tiểu luận sản xuất năng lượng điện

Nhà máy điện ở Almeria, Tây Ban Nha Trước khi thành công trên thị trường, kỹ thuật sử dụng trong nhà máy với bình chứa không khí không có áp suất được phát triển lần đầu tại Đức đã được

TIỂU LUẬN SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

3 1 Mô hình nhà máy điện mặt trời

Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện mặt trời :

3.2 Các loại nhà máy điện mặt trời :

http://truyentaidien.blogspot.com/2012/12/khi-chung-ta-nghi-ve-cac-nha-may-ien.html

1 Parabolic trough power plants : nhà máy điện dạng hình máng parabol

Trong nhà máy điện dạng hình máng parabol có rất nhiều tấm gương dạng hình máng tập trung ánh sáng vào một điểm trọng tâm Các bộ thu ánh sáng được đặt thẳng đứng cạnh nhau theo hàng với chiều dài hàng trăm mét Nhiều hàng lại được

đặt song song để hình thành nên toàn bộ vùng thu ánh sáng mặt trời

Các bộ thu ánh sáng đơn lẻ có thể quay theo chiều dọc trục để theo sát sự di

chuyển của mặt trời Các tấm gương này tập trung ánh sáng lên gấp khoảng 80 lần tại điểm trung tâm là những ống hấp thụ Những ống này được bao bọc bởi một lớp kính để hạn chế mất mát về nhiệt xảy ra Một lớp vỏ bọc được chọn lựa

đặc biệt bao ngoài các ống hấp thụ để ngăn cản nhiệt tỏa ra ngoài qua bề mặt các ống Với các hệ thống truyền thống, một loại dầu giữ nhiệt đặc biệt sẽ chảy trong

các ống đó, và với tác động của ánh sáng nhiệt độ sẽ lên đến 400 độ C Lượng nhiệt này sẽ được vận chuyển qua các bộ trao đổi nhiệt nơi tạo hơi quá nhiệt để sử dụng cho chu trình hơi nước Hơi nước quay tuabin và chạy máy phát, tạo ra điện

Sau khi qua các tầng của tuabin nó được ngưng đọng lại thành nước và thông qua bơm được đưa trở lại vòng lặp Nguyên lý sản xuất ra điện sử dụng hơi nước gọi là chu trình Clausius-Rankin Quá trình này được sử dụng trong các nhà máy điện hơi nước cổ điển như các nhà máy nhiệt điện

Nguyên lý hoạt động

Trong lúc thời tiết xấu hay vào ban đêm một buồng đốt có thể được sử dụng

song song để vận hành chu trình hơi nước Điều này ngược lại với hệ thống quang điện, bởi nó đảm bảo công suất đầu ra suốt cả ngày, đồng thời nó cũng tăng sự hấp dẫn và sự đảm bảo trong việc lập kế hoạch cung cấp điện cho cộng đồng Về mặt phát thải cacbon, sinh học hoặc năng lượng mới (cái tạo ra hydro) có thể được sử dụng giống như một nguồn nguyên liệu bổ trợ hoặc các buồng đốt bằng nhiên liệu

hóa thạch sẽ được giới hạn hoàn toàn Một giải pháp khác được đưa ra là sử dụng các bồn nhiệt Hệ thống mặt trời sẽ hâm nóng các bồn nhiệt vào ban ngày

khi lượng nhiệt từ mặt trời là dồi dào Vào ban đêm hay khi thời tiết xấu các bồn chứa nhiệt này sẽ giúp vận hành chu trình hơi nước Các bồn nhiệt phải được thiết

kế chịu được nhiệt độ lên tới 300 độ C Các muối nóng chảy được sử dụng làm môi chất giữ nhiệt trong bồn

Nhà máy điện đảm bảo cung cấp điện cả ngày với sự hỗ trợ của bồn nhiệt

Sự phát triển của loại nhà máy này bắt đầu từ năm 1906 Tại Mỹ và nhiều vùng ở Cairo (Ai cập dưới thời kỳ cai trị của người Anh) các nghiên cứu ứng dụng đã được thực hiện và bước đầu đã thành công Nói chúng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng hầu như không đổi cho đến ngày hôm nay Mặc dù vậy, các vấn đề

có liên quan đến vật liệu và các vấn đề kỹ thuật khác đã kết thúc nỗ lực đầu tiên về loại máy phát với công suất lớn vào năm 1914, trước chiến tranh thế giới thứ nhất Ngày nay Mỹ và một số nước châu Âu đã đưa ra nhiều chính sách hỗ trợ để phát triển loại hình nhà máy này Một số nhà máy lớn được xây dựng tại Nevada (Mỹ), Guadix (Tây Ban Nha) Sự phát triển của công nghệ cũng giúp tăng hiệu suất và giảm giá thành Một sự lựa chọn mới là hóa hơi trực tiếp nước bằng ánh sáng mặt trời Với loại mới này, nước sẽ được bay hơi dưới áp suất cao, ở nhiệt độ khoảng

500 độ C trước khi được dẫn vào tuabin

2 Solar tower power plant

Với nhà máy điện tháp mặt trời, hàng trăm hay thậm chí hàng nghìn các tấm gương được lắp đặt xung quanh một tháp Được gọi là các kính định nhật, những tấm gương này được điều khiển riêng biệt bởi máy tính để dõi theo sự di chuyển

của mặt trời đồng thời hướng đến đỉnh tháp Chúng phải được hướng với độ chính xác vài phần trăm của một độ để có thể phản chiếu ánh sáng đến điểm trung tâm (tâm điểm) Một bình chứa sẽ được đặt ở đó với thiết bị thu, cái mà dưới tác dụng của ánh sáng tập trung sẽ được nung nóng lên đến nhiệt độ trên 1000 độ C Không khí hay các muối nóng chảy vận chuyển nhiệt Tuabin khí hay hơi sẽ điều khiển máy phát để biến đổi nhiệt thành năng lượng điện Có hai loại nhà máy điện tháp, loại bình chứa thể tích không áp suất và loại bình chứa có áp suất Với loại bình chứa thể tích không áp suất, không khí từ môi trường sẽ được chuyển đến bình chứa (nơi nhận các tia sáng phản xạ từ các tấm gương) bởi một quạt gió Bình chứa

được nung nóng bởi các tia bức xạ mặt trời và chuyển nhiệt độ đó qua cho không khí xung quanh (ở trong bình chứa) Không khí trước khi vào bình chứa có nhiệt

độ thấp Nhiệt độ cao chỉ đạt được trong bình chứa Loại nhà máy này giảm mất mát nhiệt do phát xạ Không khí được tăng nhiệt độ lên từ 650 độ C đến 850 độ C, trước khi đưa vào lò hơi để làm bay hơi nước, điều khiển chu trình hơi trong tuabin Trong trường hợp đòi hỏi, có thể nó sẽ được kết hợp với các loại nhà máy điện khác

Loại bình chứa không áp suất

Loại thứ hai là nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa có áp suất Loại này đang cho thấy nhiều tương lai hứa hẹn ánh sáng được tập trung để đốt nóng không khí trong bình chứa có áp suất khoảng 15 bar và nhiệt độ lên tới 1100 độ C Không khí nóng được sử dụng để chạy tuabin Không khí nóng sau khi được sử dụng một lần

ở tuabin lại được tái sử dụng để tạo hơi nóng cho một chu trình khác Với loại nhà máy này, hiệu suất sẽ tăng từ 35% đến 50%

Nhà máy điện với bình chứa áp suất

Trái với nhà máy điện hình máng parabol, chúng ta hiện không có nhiều kinh nghiệm về loại nhà máy này trên thị trường Mặc dù vậy, mọi nghiên cứu ứng dụng

để tối ưu hóa các thành phần cấu tạo hay kiểm tra chúng hiện đã được tiến hành ở Almeria (Tây Ban Nha), Daggett (Mỹ), và Rehovot (Israel) Nhà máy điện tháp

đầu tiên được xây dựng có công suất 11 MW ở Seville, Tây Ban Nha năm 2006

Mặc dù vậy, thay vì đốt nóng không khí thì bình chứa của nhà máy này lại làm bay hơi nước Do nhiệt độ thấp, hiệu suất của nó tương đối thấp Năm 2006 người ta cũng khởi động việc xây dựng một nhà máy có công suất 20 MW gần Seville cũng như các nhà máy khác trong giai đoạn thiết kế

Nhà máy điện ở Almeria, Tây Ban Nha

Trước khi thành công trên thị trường, kỹ thuật sử dụng trong nhà máy với bình chứa không khí (không có áp suất) được phát triển lần đầu tại Đức đã được chứng minh là phù hợp với ứng dụng thực tiễn Hiện nó đã được kiểm tra tại nhà máy mới xây dựng tại Julich, Đức, tuy nhiên nó chỉ có công suất khoảng 1,5 MW Mục tiêu của chính phủ Đức với loại nhà máy này chỉ là xuất khẩu công nghệ cho các nước

ở vùng có nhiều nắng nóng trên thế giới

3 Dish-Stirling power plants (Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling)

http://truyentaidien.blogspot.com/2012/12/gioi-thieu-cac-nha-may-ien-mat-troi.html

Trong khi nhà máy điện hình máng và tháp vẫn chỉ kinh tế khi được sử dụng với những ứng dụng cỡ vài MW, thì nhà máy điện mặt trời với tên gọi hệ thống đĩa-động cơ Stirling có thể được sử dụng cho nhu cầu nhỏ hơn – ví dụ, để cung cấp điện cho các khu dân cư hay các ngôi làng ở vùng xa xôi hẻo lánh Với hệ thống này một gương cầu lõm với kích cỡ lớn sẽ tập trung ánh sáng vào một điểm tập

trung, gọi là tâm điểm Để chắc rằng ánh sáng được tập trung đủ mạnh, gương này

sẽ được điều khiển dựa trên nhiều trục quay để có thể dõi theo một cách chính xác

sự di chuyển của mặt trời

Một bộ nhận sẽ được cài đặt ở tâm điểm Bộ nhận này sẽ truyền nhiệt vào tâm của hệ thống: động cơ Stirling Động cơ này sẽ chuyển hóa nhiệt thành động năng và chạy máy phát, tạo ra điện

Một động cơ Stirling có thể được điều khiển không chỉ bởi nhiệt của mặt trời mà còn nhiệt sinh ra bởi quá trình đốt nóng Khi được kết hợp với các buồng đốt sinh học, những nhà máy này có thể sản xuất ra điện vào buổi tối hay trong điều kiện thời tiết xấu Và sự sử dụng khí sinh học cũng tạo ra các phân tử cacbon

Nhà máy đầu tiên loại này đã được xây dựng tại Ả rập Sau đi, Mỹ hay Tây Ban Nha (hình vẽ) So với nhà máy điện máng và tháp, thì giá cho mỗi số điện loại này tương đối cao Giá thành sẽ giảm đi tương đối nếu được lắp đặt với yêu cầu công suất lớn

Nhà máy 10 kW ở Almeria Tây Ban Nha

4 Solar chimney power plants (Nhà máy điện mặt trời có ống khói)

Có một sự khác biệt lớn giữa nhà máy điện có ống khói với những nhà máy điện đã

nói đến ở trên Trong khi nhà máy điện nhiệt mặt trời hoạt động dựa trên việc tập trung ánh sáng thì nhà máy điện có ống khói lại dựa trên nhiệt độ của không khí Nhưng khu thu thập được xây dựng bởi diện tích mặt phẳng lớn cái được bao phủ bởi một mái bằng kính hay nhựa Một ống khói cao sẽ được đặt ở giữa khu vực đó, và những mái hấp thụ đặt vuông góc với ống khói Không khí có thể di chuyển tự do dưới mái khổng lồ Mặt trời làm ấm không khí dưới mái kính Không khí này tiếp đến sẽ di chuyển lên phía trên, chạy qua những phần dốc của mái và cuối cùng có tốc độ rất nhanh chảy qua ống khói Dòng không khí di chuyển sẽ điều khiển tua bin gió, cái điều khiển máy phát

tạo ra điện Mặt đất dưới những mái kính có thể dự trữ nhiệt nên nhà máy điện

này vẫn có thể tạo ta điện thậm chí sao khi mặt trời đã lặn Nếu những ống nước được đặt ở dưới đất, sẽ trữ đủ nhiệt để có thể giúp nhà máy cung cấp đủ điện trong tất cả các giờ Đầu thập niên 80, một nhà máy điện nhỏ loại này với công suất định mức khoảng 50 kW đã được xây dựng gần Manzanares Tây Ban Nha Mái thu nhận của nhà máy này có đường kính trung bình là 122 mét và chiều cao trung bình là 1,85 mét Ống khói cao 195 m và đường kính là 5 mét Nhà máy điện này

bị phá hủy vào năm 1988 sau khi một trận bão đã quật đổ ống khói Mặc dù vậy, tất cả những bài kiểm tra lên kế hoạch đã được hoàn tất và những nhà máy điện nghiên cứu sẽ được trông đợi Đó là thành công đầu tiên của loại nhà máy này Bởi hiệu suất của nhà máy điện ống khói khi so sánh với các kỹ thuật khác vẫn rất thấp, những nhà máy này đòi hỏi một diện tích đất đai lớn Hơn nữa, hiệu suất tăng lên

tỷ lệ thuận với chiều cao của tháp Do vậy, để kinh tế, nhà máy điện này phải có một kích cỡ nhỏ Ví dụ, những dự án nhà máy mới hiện đang được thảo luận ở Úc Một nhà máy điện với công suất khoảng 200 MW với chiều cao tháp 1000 m, đường kính 180 m và đường kính của khu vực thu ánh sáng bằng 6000 m Sẽ rất khó khăn để phỏng đoán liệu việc xây dựng nhà máy điện với cống suất lớn có được lợi về kinh tế hay không Nhưng dựa vào tầm nhìn dài hạn, nhà máy điện ống khói ở những vùng sa mạc trên thế giới có tiềm năng để tạo ra sự cạnh tranh về kinh tế với những nhà máy điện truyền thống khác

Điện mặt trời theo quy mô lớn

5 Concentring Photovoltaic power plants (Nhà máy điện mặt trời sử dụng pin quangđiện)

Pin quang điện có thể hoạt động bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời Điểm chính

ở đây là sự tập trung này có thể tiết kiệm được vật liệu làm pin mặt trời một cách

đáng giá Nếu mặt trời được tập trung khoảng 500 lần, kích cỡ của pin mặt trời có thể sẽ giảm đi 500 lần Giá thành của pin mặt trời do đó sẽ không còn là vấn đề cần quan tâm nữa Điều đó có nghĩa rằng vật liệu, cái thường khá đắt nếu không có sự tập trung năng lượng mặt trời sẽ có thể được sử dụng Các pin tập trung thường có hiệu suất cao hơn những cấu trúc pin truyền thống

Các tấm pin mặt trời hứng nắng

Có nhiều cách để tập trung: pin tập trung có thể được lắp đặt tại tâm điểm của máng hình parabol hay gương cầu lõm Một trong những vấn đề chính là hiệu suất làm lạnh, bởi đối năng lượng điện của pin mặt trời, một lượng nhiệt hao phí lớn sẽ được tạo ra Một kỹ thuật khác có thể được sử dụng Những thấu kính Fresnel tập trung ánh sáng vào pin tập trung, cái chỉ có cỡ vài mili mét Một tấm tấm đồng phía sau tấm pin sẽ tích tụ về phía sau Một cấu trúc tập trung bao gồm nhiều pin song song Nhiều cấu trúc tiếp đến sẽ được lắp đặt cùng nhau ở thiết bị theo dõi để hướng cấu trúc một cách tối ưu nhất về phía mặt trời

3.3 CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI LỚN TRÊN THẾ GIỚI :

1.Nhà máy điện Shams 1: nang-luong-tai-tao/nha-may-dien-mat-troi-lon-nhat-the-gioi-chinh-thuc-van- hanh.html

http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-( sử dụng máng parabol)

