Phân tích các khái niệm của bài toán dự báo nhu cầu năng lượng thể hiện Ý tưởng và quan Điểm cá nhân về Ảnh hưởng của bài toán dự báo Đến vấn Đề quy hoạch hệ thống năng lượngđiện

Hiểu và dự báo nhu cầu năng lượng cùng với sự khám phá và sử dụng công nghệ mới là những yếu tố quan trọng trong việc hướng dẫn quy hoạch và phát triển hệ thống năng lượng và điện.Chủ đề

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

-*** -BÁO CÁO HỌC PHẦN

NĂNG LƯỢNG CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

Chủ đề 4 : Phân tích các khái niệm của bài toán dự báo nhu cầu năng lượng Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về ảnh hưởng của bài toán dự báo đến vấn đề quy hoạch hệ thống năng lượng/điện

Chủ đề 8 : Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.

Giáo viên hướng dẫn: TS Phí Thị Hằng Sinh viên thực hiện:

Mã sinh viên:

Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm Lớp:

Khoa: Công nghệ thông tin

Hà Nội,08/07/2024

Lời mở đầu

Trong bối cảnh hiện nay, phát triển và quản lý năng lượng đã trở thành một trong những vấn

đề quan trọng nhất đối với sự phát triển bền vững của các quốc gia và thế giới Hiểu và dự báo nhu cầu năng lượng cùng với sự khám phá và sử dụng công nghệ mới là những yếu tố quan trọng trong việc hướng dẫn quy hoạch và phát triển hệ thống năng lượng và điện.Chủ đề đầu tiên của báo cáo tập trung vào phân tích các khái niệm của bài toán dự báo nhu cầu năng lượng Bài toán

dự báo nhu cầu năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định và điều chỉnh các nguồn năng lượng cung cấp, từ đó đảm bảo khả năng đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng một cách hiệu quả và bền vững Chủ đề thứ hai sẽ tập trung vào việc phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Công nghệ này đã được áp dụng trong một số quốc gia và có tiềm năng là một nguồn năng lượng bền vững Tuy nhiên, công nghệ hạt nhân cũng đặt ra nhiều vấn đề đáng quan ngại, bao gồm an ninh, quản lý chất thải hạt nhân, và các rủi

ro về an toàn

Qua việc phân tích sâu sắc về hai chủ đề này, báo cáo sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan và những nghiên cứu, phân tích và đánh giá các khái niệm của bài toán dự báo nhu cầu năng lượng và các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Mục tiêu nghiên cứu của chúng ta là đưa ra cái nhìn tổng quan về hai đề tài này, từ đó nhận thức rõ hơn về tầm quan trọng của việc dự báo nhu cầu năng lượng và ưu và nhược điểm của công nghệ hạt nhân trong việc sản xuất điện

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Hà Nội 08 / 07 / 2024

TÌM HIỂU VỀ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Nhiệm vụ cụ thể:

Chủ đề 4: Phân tích các khái niệm của bài toán dự báo nhu cầu năng lượng Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về ảnh hưởng của bài toán dự báo đến vấn đề quy hoạch hệ thống năng lượng/điện

Chủ đề 8:Phân tích ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân Thể hiện ý tưởng và quan điểm cá nhân về các loại công nghệ này.

CHỦ ĐỀ 4: PHÂN TÍCH CÁC KHÁI NIỆM CỦA BÀI TOÁN DỰ BÁO NHU CẦU NĂNG LƯỢNG THỂ HIỆN Ý TƯỞNG VÀ QUAN ĐIỂM CÁ NHÂN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA BÀI TOÁN DỰ BÁO ĐẾN VẤN ĐỀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG/ĐIỆN.

I Các khái niệm của bài toán dự báo nhu cầu năng lượng

1.1 Các khái niệm chung về năng lượng

Năng lượng thường được chia ra thành 6 dạng: nhiệt, ánh sáng, chuyển động, điện, hóa học,

hấp dẫn Các dạng này thường được phân thành hai nhóm đó là thế năng và động năng và chúng thường xuyên được chuyển đổi cho nhau Chẳng hạn như con người ăn thực phẩm, trong thực phẩm có chứa năng lượng hóa học, năng lượng hóa học này sẽ được lưu trữ ở trong cơ thể con người dưới dạng thế năng cho đến khi người đó sử dụng năng lượng này để tiến hành một hành động cụ thể, lúc này năng lượng hóa học đã được chuyển thành động năng.

1.2.Bài toán dự báo nhu cầu năng lượng

1 Đặt vấn đề

Cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 đã kéo theo những thay đổi cơ bản về bối cảnh kinh tế

và năng lượng của thế giới Về năng lượng đã có những thay đổi trong hành vi tiêu dùng các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được triển khai rộng khắp Các thiết bị sử dụng năng lượng đã trở nên ngày càng hiệu quả hơn, hiệu suất ngày càng cao hơn Về kinh tế, tại những nước ít nguồn tài nguyên năng lượng đã có những thay đổi cơ bản về cấu trúc kinh tế Người ta đã hạn chế phát triển những ngành tiêu tốn nhiều năng lượng như luyện kim, hóa chất, sản xuất vật liệu xây dựng mà thay vào đó là những ngành dịch vụ, những lĩnh vực sử dụng

ít năng lượng Mối tương quan giữa kinh tế và năng lượng đã có những thay đổi căn bản Trong bối cảnh đó, các phương pháp dự báo nhu cầu năng lượng dựa trên phân tích các số liệu thống

kê không còn cho phép giải thích được những thay đổi trong xu thế tiêu thụ năng lượng của nhiều nước Điều này đã thúc đẩy việc ra đời một thế hệ các mô hình dự báo nhu cầu năng lượng mới Các mô hình dựa trên phương pháp phân tích kinh tế - kỹ thuật các hệ thống tiêu thụ năng lượng Dạng mô hình này phù hợp cho các dự báo dài hạn phục vụ cho công tác quy hoạch phát triển hê thống năng lượng của các quốc gia

2 Phân tích kinh tế - kỹ thuật hệ thống tiêu thụ năng lượng và phương pháp xác định nhu cầu

• Sự ra đời của phương pháp này gắn liền với lý

thuyết xây dựng bảng cân bằng năng lượng và

việc xuất hiện các khái niệm: Nhu cầu kinh tế

- xã hội, Năng lượng hữu ích, Năng lượng cuối

cùng, Mô đun năng lượng,…

• Người ta chia hệ kinh tế - xã hội thành nhiều

hệ con mà ở đó tính chất các hoạt động kinh

tế và nhu cầu về tiêu thụ năng lượng có thể

coi là đồng nhất với nhau Thông thường gồm

5 hệ con: - Công nghiệp

- Nông - lâm - ngư nghiệp

- Giao thông vận tải

- Dân dụng - sinh hoạt

- Thương mại - dịch vụ

• Các hệ con này đến lượt chúng lại được chia nhỏ tiếp thành các nhóm đồng nhất về mặt tiêu thụ năng lượng được gọi là các mô đun năng lượng

• Tại mỗi mô đun năng lượng việc xác định nhu cầu được tiến hành trong 2 bước:

- Đầu tiên, người ta tiến hành xác định lượng năng lượng hữu ích để thỏa mãn nhu cầu tiêu dung

- Từ năng lượng hữu ích người ta tiến

hành xác định nhu cầu năng lượng cuối cùng

.

3 Kỹ thuật kịch bản phát triển - công cụ đưa các yếu tố kinh tế - xã hội vào mô hình

dự báo

• Sau khi xây dựng được cơ cấu đánh giá nhu cầu năng lượng cho từng mô đun và tổng hợp cho toàn

bộ hệ thống, việc nghiên cứu (dự báo) biến động về tiêu thụ năng lượng trong tương lai được thực hiện trên cơ sở phương pháp kịch bản

• Kỹ thuật kịch bản được sử dụng để mô tả sự biến thiên của một số yếu tố có tác động đến nhu cầu năng lượng nhưng không phải là những biến nội sinh trong mô hình dự báo nhu cầu năng lượng mà thường được đưa vào thông qua các mô hình dự báo khác Ví dụ như sự biến động của dân số, cấu trúc dân số, cấu trúc của GDP,…

