Nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời tại tỉnh ninh thuận 1

v Mục lục Tựa Quyết định giao đề tài luận văn tốt nghiệp Lý lịch khoa học Xác nhận ca cán bộ hướng dẫn Li cam đoan i Li cm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Abstract iv Mục lục v Danh sách các hình viii Danh sách các bng ix Chương I: Tổng quan 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cu 2 1.3. Nhu cầu năng lượng thế giới 2 1.4. Các kết qu nghiên cu trong và ngoài nước. 4 1.4.1. Kết qu nghiên cu và ng dụng trên thế giới 4 1.4.2. Kết qu nghiên cu và ng dụng ti Việt Nam. 5 1.5. Mục tiêu và giới hn ca đề tài 6 1.6. Phương pháp nghiên cu 6 1.7. Nội dung luận văn 6 Chương II: Cơ sở lý thuyết 8 2.1. Mặt tri, cấu to ca mặt tri 8 2.2. Các phn ng ht nhân trong mặt tri 10 2.2.1. Phn ng tổng hợp ht nhân Hêli 10 2.2.2. Phn ng tổng hợp Cácbon và các nguyên tố khác 11 2.3. Bn chất ca bc x mặt tri. 12 2.3.1. Bc x mặt tri tới bề mặt trái đất - nh hưng ca lớp khí quyển 13 vi 2.3.2. Bc x mặt tri tới bề mặt trái đất - nh hưng ca chuyển động qu đất – mặt tri. 13 2.4. Các thành phần bc x mặt tri tới bộ thu 14 2.5. Công nghệ điện mặt tri 14 2.5.1. Công nghệ nhiệt mặt tri nhiệt độ thấp 14 2.5.2. Công nghệ nhiệt mặt tri nhiệt độ cao 15 2.6. Tuabin hơi nước 16 2.6.1. Sơ lược về tuabin hơi 16 2.6.2. Nguyên lý làm việc ca tuabin hơi 17 2.7. Chu trình Rankine 18 Chương III: Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời 20 3.1. Năng lượng bc x mặt tri 20 3.2. Tổng cưng độ bc x mặt tri lên bề mặt trên Trái đất 24 3.3. Bc x mặt tri truyền qua kính 26 3.4. Đo cưng độ bc x mặt tri. 27 3.5. Các loi gương phn x năng lượng mặt tri 27 Chương IV: Khảo sát, đánh giá lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời 32 4.1. Đánh giá chung về thuận lợi ti tỉnh Ninh Thuận trong việc lắp đặt nhà máy điện mặt tri 32 4.1.1. Gii thích một số thuật ngữ, nội dung và phương pháp tính một số chỉ tiêu thống kê khí hậu. 32 4.1.2. Điều kiện thuận lợi phát triển năng lượng mặt tri ti Ninh Thuận 33 4.2. Lựa chọn vị trí lắp đặt, công suất nhà máy 35 4.2.1. Lựa chọn vị trí lắp đặt 35 4.2.2. Lựa chọn công suất nhà máy 35 4.β.γ.Tính toán lượng hơi cần thiết để cung cấp cho tuabin 36 4.3. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri dùng gương parapol trụ, dầu tổng hợp làm dung môi truyền nhiệt 38 4.3.1. Nguyên lý hot động ca nhà máy 38 vii 4.3.2. Năng lượng hóa hơi một lít nước 39 4.3.3. Thông số, thành phần ca bộ thu 40 4.3.4. Hệ thống dự trữ nhiệt vào ban đêm 42 4.4. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri dùng gương parapol trụ làm bộ thu, hỗn hợp muối nóng chy làm dung môi truyền nhiệt. 44 4.5. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri dùng gương phẳng 47 4.5.1. Nguyên lý hot động 47 4.5.2. Năng lượng mặt tri do bộ thu hấp thụ 47 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài 50 5.1. Kết luận 50 5.1.1. Các kết qu đt được trong đề tài. 50 5.1.2. Các hn chế trong đề tài 50 5.2. Hướng phát triển ca đề tài 50 Tài liệu tham kho 51 Phụ lục 52 viii Danh sách các hình Hình 1.1μ Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm β006 (nguồn IEA, β008) 3 Hình 1.β Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1λ80 và dự báo đến nămβ0γ0 4 Hình 2.1. Bề ngoài ca mặt tri 8 Hình 2.2. Cấu trúc ca mặt tri 9 Hình 2.3 nh hưng chuyển động qu đất lên bc x mặt tri tới trái đất 13 Hình 2.4 Các thành phần bc x mặt tri tới bộ thu 14 Hình 2.5 : Hộp thu năng lượng mặt tri hiệu ng nhà kính 15 Hình 2.6 : Nhà máy nhiệt điện mặt tri sử dụng đĩa parapol 16 Hình 2.7: Nhà máy nhiệt điện mặt tri sử máng parapol 16 Hình β.8μ Sơ đồ nguyên lý làm việc ca tuabin hơi 17 Hình 2.9: Chu trình Rankine 18 Hình 3.1 Dãi bc x điện từ 20 Hình 3.2. Góc nhìn mặt tri 21 Hình γ.γ. Quá trình truyền năng lượng bc x mặt tri qua lớp khí quyển ca trái đất 23 Hình γ.4. Phân bố E0 ca mặt tri 23 Hình γ.5. Sơ đồ phân bố các thành phần bc x khếch tán 25 Hình 3.6. Hiệu ng lồng kính 26 Hình γ.7 aμ Máy đo bc x nhiệt SL β00 27 Hình γ.7 bμ Máy đo bc x nhiệt G-3202-18 27 Hình 3.8. Hệ gương và mặt thu 29 Hình γ.λ. Gương phẳng 30 Hình 3.10. Gương parabol trụ - khai triển và tính toán 31 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý chu trình Rankine 36 Hình 4.β. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt tri sử dụng máng parapol trụ 38 Hình 4.3. Collector parapol trụ 39 Hình 4.4. Lắp đặt các máng parapol trụ 44 Hình 4.5 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt tri sử dụng gương phẳng 47 ix Danh sách các bảng Bng 1.1: Tình hình phát triển điện mặt tri trên thế giới. 5 Bng 4.1. Thống kê số gi nắng các tháng trong năm từ 2008 – 2012 33 Bng 4.2 Thống kê nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm từ 2008 - 2012 33 1. Tổng quan 1 Chương I Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề Sự tăng trưng mnh về kinh tế kéo theo nhu cầu về năng lượng tăng trên toàn cầu nói chung và Việt Nam nói riêng. Các nguồn năng lượng hiện đang khai thác như than đá, khí, dầu là các nguồn năng lượng ch yếu, các nguồn năng lượng này đang dần cn kiệt và đắt đỏ, xu hướng chung ca toàn thế giới trong nhưng năm qua và trong tương lai đang và sẽ tăng cưng khai thác các nguồn năng lượng sch có tiềm năng lớn và dồi dào trong tự nhiên như năng lượng mặt tri, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng gió, biogas Năng lượng mặt tri là năng lượng được to ra từ ánh sáng mặt tri. Nguồn năng lượng này có thể tái to được và gần như vô tận đối với con ngưi, không gây ô nhiễm môi trưng Trong khi các dng năng lượng truyền thống ngày càng cn kiệt và các cuộc khng hong về năng lượng diễn ra ngày càng nặng nề, thì việc nghiên cu nhằm khai thác các nguồn năng lượng có thể tái to đã được chú ý phát triển. Các dng năng lượng tái to đang được nghiên cu phát triển hiện nay là năng lượng mặt tri, năng lượng sinh khối (chất đốt thực vật, khí biogas…), năng lượng gió, năng lượng nước (thuỷ năng),vv Về thực chất, các dng năng lượng tái to đều có xuất x từ năng lượng mặt tri. Đến nay, năng lượng tái to phát triển nhanh nhất thế giới có ng dụng hiệu qu vào đi sống là điện mặt tri với tốc độ tăng trưng bình quân hằng năm là 60% ch yếu  Nhật Bn, Đc và Mỹ. Ti Việt Nam, theo các nhà nghiên cu trên thế giới, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt tri. Cưng độ bc x mặt tri trung bình ngày trong năm  phía Bắc là 3,69KWh/1m 2 và phía Nam là 5,9KWh/1m 2 , số gi gi nắng trong một năm  miền Bắc khong 1.600h và  miền Nam khong β.600h. Điện lưới quốc gia ngày 1. Tổng quan 2 càng quá ti trong việc cung cấp điện kinh doanh và cho sinh hot bình thưng. Thiếu điện dẫn đến cắt điện luân phiên và việc tăng giá điện đã gây nh hưng không nhỏ tới cuộc sống ca ngưi dân nói riêng cũng như hot động sn xuất kinh doanh nói chung. Việc sử dụng nguồn năng lượng mặt tri dồi dào vô tận đang tr thành vấn đề mà ngưi dân và doanh nghiệp đã bắt đầu quan tâm. 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng khô nóng, gió nhiều, bốc hơi mnh, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26-27 0 C. Tỉnh Ninh Thuận có cưng độ chiếu x mặt tri lớn, thi gian chiếu sáng dài và đồng đều nên có điều kiện tiếp nhận hàng năm một lượng bc x mặt tri rất lớn: trên 190 kcal/cm 2 , trong đó tháng ít nhất cũng 14 kcal/cm 2 . Số gi nắng trung bình c năm trong khong 2.600-2.800 h, tổng nhiệt độ trong năm khong 9.500 - 10.0000 o C, phân bố tương đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói hơn λ0% số ngày trong năm có thể sử dụng được năng lượng mặt tri. Số tháng nắng trong nămμ λ tháng/năm (tương đương 200 ngày nắng/năm). Vì vậy, tỉnh Ninh Thuận là một trong những tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt tri lớn, rất thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt tri. Nhiệm vụ chính ca đề tài này là nghiên cu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt tri phù hợp nhất đặt ti tỉnh Ninh Thuận cụ thể là ti huyện Thuận Nam, nhằm đáp ng nhu cầu điện năng cho các hộ dân đang sinh sống trên địa bàn huyện. Trong đề tài này ngưi nghiên cu đã đưa ra ba công nghệ nhà máy điện mặt tri khác nhau, sau đó tính toán, so sánh các số liệu có được để lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. 1.3. Nhu cầu năng lượng thế giới Hầu hết nhu cầu năng lượng ca thế giới được cung cấp bi nhiên liệu hóa thch là dầu, khí đốt tự nhiên và than đá (hình 1.1). Việc cung cấp năng lượng chính trong năm β006 là hơn 80%, trong khi năng lượng tái to vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ. Nguồn tài nguyên hóa thch là hữu hn, phân phối không đồng đều. Việc khai thác, sn 1. Tổng quan 3 xuất, chuyển đổi các dng năng lượng sẽ phát thi chất gây ô nhiễm, to nên hiệu ng nhà kính, tác động thay đổi khí hậu toàn cầu. Gii quyết vấn đề tính bền vững và hữu ích. Năm 1λ87 báo cáo Brundtland Uỷ ban Môi trưng thế giới và Phát triển, gọi là “ tương lai ca chúng ta”, cnh báo thế giới tính cấp bách về việc cần phi phát triển kinh tế đồng thi duy trì, không làm cn kiệt tài nguyên thiên nhiên hoặc thiệt hi môi trưng. Báo cáo cung cấp một tuyên bố quan trọng về phát triển bền vững, xác định "phát triển đáp ng nhu cầu ca hiện ti không nh hưng đến kh năng ca các thế hệ tương lai”, Để đáp ng nhu cầu đó, hệ thống năng lượng hiện nay không bền vững. Chúng đã góp phần phát triển xã hội sau cuộc cách mng công nghiệp và chịu trách nhiệm về các tiêu chuẩn sống hiện nay. Điều đó sẽ gây ra suy gim trong một vài thế kỷ tới, các nguồn tài nguyên quý giá được hình thành từ vài triệu năm trước. Nhu cầu năng lượng trên thế giới ngày càng tăng cao (hình 1.β), các nguồn tài nguyên sẽ ngày càng cn kiệt, do đó con ngưi phi tìm ra các nguồn năng lượng mới, phát triển bền vững, một trong các nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt tri. Hình 1.1: Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm 2006 (nguồn IEA, 2008) 34.4% 26.0% 20.5% 10.1% 6.2% 2.2% 0.6% Dầu FO Than đá Khí đốt Biomass và rác thi Ht nhân Thy điện nhiên liệu khác 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 1. Tổng quan 4 Hình 1.2 Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1980 và dự báo đến năm2030 (nguồn IEA, 2008) 1.4. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. 1.4.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới Điện mặt tri được các nhà khoa học đề cập vào những năm đầu thập kỷ 70. Trong quá kh và hiện nay sử dụng năng lượng điện mặt tri cho truyền thông vệ tinh, cho khu dân cư và ti là công nghiệp.  