Đặc tính làm việc u i của pin mặt trời ảnh hưởng của nhiệt độ và cường độ bức xạ đến pin mặt trời điểm công suất cực đại và hiện tượng điểm nóng cục bộ ở pin năng lượng mặt trời

PHẦN 1: LÝ THUYẾT

1) Đặc tính làm việc U-I của pin mặt trời Ảnh hưởng của nhiệt độ và cường độ bức xạ đến pin mặt trời Điểm công suất cực đại và hiện tượng điểm nóng cục bộ ở pin năng lượng mặt trời

2) Ưu nhược điểm của từng loại pin quang điện - Tấm pin mặt trời mono

Ưu điểm: Hiệu suất và công suất cao Nhược điểm: Giá cao

- Tấm pin mặt trời poly Ưu điểm:

Giá thành phải chăng, thấp hơn pin mono Có độ giãn nở và khả năng chịu nhiệt cao Hiệu suất làm việc ngoài năng cao

Nhược điểm:

Độ ổn định về cấu trúc và tính bề vững không cao

Tuổi thọ thấp hơn pin mono khi làm việc trong cùng điều kiện ánh sáng Hiệu suất và công suất thấp hơn pin mono

- Tấm pin mặt trời Thin – film Ưu điểm:

Nhẹ linh hoạt dễ lắp đặt

Giá pin và chi phí thi công lắp đặt đều rẻ Nhược điểm:

Hiệu suất và công suất thấp Khi lắp đặt cần có điểm tựa

3) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin gió

tốc độ cao và trục tốc độ thấp

phát

chúng quay trong gió

-Nguyên lý hoạt động:Turbine gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc độ quay nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường Khi có gió, chuyển động sẽ tác động lực, đẩy cho cánh quạt quay và dọc theo trục của tuabin Từ đó, các bộ phận chuyển động khác của động cơ máy phát điện sẽ quay khi kết nối với trục của tuabin

4) Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tua bin gió máy phát điện IG Cấu tạo của hệ thống tuabin gió:

 Cánh quạt  Hộp số

 Máy phát điện IG: Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc  Soft starter: Bộ khởi động mềm

 Tụ lọc  Máy biến áp

- Nguyên lý hoạt động của hệ thống tua bin gió máy phát điện IG

 Động cơ IG là động cơ cảm ứng không đồng bộ Ban đầu dòng điện được đưa vào máy biến áp qua bộ khởi động mềm cấp điện cho 3 cuộn dây của stator (đặt lệch nhau 120° điện trong không gian), tạo ra từ trường quay lúc này máy chạy chế độ động cơ, quay với tốc độ n1

 Nếu năng lượng gió đủ mạnh làm quay rotor qua hộp số đạt tốc độ n2>n1

sẽ tạo ra năng lượng điện phát về lưới, trong lúc chạy chế độ máy phát thì điện từ lưới vẫn cấp cho động cơ tạo từ trường quay

 Khi cánh quạt quay, qua hộp số để tăng tốc độ quay phụ thuộc vào tỷ sổ truyền để lảm máy có thể đạt tốc độ từ trường và phát ra điện Do vậy tốc quay của máy phát giữ theo tốc độ định mức

 Bộ tụ bù dùng để bù công suất phản kháng Q cho hệ thống, vì phải cung cấp cho máv phát

5) Ưu, nhược điểm của tuabin gió trục đứng  Ưu điểm:

 Hoạt động không lệ thuộc vào hướng gió Sự xáo động gió vùng gần mặt đất cũng làm cánh quạt quay

 Hệ thống hộp số, máy phát điện nằm gần mặt đất nên việc bào trì, thay thế thiết bị dễ vận hành, ngoài ra tuabin điện gió không cần thùng Nacelle và chân trụ không nhất thiết phải cao như những tuabin gió trục ngang

 Lực tác động vào cánh quạt phân bố đều, trục quay không bị cong vì trọng lượng của hệ thống trục và momen xoắn

 Cánh quạt có cấu tạo đơn giản, dễ sản xuất và có kinh phí thấp - Nhược điểm:

