Môn học công nghệ sản xuất Điện + bài tập dài

Đặng Thành Trung, em xin phép được hoàn thành bài báo cáo về chủ đề: “Các dự án, công nghệ về năng lượng mới, năng lượng tái tạo” với loại năng lượng khá được quan tâm hiện nay ngoài năn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN + BÀI TẬP DÀI

Họ và tên: NGHIÊM MINH TIẾN

Mã sinh viên: 20810110203

Giảng viên hướng dẫn: TH.S ĐẶNG THÀNH TRUNG

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: Hệ thống điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

MÔN HỌC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN + BÀI TẬP DÀI

Họ và tên: NGHIÊM MINH TIẾN

Mã sinh viên: 208101102031

Giảng viên hướng dẫn: TH.S ĐẶNG THÀNH TRUNG

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: Hệ thống điện

LỜI MỞ ĐẦU

Điện là năng lượng không thể thiếu trong đời sống mỗi ngày của con người Tất cả những công nghệ, thành tựu mà chúng ta có ở thế giới hiện đại có sự góp phần rất lớn của điện năng Nhưng nguồn điện con người đang sử dụng được lấy từ đâu và cách thức để tạo ra điện như thế nào? Học phần CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN sẽ cho chúng ta thấy cái nhìn khách quan nhất về các nhà máy điện, các dạng năng lượng điện và cách thức tạo ra chúng

Trong thời gian được Th.S Đặng Thành Trung hỗ trợ giảng dạy đã giúp em hiểu thêm được về điện năng và các công trình điện, những điều mà trước đây em vốn dĩ rất

mơ hồ Vì vậy, dưới sự giúp đỡ của Th.S Đặng Thành Trung, em xin phép được hoàn thành bài báo cáo về chủ đề: “Các dự án, công nghệ về năng lượng mới, năng lượng tái tạo” với loại năng lượng khá được quan tâm hiện nay ngoài năng lượng mặt trời và năng lượng gió, đó chính là năng lượng điện hydro

Sinh viên thực hiện Giảng viên bộ môn

Nghiêm Minh Tiến

………

1

………

………

………

………

………

………

2

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

2 Chủ đề này có ý nghĩa gì với em và đời sống thực tế ?

B NỘI DUNG

I Năng lượng tái tạo

1.a Năng lượng tái tạo là gì,?

1.b Vai trò của năng lượng tái tạo

2 Ưu điểm và nhược điểm của các công nghệ năng lượng tái tạo 2.1 Ưu điểm của các công nghệ năng lượng tái tạo

2.2 Nhược điểm của các công nghệ năng lượng tái tạo

II Ý tưởng và quan điểm cá nhân công nghệ sản xuất điện từ năng lượng tái tạo

1 Ý tưởng

2 Quan điểm

2.1 Quan điểm cá nhân về công nghệ thủy điện

2.2 Quan điểm cá nhân về công nghệ điện gió

2.3 Quan điểm cá nhân về công nghệ điện mặt trời

2.4 Quan điểm cá nhân về công nghệ điện sinh khối

2.5 Quan điểm cá nhân về công nghệ thu hồi năng lượng từ chất thải rắn

C KẾT LUẬN

D CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

3

A MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn chủ đề

Con người ngày càng thay đổi và phát triển để hướng tới tương lai và công nghệ là một trong những minh chứng cho điều đó Các công nghệ hiện này gần như tất cả phải sử dụng đến năng lượng điện ở nhiều hình thức khác nhau, do vậy nhu cầu về điện ngày càng lớn và con người phải nghĩ một dạng năng lượng mới dành cho tương lai Em đã tìm hiểu một số dạng năng lượng khá hữu ích và có nghiên cứu qua về chúng và một trong số đó mang đến cho em nhiều sự hứng thú nhất đó là năng lượng hydro, một dạng năng lượng tái tạo

2 Ý nghĩa với đời sống

Hydro là một dạng năng lượng tái tạo nên vẫn mang chung một số ý nghĩa, lợi ích giống các dạng năng lượng như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng thủy triều, đem lại

Các nguồn điện hiện này chủ yếu từ các nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện sản xuất, điều này có khá nhiều vấn đề dù cho từ trước đến giờ chúng ta vẫn duy trì nó Các nhiên liệu hóa thạch, thứ cần thiết cho các nhà máy điện truyền thống, đang dần cạn kiệt và phải trải qua quá trình lâu dài chúng mới có thể hình thành tiếp được Bên cạnh đó, các nhà máy điện hiện nay ảnh hưởng không nhỏ

4

đến khí hậu, nhiệt độ, môi trường, xung quanh nó Do vậy năng lượng tái tạo đã được nghiên cứu để khắc phục được các hạn chế trên

B NỘI DUNG

I Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

1 Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo hay còn được biết đến là nguồn năng lượng sạch hoàn

toàn và chúng trái ngược với nhiên liệu hóa thạch Năng lượng tái tạo được tạo ra

từ các nguồn hình thành liên tục và gần như là vô hạn như ánh sáng mặt trời, mưa, gió, thủy triều,

2 Các dạng năng lượng tái tạo phổ biến

2.1 Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch được nhiều người biết đến nhất Đối với nguồn năng lượng này, chúng ta có thể khai thác nhờ các công nghệ hiện đại như sưởi ấm, quang điện, quang hợp nhân tạo,

2.2 Năng lượng gió

Giống như năng lượng mặt trời, năng lượng gió cũng ngày một phổ biến và

có vai trò quan trọng trong tương lai Nguồn năng lượng này được tạo ra nhờ sức gió thông qua các tuabin gió Trong đó, các tuabin gió thường có quy mô lớn và có công suất từ 600 kW đến 9 MW Khi tốc độ gió tăng sẽ làm sản lượng điện tăng lên và đạt công suất tối đa cho tuabin

2.3 Năng lượng thủy triều

Cũng là dạng năng lượng sạch hoàn toàn, thủy triều được tận dụng để tạo

ra điện nhờ vào sự chuyển đổi năng lượng Tuy nhiên, năng lượng thủy triều được

sử dụng vẫn còn rất hạn chế Nguyên nhân là vì chúng có mức phí đầu tư tốn kém

và chỉ thực hiện được ở những nơi có vận tốc dòng chảy lớn hoặc thủy triều đủ cao

mà thôi

2.4 Năng lương địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là loại năng lượng được sinh ra từ sự hình thành ban đầu của Trái Đất và sự phân rã phóng xạ của các khoáng chất Ở những khu vực có

độ dốc địa nhiệt đủ cao có thể được dùng để khai thác và tạo ra điện Tuy nhiên,

5

công nghệ khai thác loại năng lượng này hiện nay vẫn còn hạn chế Đồng thời, các vấn đề về kỹ thuật cũng làm giảm đi tiện ích của năng lượng địa nhiệt

2.5 Một số dạng năng lượng khác

Ngoài các dạng năng lượng phổ biến trên, vẫn còn một số dạng năng lượng tái tạo khác như: năng lượng sinh học, năng lượng chất thải rắn, năng lượng thủy điện, vẫn đang được nghiên cứu và phát triển

II Tìm hiểu về năng lượng điện Hydro

1 Khái niệm Hydro

Hydro được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời, vì vậy hydro thu được còn gọi hydro nhờ năng lượng mặt trời (solar hydrogen) Nước và ánh nắng mặt trời có vô tận và khắp nơi trên hành tinh Năng lượng mặt trời được thiên nhiên ban cho hào phóng và vĩnh hằng, khoảng 3x1024 J/ngày, tức khoảng 104 lần năng lượng toàn thế giới tiêu thụ hằng năm Vì vậy, hydro nhờ năng lượng mặt trời

là nguồn nhiên liệu vô tận, sử dụng từ thế kỷ này qua thế kỷ khác bảo đảm an toàn năng lượng cho loài người mà không sợ cạn kiệt, không thể có khủng hoảng năng lượng và bảo đảm độc lập về năng lượng cho mỗi quốc gia, không một quốc gia nào độc quyền sở hữu hoặc tranh giành nguồn năng lượng hydro như từng xảy ra với năng lượng hóa thạch.ydro ( Hydrogen – H

2 ) là nguyên tố có khối lượng nhẹ nhất và rất phong phú trong vũ trụ Hydro có ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta nhưng lại ở dưới dạng hợp chất, cụ thể là H

2O Hydro sẽ được tách từ các hợp chất sau đó đưa vào sử dụng làm năng lượng điện

2 Các phương pháp thu năng lượng Hydro

Hydro là nguồn năng lượng không có sẵn để khai thác nhưng lại có thể tách

ra từ các nguồn hydrocacbon hoặc nước bằng các phương pháp:

+ Điện phân nước: sử dụng điện để tách nước thành khí oxy và hydro + Điện hóa phân rã nước nhờ năng lượng bức xạ của ánh nắng mặt trời với

sự có mặt của chất xúc tác quang

6

+ Điện hóa nhiệt hóa các loại nhiên liệu hydrocacbon như dầu, metan, khí tự nhiên, than khí hóa, nhiên liệu sinh học,

Sau khi có Hydro, có thể cất giữ và dùng trong việc sản xuất điện khi cần nhờ các tấm pin nhiên liệu tạo ra điện do việc kích thích phản ứng hóa học giữa Hydro và Oxy

3 Ưu điểm

Hydro là dạng năng lượng được chú trọng và phát triển thứ 3 sau năng lượng mặt trời và năng lượng gió Các nhà nghiên cứu rất mong muốn tương lai có thể đưa Hydro làm dạng năng lượng tái tạo chính trên thế giới Vậy ngoài mang các ưu điểm của một dạng năng lượng tái tạo thì Hydro có gì vượt trội so với 2 dạng năng lượng trên là gì?

+ Năng lượng mặt trời không hiệu quả vào ban đêm

+ Năng lượng gió cần phải có không gian khai thác

+ Năng lượng Hydro rất mạnh mẽ, có thể dùng làm pin cho các phương tiện

di chuyển

+ Có thể thay thế năng lượng hạt nhân mà không mang lại nguy cơ rủi ro

4 Nhược điểm

Năng lượng Hydro có nhiều ưu điểm như vậy tại sao thế giới lại không sử dụng nó một cách rộng rãi?

7

- Tuy Hydro rất an toàn, sạch sẽ, có thể tái tạo vô tận nhưng nó điểm yếu chí mạng đó là không có sẵn mà phải tách ra từ hợp chất Mà quá trình để tách Hydro ra khỏi hợp chất sau đó lưu trữ và sử dụng nó lại là một quá trình với chi phí đắt đỏ

- Cần phải lưu trữ một lượng Hydro lớn để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng do

đó mà thiết bị lưu trữ cũng phải đồ sộ nên khó khăn trong việc di chuyển và lắp đặt

III Một số ứng dụng và lợi ích mà Hydro mang lại

1 Pin nhiên liệu Hydro

1.1 Khái niệm

Pin nhiên liệu là thiết bị mà phản ứng điện hóa kết hợp giữa hydro và oxygen để sinh điện nước và nhiệt Không như pin thông thường, pin nhiêu liệu

có thể liên tục sản sinh ra điện chừng nào nguyên liệu oxy và hydro vẫn còn Không những thế, pin nhiên liệu không xẩy ra phản ứng đốt cháy nhiên liệu, hầu như không gây ra tiếng ồn trong quá trình phản ứng sản xuất điện, và hiệu quả sinh năng lượng gấp 2, 3 lần động cơ đốt trong Không những thế, hệ thống pin nhiên liệu là nguồn sản xuất điện sạch và không phát ra các chất thải gây ô nhiễm

Nói một cách ngắn gọn, pin nhiên liệu là một động cơ tiêu thụ hydro để sản sinh ra điện và nước Chất lỏng thải ra từ ống xả của xe sử dụng pin nhiên liệu còn sạch hơn nước chảy ra từ vòi rửa trong nhà Lý do mà pin nhiên liệu thu hút các nhà đầu tư là do tiềm năng của loại sản phẩm này là rất lớn Hầu như không có thị trường năng lượng nào mà pin nhiên liệu không thể đặt chân vào, do vậy pin nhiên liệu được đánh giá là thị trường trị giá hàng nghìn tỷ USD

2.2 Ưu điểm của Pin nhiên liệu Hydro

Không chỉ có ưu điểm về mặt thời gian nạp nhiên liệu so với pin truyền thống, mà trong lĩnh vực lưu trữ, pin nhiêu liệu hydro cũng có ưu điểm vượt trội về khối lượng Mặc dù pin truyền thống là vật lưu trữ tuyệt vời với lượng điện hữu hạn trong khoảng thời gian ngắn, nhưng với lượng điện lớn thì lại là nhược điểm của pin truyền thống

Trong khi đó, với các thùng chứa đủ lớn, các trạm sản xuất hydro có thể sản xuất hydro sạch và lưu trữ nhiên liệu đó nhiều tuần thậm chí nhiều tháng Đây

8

sẽ là một tùy chọn khác cho việc lưu trữ năng lượng để tối đa giá trị sử dụng và loại bỏ được nhiều thách thức đối với năng lượng tái tạo Quy mô thị trường pin nhiên liệu gia tăng đồng nghĩa với việc chi phí sẽ giảm, và có thể ngành công nghiệp lưu trữ điện năng bằng pin nhiên liệu sẽ mang lại lợi nhuận đáng kể

2 Ứng dụng trong vận tải và giao thông

Hiện đã có nhiều mẫu xe chạy bằng hydro (hydrogen car) và xe kết hợp giữa động cơ đốt trong bằng hydro và động cơ điện có tên gọi xe ghép lai (hybrid car) được gọi chung là dòng xe hoàn toàn không có khói xả (Zero Emission Vehicle - ZEV) của các hãng ôtô nổi tiếng như Honda, Ford, Mercedes Benz trưng bày giới thiệu trong các cuộc triển lãm quốc tế về ôtô

Nhật tuyên bố ngay trong năm 2008 các thế hệ xe không có khói xả ZEV

sẽ ra đời với tên Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Ford Escape Hybrid, Honda Insigh Cho đến tháng 4-2007, ở Mỹ đã có 200 chiếc ôtô và xe buýt chạy bằng hydro hoạt động Gần đây, một cuộc hành trình thử nghiệm xuyên châu Úc trong một ngày đường khoảng 4.000km bằng ôtô dùng nhiên liệu hydro cho thấy ôtô có thể chạy an toàn đến mọi nơi mà không cần xăng và hoàn toàn không xả khí độc hại gây ô nhiễm môi trường

3 Ứng dụng trong công cuộc du hành vũ trụ

H đã được dùng làm nhiên liệu cho tên lửa trong ngành công nghiệp vũ 2

trụ và quốc phòng Hydro là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ Đặc điểm quan trọng của hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng.2

IV Tiềm năng và thách thức trong việc phát triển năng lượng Hydro

1 Tiềm năng

1.1 Thay thế nhiên liệu hóa thạch

Hydro được sử dụng để sản xuất điện thay nhiên liệu hóa thạch, thực hiện trong các pin nhiên liệu (fuel cell) Pin nhiên liệu hoạt động theo nguyên lý ngược với quá trình sản xuất hydro, nghĩa là nếu với nguyên liệu là nước, khi được cung cấp một năng lượng cần thiết sẽ xảy ra quá trình tạo ra hydro và oxy, thì ngược lại,

9

nếu cho hydro và oxy kết hợp lại trong điều kiện nhất định sẽ thu được nước và một năng lượng tương ứng, đó là điện năng

Sẽ không cần máy phát điện, không cần những tuôcbin đồ sộ, không có cả những cơ cấu chuyển động, không có tiếng ồn, không khói xả Điện từ các pin nhiên liệu hydro có thể sản xuất mọi nơi, mọi công suất từ vài watt cho đến hàng trăm kilowatt hoặc hàng trăm megawatt cho mọi nhu cầu, từ các vùng sâu, vùng

xa, hoặc trạm điện, các cao ốc cho đến các thành phố, mà không cần đến những nhà máy điện đồ sộ cùng nguồn điện lưới từ trung tâm cung cấp phân phối điện quốc gia Người tiêu thụ có thể tự sản xuất điện Sản xuất điện bằng pin nhiên liệu hydro sẽ phá thế độc quyền trong sản xuất và phân phối điện

1.2 Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

Điều tuyệt vời khi sản xuất điện từ hydro là hoàn toàn không phát sinh khí thải CO , đây là một quy trình sạch sẽ và thân thiện với môi trường Hydro cũng có2

thể được sản xuất từ nhiên liệu hoá thạch, nhất là khí thiên nhiên được chuyển hoá,

và nhiều loại phương tiên giao thông sử dụng pin nhiên liệu (FCV) ngày nay cũng được cấp điện theo phương pháp này Tuy vậy, nếu hydro được sản xuất thuần tuý

từ năng lượng tái tạo như điện gió, thuỷ điện và điện mặt trời, chúng ta sẽ có một quy trình hoàn toàn không phát thải CO từ khâu sản xuất hydro đến khâu phát 2