Các Tiểu vương quốc Arập thống nhất (UAE) ngày 17/3 đã chính thức vận hành nhà máy năng lượng Mặt Trời lớn nhất thế giới, có tên Shams 1

Trong buổi lễ khánh thành, Chủ tịch Tập đoàn Masdar của UAE, ông Sultan

al-Jaber cho biết với tổng kinh phí 600 triệu USD, nhà máy có thể cung cấp điện cho 20.000 hộ gia đình

Theo ông Santiago Seage, Giám đốc điều hành Công ty Abengoa Solar - một trong

các đối tác tham gia dự án này, nhà máy Shams 1 có công suất 100 MW và hiện

là nhà máy lớn nhất thế giới sử dụng năng lượng Mặt Trời làm nhiên liệu để sản xuất điện

Nhà máy còn được ví như một "công viên Mặt Trời" bao gồm một hệ thống các tấm gương parabol lớn được lắp đặt trên một diện tích khổng lồ bằng 285 sân bóng

Mặc dù là quốc gia có trữ lượng dầu mỏ rất lớn, UAE vẫn đặt mục tiêu đến năm

2020, năng lượng tái tạo sẽ cung cấp 7% nhu cầu đi ện năng của nước này

Tham gia dự án này, ngoài Tập đoàn Masdar (sở hữu 60% cổ phần), còn có Tập

đoàn Total của Pháp (20%) và Công ty Abengoa Solar của Tây Ban Nha (chiếm

20% còn lại)

Hiện nay, các nhà máy năng lƣợng Mặt Trời trên thế giới chủ yếu sử dụng công

nghệ quang điện để sản xuất điện

Với công suất 100 MW, nhà máy Shams 1 chiếm 10% tổng sản lƣợng điện từ năng lƣợng Mặt Trời của thế giới

2 Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo: (sử dụng các tấm quang điện )

http://dantri.com.vn/the-gioi/tham-nha-may-dien-mat-troi-hang-dau-chau-au-540887.htm

Công viên mặt trời Okhotnikovo, toạ lạc trên bán đảo Crimea, miền nam Ukraine,

là nhà máy điện mặt trời lớn nhất tại trung và đông Âu, sản xuất đủ điện để

cung cấp cho khoảng 20.000 hộ gia đình

Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo rộng 160 héc-ta và bao gồm 560.000 tấm thu năng lƣợng mặt trời

Nhà máy, với công suất 80 MW, đã hoàn thành giai đoạn 1

và 2 hồi tháng 7/2011 và giai đoạn 3 và 4 hồi tháng 10

Đây là là nhà máy điện mặt trời lớn nhất tại trung và đông Âu,

Nhà máy đã bắt đầu hoạt động và cung cấp đủ điện năng cho khoảng 20.000 hộ gia đình tại các ngôi làng lân cận

Công viên mặt trời Okhotnikovo đƣợc mặt trời chiếu sáng quanh năm, đảm bảo cho nhà máy hoạt động ổn định

Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo được xem

là dự án xanh hàng đầu của Ukraine

Các nhà máy năng lượng mặt trời hoàn toàn an toàn và là phương thức sản xuất điện thân thiện với môi trường

Các tấm thu năng lượng mặt trời rất dễ lắp đặt, vận hành,

an toàn, không tạo ra tiếng ồn và không ảnh hưởng đến môi trường

Việc nhà máy Okhotnykovo đi vào hoạt động sẽ giúp giảm 80.000 tấn khí thải các-bon của Ukraine mỗi năm

Ukraine đã đặt mục tiêu đưa năng lượng thay thế chiếm 30% thị trường năng lượng của nước này trước năm 2015

4 ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH TOÁN CÁC TẤM PIN MẶT TRỜI:

4.1 CÁC THUẬT NGỮ:

_Trong thuật ngữ tiếng Anh, Pin mặt trời được gọi là Solar Cell Còn các Tấm Pin mặt trời thì gọi là Solar Panels Mảng Pin Mặt Trời thì gọi là Array Solar Panels