Nghiên ứu mô hình lai ghép các nguồn năng lượng mới và tái tạo đối với các khu tái định cư và vùng sâu vùng xa

bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu mô hình lai ghép nguồn lợng tái tạo khu tái định c vùng sâu vùng xa ngành: mạng hệ thống điện mà số: 02.06.07 NGUYễN HữU MINH Ngời hớng dẫn khoa học: ts NGUYễN LÂN TRáNG hà nội 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205118691000000 Lời nói đầu Để hoàn thành luận văn này, tác giả vô biết ơn hớng dẫn đạo tận tình TS Nguyễn Lân Tráng, môn Hệ Thống Điện trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình cô công tác Viện Năng lợng quan tâm, gióp ®ì st thêi gian häc tËp võa qua Xin chân thành cảm ơn trung tâm bồi dỡng sau đại học - Đại học Bách khoa Hà Nội Tác giả mong nhận đợc bổ sung, góp ý hoàn thiện nội dung từ thầy cô, chuyên gia, bạn bè đồng nghiệp nhằm nâng cao tính khả dụng luận văn Lun Thc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MỞ ĐẦU Cho tới nhiều năm sau nữa, diện tích quy mơ dân số nơng thơn Việt Nam chiếm tỷ trọng lớn tịan quốc Như nhu cầu tiêu thụ lượng khu vực chiếm phần đáng kể nhu cầu nước Tuy nhiên họ dùng dạng lượng chỗ như: chất đốt sinh vật, sức kéo động vật người hỗ trợ phần lượng thương mại: điện, than, dầu Hiện nhiều vùng sâu vùng xa hay hải đảo xa xôi nguồn điện lưới kéo tới đến không đảm bảo điều kiện tiêu kinh tế Trong năm vừa qua nước ta đạt tiến đáng kể cơng xóa đói giảm nghèo phát triển xã hội Tuy nhiên Việt Nam quốc gia nghèo với 78% tổng số dân 90% dân nghèo tập trung nơng thơn Chính phủ Việt Nam nhận thức rõ dịch vụ cung cấp điện công cụ quan trọng giúp người dân nông thôn cải thiện chất lượng sống tăng thu nhập Vì lượng chiếm vị trí quan trọng định việc phát triển kinh tế - xã hội Nhằm đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng cho kinh tế đất nước, ngồi việc áp dụng cơng nghệ sản xuất, biến đổi sử dụng lượng, đòi hỏi phải đa dạng hoá nguồn cung cấp, khai thác tối đa nguồn lượng nước cách có hiệu Bên cạnh việc đầu tư mở rộng thêm khu công nghiệp khai thác nguồn lượng sơ cấp(than, dầu, khí đốt), xây dựng thêm nhà máy điện sử dụng nguồn thủy năng, lượng hoá thạch lượng nguyên tử việc phát triển nguồn điện sử dụng lượng tái tạo có quy mơ vừa nhỏ (như nhà máy điện địa nhiệt, thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng mặt trời, sinh khối, ) khuyến khích Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đây xu hướng giới nhằm khắc phục cạn kiệt dần nguồn tài nguyên thiên nhiên, giảm bớt ô nhiễm ảnh hưởng xấu tác động đến mơi trường chung sống tồn nhân loại Tiềm nước ta nguồn lượng tái tạo lớn phân bố tương đối đồng tất vùng Trong đó, tiềm thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng mặt trời khí sinh học chiếm vị trí đáng kể Do vậy, việc cung cấp lượng cho vùng sâu, vùng xa chương trình lượng nông thôn cần tập trung nghiên cứu phương án khai thác sử dụng hiệu nguồn thủy nhỏ, lượng mặt trời, lượng gió, khí sinh học…Trước mắt, cần ưu tiên giải vấn đề cung cấp chất đốt cung cấp điện cho phụ tải khu vực nông thôn Ở Việt nam nay, điện khí hố nơng thơn sách lớn Đảng Nhà nước Trong trình thực hiện, nhiều địa phương miền núi nằm cách xa lưới điện quốc gia, địa hình khó khăn, phức tạp Hơn nữa, diện tích lãnh thổ xã miền núi thường lớn (có xã có diện tích gần tỉnh đồng bằng), dân cư rải rác nên trung tâm xã dễ kéo điện lưới đến lại xã khơng thể kéo điện lưới đến địa hình q khó khăn, phức tạp điều kiện kinh tế khơng cho phép Thậm chí, số khu vực đưa dân đến tái định cư để xây dựng cơng trình thủy điện Hịa Bình thực cách hàng chục năm đến chưa có nguồn điện sử dụng, cơng trình thủy điện cung cấp lượng điện lớn cho hệ thống điện quốc gia Đó thực tiễn cần phải quan tâm giải dứt điểm Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày cao cần phải nghiên cứu kết hợp phát triển lưới điện quốc gia với việc sử dụng dạng lượng khác (như thủy điện nhỏ, điện mặt trời, điện gió, khí sinh học ) Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Với kiến thức tiếp thu thời gian học tập, nghiên cứu lớp Cao học khoá 2003 - 2005, ngành Hệ Thống Điện Trung tâm đào tạo Sau Đại học thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội qua giảng dạy Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sỹ thuộc Trung tâm đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo, Tiến sỹ Nguyễn Lân Tráng – giảng viên Bộ môn Hệ Thống Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà nội với thầy cô giáo khoa Trung tâm Năng lượng tái tạo-Viện Năng Lượng, học viên mạnh dạn viết luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu mô hình lai ghép nguồn lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa” Nội dung luận văn gồm chương: Chương I: Đánh giá tổng quan nguồn lượng tái tạo Chương II: Mơ hình lai ghép nguồn phát điện có sử dụng lượng tái tạo Chương III: Ứng dụng mơ hình lai ghép sử dụng lượng tái tạo khu tái định cư vùng sâu vùng xa Chương IV: Kết luận kiến nghị Khn khổ chun đề chưa đề cập hết nội dung cần quan tâm, viết khiếm khuyết mắc phải, học viên viết đề tài xin lượng thứ Xin chân thành cảm ơn Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI 1.1- Khái quát tình hình khai thác, sử dụng số nguồn lượng tái tạo Các nguồn lượng tái tạo (renewable energy resources) nguồn lượng sinh ra, tái tạo theo thời gian hoạt động tự nhiên không khai thác tự tiêu hủy gọi lãng phí Năng lượng tái tạo biết đến tên gọi khác theo tính chất ưu việt môi trường xã hội như: lượng xanh (green energy), lượng (clean energy) Tiềm nguồn lượng tái tạo giới coi vơ tận phân bố khơng đồng đều, tùy thuộc vào điều kiện địa lý, điều kiện tự nhiên khu vực trái đất Có nhiều dạng lượng tái tạo, nhiên có số dạng nghiên cứu sâu hơn, ứng dụng nhiều phát triển rộng như: thủy (hydraulic energy); lượng gió (wind energy); lượng mặt trời (solar energy); lượng sinh khối (biomass); khí sinh học (biogas); địa nhiệt (geothermal energy), lượng thủy triều (tidal energy) Hầu hết dạng lượng khai thác dạng điện năng, nhiệt nước nóng Phạm vi ứng dụng nguồn lượng tái tạo rộng hầu hết ngành kinh tế (như: khoa học vũ trụ, điện lực, thông tin liên lạc, bảo đảm hàng hải, y tế, hóa chất, du lịch ) phục vụ đời sống sinh hoạt nhân dân, đặc biệt vùng nông thôn, miền núi Các nguồn lượng tái tạo ngày quốc gia, tổ chức giới quan tâm nhiều nghiên cứu, phát Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI triển khai thác ứng dụng Việc khai thác nguồn lượng này, vấn đề phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên vùng, khu vực tùy theo điều kiện kinh tế - xã hội sách quốc gia, vùng lãnh thổ Trong 10 năm trở lại công ty lượng hàng đầu giới Sell (USA), Siemens (Đức), BP (Anh), Kyocara, Sanyo (Nhật) có đầu tư lớn cho nguồn NLM&TT họ xác định NLM&TT thị trường kỷ 21 Các quốc gia cơng nghiệp phát triển định hướng nguồn lượng tương lai nguồn NLM&TT 1.1.1- Trên giới 1.1.1.1- Năng lượng gió Từ năm 60 kỷ trước, turbine gió phát điện nghiên cứu, ứng dụng với qui mô công suất nhỏ ngày lớn dần Mỹ nước đầu việc phát triển ứng dụng turbin gió phát điện, tiếp đến nước: Hà lan, Đan mạch, Cộng hoà liên bang Đức, Ấn độ, Tây ban nha Các turbine gió phát điện thường có cơng suất lớn, từ 50 kW đến 1.000 kW Ở Mỹ chế tạo thử nghiệm số turbine gió có cơng suất từ 2.000 kW đến 3.000 kW Song nay, loại turbine gió phát điện có cơng suất từ 250 kW đến 650 kW ứng dụng phổ biến Các turbine gió thường xây dựng thành cụm mà người ta thường gọi cánh đồng gió phát điện với qui mơ công suất thường từ 20 MW đến 100 MW Khoảng 30 năm sau đó, số quốc gia châu Âu, Mỹ Ấn độ có đột biến mạnh mẽ việc phát triển ứng dụng động gió phát điện Nước Đức dẫn đầu giới tổng cơng suất lắp đặt Tính đến năm 2000, Đức có tổng cơng suất lắp đặt 6.113 MW, Mỹ với 2.495 MW, Tây ban nha: 2.481 MW, Đan mạch: 2.301 MW Ấn độ 1.109 MW Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Số liệu bảng 1.1 cho thấy cơng suất dự án điện gió lắp đặt nước giới, tính đến năm 2002 (số liệu RE World Review Wind power Monthly 2002) Bảng 1.1: Công suất dự án điện gió lắp đặt giới đến năm 2002 Tổng TT Tên nước Tổng công suất TT Tên nước [ MW] công suất [ MW] Đức 8.753 14 Bồ đào nha 90 Mỹ 4.245 15 Áo 79 Tây ban nha 3.335 16 Aicập 68 Đan mạch 2.417 17 Pháp 60 Ấn độ 1.628 18 Maroc 54 Italy 697 19 Costarica 51 Anh 485 20 Phần lan 38 Hà lan 483 21 Các nước lại 37 Trung quốc 399 10 Nhật 312 22 Úc 21 11 Hylạp 205 23 Các nước Pacific 3,2 12 Canada 137 24 Các nước Bắc Phi 9,6 13 Nhật 120 25 Trung đông 14 Ireland 93 26 Các nước SNG châu Á 19,2 21 (Nguồn: Viện Năng lượng) Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 1.1.1.2- Pin mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng khổng lồ, vô tận Hàng năm, nguồn lượng cấp xuống trái đất lượng lượng gấp 20.000 lần nhu cầu tiêu thụ lượng người Song đến nay, việc khai thác sử dụng nguồn lượng nhỏ bé so với tiềm Từ ngàn xưa người biết sử dụng lượng mặt trời để phục vụ cho sống như: phơi, sấy nông, lâm hải sản sau thu hoạch Tuy nguồn lượng lớn song lại không tập trung, mà phân bố rải rác khơng liên tục Vì vậy, việc khai thác, sử dụng nguồn lượng phải đòi hỏi nghiên cứu ứng dụng trình độ cơng nghệ cao Một kỹ thuật nghiên cứu ứng dụng thành công phát triển mạnh công nghệ pin mặt trời Công nghệ phục vụ cho nhiều ngành khoa học tiên tiến nghiên cứu vũ trụ, thông tin liên lạc, dự báo thời tiết phục vụ thiết thực việc cung cấp điện cho sản xuất sinh hoạt sống người Các nước Mỹ, Nhật bản, Ấn độ, Trung quốc, Italy, Inđơnêsia, Thái lan, Philípin nước có sản lượng sản xuất ứng dụng pin mặt trời nhiều giới Tổng công suất lắp đặt ứng dụng pin mặt trời giới tính đến cuối năm 2001 (số liệu từ Viện Năng lượng) 1.950 MW, nước nhiều là: Nhật bản: 465 MW; Đức: 200 MW; Mỹ: 185 MW; Ấn độ : 96 MW; Hà lan: 40 MW; Italy: 37 MW 1.1.1.3- Địa nhiệt: Địa nhiệt lấy từ từ nóng độ sâu 200 mét đến 3.000 mét lịng đất (càng sâu nhiệt độ cao, nhiệt độ trung tâm trái đất đạt đến 4.200 0C) Do kiến tạo trái đất, magma lịng đất hâm nóng khối đá dòng nước ngầm Một số dòng nước ngầm Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005 Luận văn Thạc sỹ Hệ thông điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI thoát lên gần bề mặt qua vết rạn lòng đất giữ lại khối đá (các hang khối đá không thấm nước) gọi hồ địa nhiệt (geothermal reservoir) Đây nguồn địa nhiệt khai thác để sử dụng Địa nhiệt sản xuất dạng nước nóng Địa nhiệt sử dụng để sản xuất điện Nguyên lý sản xuất điện từ địa nhiệt biểu sơ đồ: hình 1.1; hình 1.2; hình 1.3 hình 1.4 đây: Hình 1.1- Sơ đồ nhà máy điện địa nhiệt (Nguồn: U.S Department of Energy, http://www.eia.doe.gov/kids/renewable/geothermal.html) Hà nội- Ngun H÷u Minh 09/2005