiệt điện mặt trời tại bang California Hiện nay công ty Ausra đang triển khai cho công ty Pacific Gas and Electric một nhà máy nhiệt điện công suất 177 MW tại Carrizo Plains, ở phía tây Bakersfield Ngoài nhà máy trên, Ban Năng lượng bang California đang xét duyệt các đề xuất về năm nhà máy nhiệt điện mặt trời cỡ lớn, bao gồm dự án SES Solar Two (750 MW) của công ty Stirling Energy Systems, tháp năng lượng mặt trời Ivanpah (400 MW) của công ty BrightSource, dự án máng thu năng lượng mặt trời (250 MW) của công ty Beacon Solar tại Kern County và hai dự án năng lượng hỗn hợp (hybrid) có sử dụng máng thu năng lượng mặt trời để tạo ra công suất tổng là 112 MW Sáu dự án nói trên cộng lại sẽ bổ sung 1.689 MW cho lưới điện Văn phòng Quản lý Đất Liên bang cũng đang nghiên cứu yêu cầu đầu tư 34 nhà máy điện mặt trời nữa tại miền Nam

California, với tổng công suất khoảng 24 GW

Hãng Acciona Energy (Tây Ban Nha) đã khai trương nhà máy nhiệt điện mặt trời trên diện tích 160 ha, gần thành phố Boulder City ở Nevade (cách Las Vegas chừng 40 kilomet) Trong thực tế, đây là hệ thống có tên Nevada Solar

One, bao gồm các gương xếp thành các dãy kéo dài 75 km Nhà máy điện có khả năng tạo ra dòng điện công suất 64 MWh

Hãng Acciona không tiết lộ chi phí khai trương nhà máy nhiệt điện – mặt trời.Tuy nhiên người ta biết rằng việc xây dựng được trợ cấp bởi Bộ năng lượng Theo Solar Energy Industries Association – tổ chức đại diện cho

những nhà sản xuất pin volter và hệ thống lấy năng lượng bằng phương pháp nhiệt – mặt trời, thì công suất của thiết bị nhiệt – mặt trời có giá khoảng từ 12-14 cent cho một kilowatt giờ, còn đối với pin mặt trời truyền thống thì con

số này là 18-40 cent cho một kilowatt Giá bán điện ở Mỹ trung bình là 10,5 cent/kilowatt giờ

Năng lượng nhiệt – mặt trời còn được sử dụng trong 2 quá trình khác nữa Trước hết là trợ giúp cho nhà máy điện hơi nước và khí gas Trong những nhà máy này, gas được đốt bên trong động cơ phản lực, làm quay tuốc bin sinh ra điện Khí nóng ở lối thoát làm nóng nước lên, và hơi nước lại làm quay tuốc bin thứ hai, khiến cho hiệu suất tăng thêm Trong phương án nhiệt – mặt trời, lúc ban đầu nhiệt lượng lấy từ mặt trời có thể được sử dụng để đun nóng nước Những người ủng hộ giải pháp này khẳng định hệ thống như thế

có thể tạo ra nhiều hơn 1/6 số lượng năng lượng so với số năng lượng của nhà máy điện chạy gas Hiện nay, Ngân hàng thế giới đang xem xét việc ủng

hộ tài chính cho các dự án nhà máy nhiệt điện – mặt trời ở Moroco và Ai Cập

Ứng dụng thứ hai của năng lượng nhiệt – mặt trời cho thấy không phải tất cả mọi dự án điều phải lớn và tiên tiến về mặt kỹ thuật Cách đây chưa lâu, hãng Solar Turbine Group do các kỹ sư viện công nghệ Massachussets (MIT) thành lập, đã nhận được 130.000 USD từ Ngân hàng thế giới, tài trợ cho việc thử nghiệm những nhà máy phát điện – mặt trời đơn giản, cấu tạo từ những phần bỏ đi của ô tô cũ “Việc sản xuất một hệ thống như vậy sẽ tốn khoảng

5000 USD và nó có thể tạo ra dòng điện có năng suất 600 watt” – Nhà khoa học Sam White thuộc hãng Solar Turbine Group cho biết như vậy

5 TIỀM NĂNG Ở VIỆT NAM

Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23 độ 23’ Bắc đến 8 độ 27’ Bắc, nằm trong vùng cận Xích Đạo, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2 Trong khi đó cường độ bức xạ mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ước tính khoảng 4 kWh/m2do điều kiện thời tiết với trời nhiều mây và mưa phùn vào mùa đông và mùa xuân (Tô Quốc Trụ, 2010) Ở Việt nam, bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ trên năm (Tô Quốc Trụ, 2010; Trịnh Quang Dũng, 2010) Năng lượng mặt trời ở Việt nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng

300 ngày/năm Theo giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời là phong phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay

Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, với dải bờ biển dài hơn 3.000km, có hàng nghìn đảo hiện có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến được

Vì vậy, sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc

phòng Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển

Nếu so với một số nước ở châu Phi hay Nam Á có cùng hoàn cảnh, Việt Nam vẫn còn đi sau họ

Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã coi hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt