Kỹ thuật hệ thống năng lượng tái tạo

1 Hồ PHẠM HUY ÁNH (CHỦ BIÊN) ! NGUYỄN HỮU PHÚC - NGUYỄN VAN t i - PHẠM ĐÌNH TRỰC I NGUYỄN QUANG NAM - TRẦN CÔNG BINH - PHAN QUANG ÂN ị Ị j KỸ 1ỆỊÉỊT HỆ THÌỈNG NĂNG L Ì M l TÁI TạI NHÀ XUẤT BẬN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP Hồ CHÍ MINH Chương ĐẠI CƯƠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 KHÁI NIỆM Năng lượng tái tạo, hay lưọ’ng tái sinh, lượng từ nguôn liên tục mà theo chuẩn mực người vô hạn Nguyên tăc việc sử dụng lượng tái sinh tách phân hrợng từ quy trình diễn biến liên tục môi trường đưa vào sử dụng kỹ thuật Các quy trình thường thúc đẩy đặc biệt từ Mặt Trời 1.1.1 Các khái niệm chung Trong cách nói thơng thường, lượng tái tạo hiểu nguôn lượng hay phương pháp khai thác lượng mà nêu đo chuẩn rnực người vơ hạn Ở đây, thuật ngữ vơ hạn có hai nghĩa: lượng tồn nhiều đến mức không thê cạn kiệt sử dụng người (ví dụ lượng Mặt Trời) lượng tự tái tạo thời gian ngắn liên tục (ví dụ lượng sinh khối) quy trình cịn diễn tiến thời gian dài Trải Đât ĐẠI CƯƠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 11 pin Mặt Tròi Năng lượng photon hấp thụ để làm nóng vật.thể, tức chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, làm sôi nước máy nhiệt điện tháp Mặt Trời, vận, động hệ thống nhiệt máy điều hòa Mặt Trời Hình 1.2 Trang trại gió Lubz, Mecklenburg-Vorpommern, Đức H ình 1.3 Nhà mảy điện dùng nhiệt lượng cùa biển Hawaii, Hoa Kỳ Năng lượng photon hấp thụ chuyển hóa thành lượng liên kết hóa học phàn ứng quang hóa Một phản ứng quang hóa tự nhiên trình quang hợp Quá trình cho dự trữ lượng Mặt Trời vào ngn nhiên liệu hóa thạch khơng tái sinh mà công nghiệp từ thê kỷ 19 đến kỷ 21 tận dụng Nó trình cung câp lượng cho hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc củi đôt, CHƯƠNG 14 số đèn nhấp nháy gắn vào điện thoại di động thu lượng sóng vi ba phát từ‘điện thoại để phát sáng hoạt động theo chê 1.1.4 K hảo sát lưọrng tái tạo qui mơ tồn cầu Billion toe 18 r SI Renewables ■ Hydro □ Nuclear ■ Coal o Gas ■ Oil 1990 2000 2010 2020 2030 H ình 1.4 Dự bảo đỏng góp nguồn lượng tải tạo so với nguồn lượng khác xét đến năm 2030 (Đom vị tính: Tỉ tẩn dầu qui đổi - Billion TOE) ũ- Các mơ hình tỉnh tốn lý thuyểt Năng lượng tái tạo có tiềm thay nguồn lượnể thạch lượng nguyên tử Trên lý thuyết, với hiệu suất c h o y ^ đôi 10% diện tích 700 X 700 km sa mạc Sahara c° * đáp ứng nhu cầu lượng toàn giới cách sử d ụ n ể 11 lượng mặt trời r í * Trong mơ hình tính tốn ưên lý thuyêt, người ta c° ¡Tông chựng minh với trình độ cơng nghệ ngày nay, mặc dâu bị thất thoa* kộ suât nhu cầu lượng ngày tăng, đáp ứng Ịrá nhu cầu lượng điện châu Âu turbine gió dọc ngồi biển phía Tây châu Phi turbine gió lăp đặt xạ^ d ” biển (off-shore) Sử dụng cách triệt để thịêt bị cung câp nhiẹt lượng mặt ười đáp ứng tịan nhu câu nươc nong ĐẠI CƯƠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 19 Hình 1.7 Năng hrợng mặt trời đun nước nóng Đên năm 2007, tông công suất lắp đặt hệ thống nước nóng lượng mặt trời khọảng 154G W Trung Quốc nước đứng đầu the giới lãnh vực với 70 GW cài đặt năm 2006 mục tiêu dài hạn đạt 210 GW vào năm 2020 Israel Síp nước đứng đầu xét theo bình quân đầu người việc sử dụng hệ thống nước nóng lượng mặt trời với 90% hộ gia đình sử dụng chúng Tại Hoa Kỳ, Canada ú c làm nóng bể bơi ứng dụng bạt nước nóng lượng mặt trời với công suất lắp đặt 18G W vào năm 2005 Hình 1.8 Ngơi nhà mặt trời cùa Viện Công nghệ Massachụsetts - Hoa Kỳ, xây d\m g năm 1939, lưu trữ nhiệt theo mùa đề sưởi ấm quanh năm Tại Hoa Kỳ, hệ thống sưởi ấm, thơng gió điều hịa khơng khí (HVAC) chiếm 30% (4,65 EJ) lượng sử dụng tòa nhà thương mại gần 50% (10,1 EJ) lượng sử dụng tòa nhà dân 31 ĐẠI CƯƠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Đất nghiêng (so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất tạo thành quay quanh Mặt Trời) nên tạo thành dịng khơng khí theo mùa