Hình Mối quan hệ phân cấp giữa các kịch bản

• Với sự phân cấp như minh họa ở hình trên thì sự biến động của các biến kịch bản ở cấp sau phu thuộc vào sự biến thiên của các biến ở các cấp trước đó Ví dụ

chiến lược phát triển của ngành đường sắt phụ thuộc vào chiến lược phát triển hệ thống giao thông quốc gia và trước đó là chiến lược phát triển lãnh thổ

Đối với mỗi biến kịch bản người ta phải xác định phạm vi dao động trong khoảng thời gian dự báo Thông thường người ta đưa ra 3 kịch bản:

- Kịch bản cơ sở (phương án phát triển bình thường)

- Kịch bản cao (phương án phát triển lạc quan)

- Kịch bản thấp (phương án phát triển thấp)

Tập hợp toàn bộ các giả thiết về sự biến thiên của các biến kịch bản xây dựng nên một phần cơ

sở dữ liệu đầu vào của mô hình dự báo

4 Cấu trúc của mô hình dự báo nhu cầu năng lượng

Như vậy việc xây dựng các mô hình dự báo dạng phân tích kinh tế - kỹ thuật bao gồm 2 phần riêng biệt:

Mô hình hóa các cơ cấu cho phép mô phỏng và đánh giá biến động về nhu cầu năng lượng Công việc được tiến hành dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố kinh tế, kỹ thuật hệ thống tiêu thụ năng lượng

Xây dựng kịch bản, tức là viễn cảnh phát triển kinh tế - xã hội với các giả thiết khác nhau Quá trình dự báo nhu cầu dài hạn năng lượng theo phương pháp phân

tích kinh tế kỹ thuật được thể hiện ở sơ đồ hình sau

5 Ưu điểm và nhược điểm của các mô hình dự báo dạng phân tích kinh tế - kỹ thuật

Ưu điểm: - Phương pháp phân tích kinh tế - kỹ thuật cho phép đưa vào các mô hình dự báo nhiều yếu tố tác động đến nhu cầu năng lượng như vị trí địa lý, hệ số trang bị, hệ số sử dụng thiết

bị, hiệu suất của các thiết bị sử dụng năng lượng,… - Bằng việc đưa vào các khái niệm: Năng

lượng hữu ích, Năng lượng cuối cùng, Hiệu suất tương đối, Hiệu suất tuyệt đối,… người ta đã tạo lập được mối quan hệ giữa khía cạnh vật lý và khía cạnh xã hội của các quá trình tiêu thụ năng lượng

Người ta đã đưa được vào mô hình một loạt các tác nhân: Văn hóa - xã hội (thói quen tiêu dùng,

số giờ sử dụng), Kỹ thuật - công nghệ (loại thiết bị, hiệu suất thiết bị), Kinh tế (giá thiết bị, giá năng lượng)

- Trong mô hình dạng phân tích kinh tế - kỹ thuật, người ta đã đưa yếu tố thiết bị vào mô hình qua đó cho phép đánh giá được khả năng thay thế lẫn nhau giữa các dạng năng lượng từ mô hình

- Về mặt sử dụng, các mô hình dạng phân tích kinh tế - kỹ thuật cho phép thực hiện các dự báo dài hạn nhu cầu năng lượng thỏa mãn yêu cầu của công tác kế hoạch hóa ngành năng lượng Cung cấp số liệu đầu vào cho các mô hình quy hoạch năng lượng

- Mặt khác, do cấu trúc thành 2 phần tách biệt: cơ cấu đánh giá và kịch bản phát triển nên mô hình dạng phân tích kinh tế - kỹ thuật còn cho phép thực hiện các nghiên cứu như: đánh giá tác động của chính sách tiết kiệm năng lượng và chính sách về giá năng lượng lên nhu cầu năng lượng

Nhược điểm: - Yêu cầu phải có cơ sở dữ liệu rất chi tiết về năng lượng, kinh tế và công nghệ Điều này khó đáp ứng đối với các nước kém phát triển

- Khó đảm bảo tính nhất quán trong quá trình xây dựng các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội

II.Ý tưởng và quan điểm cá nhân về ảnh hưởng cuả bài toán dự báo đến vấn đề quy hoạch hệ thống năng lượng/điện

Bài toán dự báo đóng vai trò quan trọng trong quy hoạch hệ thống năng lượng và điện,

và có thể ảnh hưởng đáng kể đến quá trình này Dự báo đúng đắn về tiêu thụ và sản xuất năng lượng là cơ sở quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống điện có thể cung cấp đủ điện năng cho các nhu cầu của người dùng.

Dự báo tiêu thụ năng lượng giúp xác định mức độ cần thiết của sản xuất điện Nếu dự báo không chính xác, có thể dẫn đến hai kịch bản không mong muốn Đầu tiên, nếu dự báo tiêu thụ thấp hơn thực tế, hệ thống điện có thể không đáp ứng đủ nhu cầu và gây ra tình trạng thiếu điện Điều này có thể gây ra gián đoạn trong cung cấp điện, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế và cuộc sống hàng ngày của người dân Thứ hai, nếu dự báo tiêu thụ cao hơn thực tế,

hệ thống điện có thể sản xuất quá nhiều điện không cần thiết, dẫn đến lãng phí tài nguyên và tăng chi phí sản xuất.

Ngoài ra, dự báo đúng đắn về sản lượng năng lượng tái tạo (như năng lượng mặt trời và gió) cũng rất quan trọng trong quy hoạch hệ thống năng lượng và điện Sự biến đổi tự nhiên của nguồn năng lượng tái tạo là không thể tránh khỏi, và dự báo chính xác giúp xác định khả năng sản xuất năng lượng từ các nguồn này Nếu dự báo không chính xác, có thể dẫn đến sự không ổn định trong việc cung cấp điện và khó khăn trong việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào hệ thống.

Đối với quy hoạch hệ thống năng lượng và điện, dự báo không chỉ dựa trên dữ liệu quá khứ

mà còn phải xem xét các yếu tố khác như sự phát triển công nghệ, thay đổi thị trường, chính sách và thậm chí các yếu tố xã hội Từ quan điểm cá nhân, tôi cho rằng việc sử dụng công cụ

dự báo thông minh, như trí tuệ nhân tạo và học máy, có thể cung cấp thông tin cần thiết để đưa ra dự báo chính xác và đáng tin cậy Điều này giúp quy hoạch hệ thống năng lượng và điện trở nên hiệu quả hơn, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và giảm thiểu rủi ro trong việc cung cấp điện.

CHỦ ĐỀ 8: PHÂN TÍCH ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN

TỪ NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN THỂ HIỆN Ý TƯỞNG VÀ QUAN ĐIỂM CÁ NHÂN VỀ CÁC LOẠI CÔNG NGHỆ NÀY.

I Ưu và nhược điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân

1.Tổng quan về công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân

• Dùng phản ứng phân rã hạt nhân Uranium 235 (U92235) để sinh ra nhiệt, -> sinh hơi-> quay MPĐ để phát ra điện năng

• Đặc điểm:

• Công nghệ rất cao,đòi hỏi cao về an toàn trong vận hành, thường có Công suất lớn

• Vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng lâu,

• Công suất lớn, Thời gian khởi động, ít linh hoạt trong điều chỉnh công suất

• Không ô nhiễm khí thải do bụi mịn, ít chất thải

• Nguy hiểm về nguy cơ an toàn phóng xạ, địa điểm được chọn cẩn thận, ( xa khu dân cư)

Giải thích về phản ứng phân rã:

• Công thức Ainstein:

• E=mc2 (J) , m là khối lượng (kg), c Vận tốc ánh sáng, E năng lượng của vật (J)

Nhận thấy: Tổng khối lượng các hạt trước khi tham gia phản ứng và tổng khối lượng các hạt tạo thành sau phản ứng không bằng nhau : MT ≠ MS