 Hệ số công suất đạt được tương đối thấp, tối đa chỉ đạt khoảng 40%  Lực tác động và lực ly tâm luôn luôn thay đổi nên ảnh hưởng lớn đến sức bền vật liệu của những chi tiết cơ trong tua-bin Tua-bin gió trục đứng chỉ được sản xuất với công suất nhỏ

6) Ưu, nhược điểm của tuabin gió trục ngang ít cánh và loại 3 cánh Đặc điểm của tuabin gió trục ngang hiện nay

Ưu điểm:

 Hệ số công suất cao

 Trong lượng hệ thống thấp hơn tuabin điện gió 3 cánh

 Hệ số cao tốc (tip speed ratio) đạt đến 15-18 trong khi tuabin điện gió 3 cánh chỉ đạt khoảng 5 đến 11

 Cánh quạt quay với tốc độ cao nên hệ thống thông số hoặc máy phát điện không lớn như của tuabin điện gió 3 cánh

 Số cánh quạt ít nên giá thành giảm - Nhược điếm:

 Lực tác động và lực xoắn không được phân bố đều nên độ bền của những chi tiết cơ của tua-bin điện gió bị ảnh hưởng

 Độ rung của hệ thống không ổn định  Độ ồn phát sinh cao

 Tính thẩm mỹ và sự chấp nhận bị hạn chế vì hình dạng không đều - Đặc điểm của tua bin gió trục ngang hiện nay: là loại trục ngang 3 cánh đón gió từ phía trước Loại tua bin này có các đặc điểm sau:

 Công suất phát điện từ vài trăm w - nhiều MW  Dải vận tốc gió hoạt động từ 4 m/s - 25 m/s  Số vòng quay cánh quạt từ 20 - 40 vòng / phút  Đây là loại tua-bin gió có hiệu suất cao nhất  Thích hợp với nhiều vận tốc gió khác nhau

 Hình dạng và kích thước lớn nên đòi hỏi chỉ số an toàn cao

 Tuy có hệ thống điều chỉnh hướng để đón gió nhưng vẫn giới hạn ở 1 góc quay nhất định nên chỉ thích hợp cho những nơi có vận tốc gió ổn định

7) Đặc điểm của nguồn năng lượng sinh khối

 Sinh khối được phân bổ đồng đều hơn trên bề mặt Trái Đất so với các nguồn năng lượng nhất định khác (nhiên liệu hóa thạch ), và có thể được khai thác mà không cần đòi hỏi đến các kỹ thuật hiện đại phức tạp và tốn kém

 Nó tạo ra cơ hội cho các địa phương, các khu vực và các quốc gia trên toàn thế giới tự bảo đảm cho mình nguồn cung cấp năng lượng một cách độc lập

 Đây là một giải pháp thay thế cho năng lượng hóa thạch, giúp cải thiện tình hình thay đổi khí hậu đang đe dọa Trái Đất

 Sinh khối sử dụng trong công nghiệp thì có tác động tích cực đối với môi trường, tuy nhiên tình trạng thoát khí kém và việc sử dụng các lò đốt (lò nấu) có hiệu suất kém làm tăng độ ô nhiềm không khí trong nhà ở và gây ra hiểm họa về sức khỏe rất lớn đổi với người dân sống trong các khu vực nông thôn, kém phát triển

8) Sinh khối để sản xuất nhiệt trong truyền thống

 Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật đốt sinh khối để sản xuất điện - nhiệt năng

 Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường, đốt kết hợp, sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác, đốt nhiệt phân

 Quá trình khai thác sinh khối để tạo nhiệt có một lịch sừ rất lâu dài và vẫn tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong xà hội loài người trong thời kỳ hiện đại

 Nhiệt lượng từ việc đốt sinh khối được sử dụng để đốt sửa ấm, để nấu chín thức ăn, để đun nước tạo hơi

 Thành phần năng lượng trong sinh khối khô (dry biomass) dao động tự 7.000 Btu/lb (rơm) cho đến 8.500 Btu/lb (gỗ)

 Một ví dụ so sánh: để nấu một bữa ăn thì cần khoảng 10.000 Btu, trong khi đó một gallon xăng thì tương đương 124.884 Btu

9) Ưu nhược điểm của phương pháp đốt sinh khối liên kết

 Đốt liên kết, kết hợp sinh khối với than để tạo năng lượng, có lẽ là phương pháp sử dụng tích hợp tốt nhất sinh khối vào hệ thống năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch

 Trong quá trình đốt liên kết, sinh khối bắt nguồn từ gỗ và cây cỏ (thảo mộc) như gỗ dương (poplar), liễu (willow), cỏ mềm (switchgrass), có thể được trộn một phẩn vào nguyên liệu cho nhà máy điện than thông thường Trong quá trình này, sinh khối có thể chiếm tỷ lệ 1% - 15% tổng năng lượng của nhà máy điện than Trong các nhà máy dạng này, sinh khối cũng được đốt trực tiếp trong lò, tương tự như than

 Phương pháp đốt liên kết có một lợi thế kinh tế tương đối rõ ràng, do kinh phí đẩu tư chủ yếu chỉ là để trang bị một lò đốt liên kết mới hoặc nâng cấp lò đốt hiện tại trong nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, tức là có chi phí thấp hơn nhiều so với xây dựng một nhà máy điện sinh khối

 Công nghệ đốt liên kết đem lại nhiều tác động tích cực đến môi trường, bao gồm việc giảm tỷ lệ khí NOx và SOx, khói công nghiệp, mưa axít, và ô nhiễm tầng ozone

 Việc đốt liên kết sinh khối-than cũng giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2 Tuy rằng phương pháp đốt liên kết không có lợi thế gì hơn về mặt môi trường so với các phương pháp "thuần túy sinh học" khác (vốn giảm tỷ lệ khí thải độc hại xuống đến gần không), nhưng nó lại có mặt khả thi rất lớn vì kỹ thuật hỗ trợ cho phương pháp này là tương đối đơn giản và hầu như có sẵn, do đó việc áp dụng có thể được thực hiện tức thời

 Nói cách khác, phương pháp đốt liên kết có thể được xem là một lựa chọn tuyệt vời cho việc thúc đẩy tiến tới sử dụng rộng rãi năng lượng sinh khối Phương pháp đốt liên kết hiện đang được chú ý quan tâm đặc biệt tại các quốc gia như Đan Mạch, Hà Lan và Hoa Kỳ

10) Ảnh hưởng từ nguồn năng lượng sinh khối đối với môi trường

 Giảm lượng khí thải sulfur dioxide: Hầu hết các dạng sinh khối có lượng lưu huỳnh rất nhỏ, do đó các nhà máy điện sinh khối thải ra rất ít khí SO2, một tác nhân của mưa axit

 Sinh khối kết hợp với than đá có thể giảm thiểu một cách đáng kể lượng khí thải SO2 của các nhà máy điện so với các hệ thống chỉ sử dụng mỗi than đá

 Giảm lượng khí thải Nitrogen Oxide (NO): Với sự điều chỉnh hợp lý và cẩn thận của quá trình đốt cháy, lượng NOx giảm đi 2 lần so với lượng sinh khối cần dùng để cung cấp nhiệt cho hệ thống

 Giảm thải lượng cacbon: Các nhà máy điện sinh khối có thể đươc xem như là một cách để tái sinh carbon Do đó, các nhà máy điện sinh khối là các hệ thống cân bằng lượng cacbon (không sinh ra cacbon)

 Giảm thiểu các lượng chất thải khác: Mêtan là một trong các khí chính của khí thiên nhiên, thường được thải trực tiếp vào không khí, nhưng nó có thể được thu hồi và sử dụng như một dạng nhiên liệu cho việc sản xuất điện và nhiệt

 Giảm các mùi hôi thối: Việc sử dụng phân động vật và khí sinh ra ở các bãi chôn lấp trong sản xuất điện năng có thể giảm các mùi hôi thối ở các bãi rác

11) Phương pháp nhiệt hóa sinh khối thành nhiên liệu sinh học dạng khí C0+H2

 Ngày nay quá trình khí hóa sinh khối rắn (củi, gỗ phế liệu, dăm bào, mùn cưa…) được áp dụng để thu nhiên liệu khí trong sản xuất điện và nhiệt kết hợp, nhằm cung cấp điện cho các khu vực có công suât tiêu thụ dưới 10 MW

 Đây là quá trình có hiệu quả rất cao so với quá trình đốt trực tiếp Nguyên liệu là phế thải, phế liệu chứa carbon (gổ củi mùn cưa ) Khí hỏa là đốt cháy không hoàn toàn (thiếu oxy) ở nhiệt độ từ 1100 -13000C trong lò tạo gaz

 Sản phẩm là khí C0, H2 có thể thay thế khí thiên nhiên trong việc làm nhiên liệu động cơ đốt trong, tua-bin khí, tua-bin hơi, đặc biệt cho pin nhiên liệu

 Cho đến nay, quá trình khí hóa vẫn chưa được ứng dụng rộng trong thực tế mà chỉ vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm kỳ thuật Các lò chuyển đổi sinh khối rắn thành khí xẩy ra ơ một môi trường mà tại đó sinh khối rắn phân hủy chuyển thành khí dễ cháy

 Quá trình này có thuận lợi hơn so với việc đốt trực tiếp Khí sinh học có thể được làm sạch và lọc để phân loại và tách các hợp chất hóa học có hại Các quá trình trong lò tạo gaz

 Vùng cháy (Oxidation): C + 02 + nhiệt lượng (900 - 13000C)  Vùng khử (Reduction): C02 => C0 + thu nhiệt (600 - 9500C)

 Vùng nhiệt phân (Pyrolysis): C0 + H20 => C02 + H2 + nhiệt lượng (400 -6000C)

 Vùng sấy khí (Drying): (200 - 4000C)

12) Quy trình sản xuất Ethanol sinh học

 Nguyên liệu là tinh bột, cellulo → thủy phân nhờ ezim → đường gluco → phân hủy sinh học yếm khí → Bio-ethanol (C2H5OH)

 Bio- ethanol là nhiên liệu lỏng, dùng để thay thế xăng

 Tách nước để tăng nồng độ ethanol: Sản phẩm bio-ethanol lên men chỉ đạt cao nhất 97,1% Để sử dụng, làm nhiên liệu thì phải tách thêm nước, tăng nồng độ ethanol đạt mức 99,9% Để tách nước dùng phương pháp chưng cất hoặc dùng chất hút nước zeolite, rất tốn kém

 Hiệu suất của quá trình sản xuất phụ thuộc vào nguyên liệu

 Bio- ethanol ngày nay được sử dụng như một chất mang năng lượng tái tạo, có khả năng thay thế hoàn toàn xăng từ dầu mỏ như là một nhiên liệu sinh học

13) Ảnh hưởng của nguồn năng lượng địa nhiệt đối với môi trường

 Sử dụng nguồn nước: Các nhà máy nhiệt điện thường cần 5 gallons nước ngọt/MWh Các nhà máy dạng binary air-cooled không sử dụng nước ngọt Như vậy lượng nước ngọt dùng làm nguội turbine, ngưng tụ hơi ở bình ngưng là rất nhỏ so với các nhà máy nhiệt điện khác, ví dụ như 361 gallons/MWh cho các nhà máy điện đốt than

 Chất lượng nước: Các chất lỏng sử dụng trong quá trình sản xuất điện được bơm xuống trở lại bề địa nhiệt thông qua các giếng khoan có thành dày để tránh làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Ví dụ như tại nhà máy địa nhiệt Geysers ở California, 11 triệu gallons nước thải được bơm trở lại bể địa nhiệt mỗi ngày Việc bơm nước trở lại bể cũng góp phần hạn chế ô nhiễm nước bề mặt và nâng cao độ đàn hồi cho bể địa nhiệt

 Diện tích đất sử dụng: Các nhà máy địa nhiệt được thiết kế để có thể “tích hợp” với môi trường xung quanh, do đó có thể được đặt tại các khu đất đai đa dụng (đất đai dành cho nông nghiện hoặc giải trí) Trung bình, hệ thống địa nhiệt điên chiếm khoảng 404 m2/GWh Trong khi nhà máy điện than sử dụng 3632 m2/GWh

 Sụt lún: Sự sụt lún từ từ của đất có thê gây ra bởi sử giảm áp của bể địa nhiệt Để khắc phục hiện tượng này, người ta sử dụng kỹ thuật injection để cân bằng áp suất trong bể Kỹ thuật này được sử dụng tại toàn bộ các nhà máy địa nhiệt ở Hoa Kỳ

 Động đất cảm ứng: Các hoạt động bơm hút và injection trong quá trình vận hành của nhà máy nhiệt điện có thể gây ra các chấn động có cường độ rất nhỏ, hay còn gọi là vi chấn (microearthquake) Con người thường không thể cảm thấy các chấn động cực nhỏ này

 Thay đối cảnh quan: Hầu hết các nguồn địa nhiệt (bể địa nhiệt) được khai thác hiện nay cho việc sản xuất điện có vị trí gần cạnh các cấu trúc địa nhiệt trên

bề mặt (các miệng hố núi lửa không còn hoạt động), vốn thường là cảnh quan thiên nhiên Tuy nhiên, rất nhiều các nguồn địa nhiệt chưa được khai thác có độ sâu khá lớn và không có biểu hiện trực tiếp trên bề mặt Các biểu hiện bề mặt, tuy có vai trò lớn trong việc xác định vị trí của nguồn địa nhiệt, thường không được sử dụng trong quá trình xây dựng phát triển các nhà máy địa nhiệt Công tác đánh giá tác động tiềm ẩn lên quần thể động thực vật cần được thực hiện tại các khu vực có kế hoạch phát triển địa nhiệt Các nhà máy địa nhiệt cần được thiết kế để giảm thiểu các tác động này

14) Ưu và nhược điểm của điện thủy triều Ưu điểm của điện thủy triều:

 Mật độ năng lượng lớn: Nước biển nặng hơn không khí 832 lần, một đợt thủy triều có tốc độ 8 hải lý (khoảng 14,81 km/h) cung cấp năng lượng nhiều hơn gió với tốc độ 380 km/h

 Nguồn điện đáng tin cậy: Thủy triều hầu như không phụ thuộc theo mùa, thời tiết, có thể dự đoán trước được nhiều năm nhờ nghiên cứu quĩ đạo của mặt trăng, mặt trời, trái đất Trong khi đó các loại năng lượng khác rất khó dự đoán, như năng lượng mặt trời thay đổi rất lớn theo ngày, giờ, mùa, vĩ độ, năng lượng gió thì có nhiều yếu tố bất thường, khó dự đoán

 Chi phí nhiên liệu bằng không: Năng lượng là động năng và thế năng của nước thủy triều nên không cần nhiên liệu cung cấp cho thiết bị điện thủy triều Trong quá trình vận hành chỉ mất chi phí cho bảo trì và vận hành

 Vòng đời dài: Một đập thủy điện sau khi xây dựng có thể hoạt động tới 100 năm, do đó chi phí điện thủy triều sẽ không cao nếu tính đến yếu tố này

 Cải thiện giao thông: Đập, hàng rào điện thủy triều thường dùng luôn bề mặt trên để làm thành cầu bắc qua sông, tăng khả năng giao thông khu vực - Nhược điểm của điện thủy triều:

 Chi phí đầu tư ban đầu cao: Chi phí nhà máy điện thủy triều gấp 2-3 lần so với đập của hồ thủy điện Chi phí đầu tư lớn dẫn đến giá thành sản phẩm cao (giá thành điện gió 85 Eu/MWh, giá thành điện thủy triều 317 Eu /MWh)