điện

Không chỉ có vậy, hydro cũng vô cùng linh hoạt, có thể sử dụng để cấp điện cho mọi thứ từ tàu bè đến phi thuyền, cũng như cao ốc văn phòng, trung tâm giao thông, xe bus và xe hơi Và bởi vì hydro có thể được lưu trữ, nó cũng sẽ được vận chuyển đến những địa điểm cần thiết

2 Thách thức

Bên cạnh các ưu điểm của năng lượng H nêu trên, với đặc tính và yêu cầu 2

của các quá trình sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và sử dụng năng lượng

H2 vẫn còn một số thách thức làm cho dạng năng lượng này mới chỉ được phát triển ở các quốc gia phát triển, các thách thức gồm:

– Với đặc tính nhẹ, dễ bay hơi, do đó H phải được lưu trữ trong các bình 2

khí nén áp suất cao hoặc dưới dạng khí hóa lỏng hoặc hấp phụ trong các loại vật liệu có khả năng hấp phụ Hiện nay các công nghệ và thiết bị thực hiện việc lưu trữ

H2 vẫn còn hạn chế chế công suất và chỉ đáp ứng được quy mô nhỏ

10

– Mặc dù nguồn nguyên liệu để sản xuất H gần như vô tận, quá trình sản 2

xuất H từ quá trình điện phân lại có chi phí khá cao, hiện nay năng lượng H mới 2 2

chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ tại các quốc gia phát triển và hiện các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để giảm giá thành của công nghệ này

– Hiện nay, việc sản xuất H bằng điện phân nước vẫn sử dụng nguồn điện 2

chủ yếu sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu, khí đốt), do đó về bản chất

là năng lượng tái tạo và không gây hại đến môi trường vẫn chưa được giải quyết triệt để, đặc biệt là điện từ năng lượng tái tạo (gió, mặt trời) vẫn có giá thành khá cao so với nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch Theo dự báo, đến năm 2030 thì giá thành sản xuất năng lượng tái tạo sẽ tiếp tục giảm khoảng 30%, khi đó hệ thống sản xuất H từ năng lượng tái tạo sẽ có cơ hội phát triển bùng nổ.2

– Ở điều kiện tự nhiên, H tồn tại rất ngắn, dễ bay hơi và dễ cháy nổ Do 2

đó, việc vận chuyển, lưu trữ và phân phối đến người sử dụng cuối cùng gặp nhiều khó khăn về ngăn rò rỉ và đảm bảo an toàn Hiện nay H chủ yếu được vận chuyển 2

thông qua các đường ống hoặc trên các phương tiện giao thông đường thủy, đường

bộ ở trạng thái hóa lỏng hoặc nén trong các bình chịu áp

3 Xu thế sử dụng năng lương Hydro trên thế giới

Với các ưu điểm và tiềm năng phát triển của năng lượng H đang thu hút 2

được sự quan tâm mạnh mẽ của các Chính phủ và doanh nghiệp như một năng lượng thế hệ mới Hội nghị Bộ trưởng Năng lượng Hydrogen lần thứ 2 tại Tokyo ngày tháng 9/2019 vừa qua đã cho thấy sự tiến bộ của các công nghệ liên quan đến hydrogen tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển Việc Hội nghị thu hút lãnh đạo cấp cao và chuyên gia hàng đầu về năng lượng từ trên 30 quốc gia cho thấy mối quan tâm toàn cầu trong chia sẻ thông tin về các chính sách nhằm tăng cường sử dụng Hydrogen trên toàn cầu Sự quan tâm đến nguồn năng lượng này không chỉ nhằm vào các mục tiêu về an ninh năng lượng, mà còn là sự quan tâm của các nước, các doanh nghiệp đến các mục tiêu về giảm phát thải khí nhà kính, chuyển đổi năng lượng bền vững

Hiện nay, khoảng 90% lượng H đều được sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ và khí 2

thiên nhiên, việc này đồng nghĩa với việc vẫn sẽ phát thải khí CO gây hiệu ứng nhà 2

kính nhà kính và không phải là xu hướng được khuyến khích phát triển Do vậy, việc ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo để điện phân nước sản xuất H là mô 2

hình đã được nghiên cứu, áp dụng thử nghiệm thành công ở nhiều quốc gia Giải pháp này đang tiếp tục được Chính phủ các nước khuyến khích, các nhà khoa học và các doanh nghiệp quan tâm phát triển, hoàn thiện và nâng cao quy mô, công suất và giảm giá thành

11