Vậy có một khối lượng: m = MT -MS mất đi hoặc sinh ra Theo A.Einstein, phản ứng sẽ sinh ra năng lượng:

E = m.c2

Các vật thể chúng ta nhìn thấy xung quanh đều được cấu thành từ các hạt nguyên tử Mỗi nguyên tử lại có electron, proton và hạt nhân là trung tâm của nguyên tử Năng lượng hạt nhân thu được khi các nguyên tử bị phá vỡ Có hai cách để thu được năng lượng hạt nhân, đó

là phản ứng nhiệt hạch hoặc hợp hạch (nuclear fusion) và phản ứng phân hạch (nuclear

fission).

Theo Earthnworld, phản ứng nhiệt hạch là quá trình hạt nhân trong đó hai hoặc nhiều hạt

nguyên tử nhẹ va chạm với tốc độ cao và tạo thành một nguyên tử nặng hơn và các hạt hạ nguyên tử Mặc khác phản ứng phân hạch là sự phân rã phóng xạ khi các nguyên tử nặng hơn bắt đầu phun ra và giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt và tạo ra hơi nước.

Năng lượng hạt nhân là giải pháp mới để sản xuất ra điện năng so với các nguồn năng lượng

khác.

Năng lượng hạt nhân là giải pháp mới để sản xuất ra điện năng so với các nguồn năng lượng khác Đã một vài thập kỷ kể từ khi năng lượng hạt nhân được sử dụng và mặc dù được cho khá an toàn nhưng trong lịch sử cũng chứng kiến nhiều sự cố điện hạt nhân nguy hiểm.

Một số nhà máy điện hạt nhân trên thế giới:

Nhiên liệu:

1 Uranium:

Uranium là nguyên tố hóa học có tính phóng xạ, có ánh kim loại, màu xám bạc, có ký hiệu U, số thứ tự 92 trong bảng tuần hoàn

Uranium là kim loại nặng nhất trong tự nhiên và tồn tại dưới các dạng đồng vị khác nhau 99,3% U238

và 0,7% U235

Tuy nhiên chỉ có U235 phân rã mới tạo ra nhiều năng lượng cho lò phản ứng hạt nhân

Khai thác, và tinh chế quặng Uranium và quá trình phức tạp

2 Plutoium:

Plutonium là nguyên tố hóa học hiếm có tính phóng xạ cao, ký hiệu Pu 94

Plutonium là kim loại màu trắng bạc, bị xỉn khi tiếp xúc với không khí tạo thành một lớp phủ mờ khi

bị oxi hóa

Plutonium là nguyên tố không có trong tự nhiên mà được hình thành từ phản ứng của Uranium Trong lò phản ứng hạt nhân, 2/3 năng lượng được tạo thành từ U235 và 1/3 năng lượng được tạo thành từ Pu239

2.Ưu điểm của các công nghệ sản xuất điện từ năng lượng hạt nhân

2.1 Giảm khí thải nhà kính

Theo các báo cáo được công bố vào năm 1998, lượng khí thải nhà kính đã giảm xuống gần một nửa nhờ việc nhiều nước chuyển sang sử dụng điện hạt nhân Theo nhiều nghiên cứu, năng lượng hạt nhân không phát ra khí thải độc hại như CO2 và metan, những chất nguy hiểm gây ra hiệu ứng nhà kính và tình trạng Trái Đất nóng lên.

Nhìn chung năng lượng hạt nhân không có tác động quá lớn tới khí quyển mặc dù một số khí nhà kính vẫn giải phóng ra trong quá trình vận chuyển nguyên liệu nhưng nó không ảnh hưởng đáng kể đến không khí và nước.

2.2 Năng lượng hạt nhân là một nguồn cung cấp điện ổn định

Con người hiện nay đang dựa chủ yếu vào nhiệt điện, thủy điện Ngoài ra, chúng ta còn

sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió Mặc dù vậy đây là những hình thức sản xuất năng lượng phụ thuộc khá nhiều vào thiên nhiên, do đó sản lượng điện không ổn định.