Mỹ, Nhật và một số nước Châu Âu nhưμ Đc, Pháp…vv đã có nhiều nghiên cu cũng như xây dựng, đưa vào hot động các nhà máy điện năng lượng mặt tri với những công nghệ khác nhau. Công viên mặt tri Okhotnikovo, to lc trên bán đo Crimea, miền nam Ukraine, là nhà máy điện mặt tri lớn nhất ti trung và đông Âu, sn xuất đ điện để cung cấp cho khong 20.000 hộ gia đình. Nhà máy điện mặt tri Okhotnikovo rộng 160 héc-ta và bao gồm 560.000 tấm thu năng lượng mặt tri. Nhà máy, với công suất 80 MWp, đã hoàn thành giai đon 1 và 2 hồi tháng 7/2011 và 3 và 4 hồi tháng 10. Nhà máy điện mặt tri Okhotnikovo được xem là dự án xanh hàng đầu ca Ukraine. Việc nhà máy Okhotnykovo đi vào hot động sẽ giúp gim 80.000 tấn khí thi các-bon ca Ukraine mỗi năm. 283 309 347 366 421 510 563 613 665 722 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Năm 1980 Năm 1985 Năm 1990 Năm 1995 Năm 2003 Năm 2010 Năm 2015 Năm 2020 Năm 2025 Năm 2030 Q. Btu 1. Tổng quan 5 Để nắm rõ hơn về tình hình nghiên cu, ng dụng năng lượng mặt tri trên thế giới ta có thể kho sát các số liệu dưới đây Bảng 1.1: Tình hình phát triển điện mặt tri trên thế giới. Thông số thống kê Công suất lắp đặt Lắp đặt mới năm β010, toàn thế giới 16.6 GW Tổng lắp đặt tính đến cuối năm β010 39.5 GW Điện năng sn xuất từ pin mặt tri năm β010 toàn thế giới 47000 GWh Lượng phát điện ròng  Đc năm β00λ 617000 GWh Sn lượng điện thương mi Việt Nam 2010 86000 GWh (Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver) 1.4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam. Về vấn đề này hiện nay  Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước đây thì nhà nước chưa quan tâm nhưng 5 năm tr li đây thì có chuyển biến khá mnh mẽ. Từ đó có chính sách hổ trợ nghiên cu và đầu tư cho nguồn này. Cũng do thiếu điện nên nay là cơ hội cho năng lượng tái to phát triển. Đầu tư cũng khá lớn như vay tiền ngân hàng thế giới, dự án ODA Phần Lan cung cấp điện mặt tri cho khong 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa. Việc hợp tác với các Tổ chc Phi chính ph trong lĩnh vực này cũng nhiều. Hiện nay ti trung tâm Năng Lượng Mới thuộc Đi học Bách khoa Hà Nội có nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chc trên thì trung tâm này còn thưng xuyên nghiên cu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái to ti hơn γ0 tỉnh thành trên c nước chưa có điện lưới quốc gia nhưμ Tỉnh Bắc Giang, Bình Định, Qung Trị vv. [...]... giá tiềm năng năng lượng mặt tr i t i tỉnh Ninh Thuận, nghiên c u công nghệ nhiệt điện năng lượng mặt tr i phù hợp áp dụng t i tỉnh Ninh Thuận Trong đó mục tiêu cụ thể là xác định công nghệ, tính toán công suất lắp đặt, xác định phương án lắp đặt nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tr i t i huyện Thuận Nam tỉnh Ninh Thuận Giới h n c a đề tài là chỉ mới kh o sát, tính toán được công suất cho nhà máy t i... a mặt nền Hình 2.4 Các thành phần bức x mặt trời tới bộ thu 2.5 Công nghệ điện mặt trời Công nghệ điện mặt tr i bao gồm công nghệ quang điện và công nghệ nhiệt điện mặt tr i, nhưng trong ph m vi c a đề tài, tác gi đang nghiên c u và ng dụng công nghệ nhiệt điện mặt tr i nên chỉ trình bày lý thuyết tổng quan về công nghệ này Công nghệ nhiệt mặt tr i biến đổi năng lượng b c x mặt tr i thành nhiệt năng. .. lý thuyết mặt tr i, b c x mặt tr i, tua bin hơi nước Chương 3 Bức x mặt trời và bộ thu bức x mặt trời 6 1 Tổng quan Chương này trình bày các tính chất, phương pháp xác định b c x năng lượng mặt tr i Các bộ thu năng lượng mặt tr i Chương 4 Kh o sát đánh giá, lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời Chương này trình bày những điều kiện thuận lợi tỉnh Ninh Thuận để xây dựng nhà máy nhiệt điện mặt tr i... xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời EAS = 0 Và 0,8 .10 −6 0,4 .10 −6 đ t cực trị t i 0 = 0 = 0,5 0 = 2,98 10 −3 / , 0 0 ∞ 0 0 (3.4) = 0,5 = 8,3 10 13 = �0 = 0,5 0 / 3 Cư ng độ b c x toàn phần làμ 0 4 0 =� = 6,25 10 7 Công suất b c x toàn phần mặt tr iμ 0 = 0 2 �0 4 0 / 2 = 3,8 10 26 Công suất này bằng 4 .10 3 lần tổng công suất điện toàn thế giới hiện nay, vào kho ng P= 10 13 W Tổng cường độ bức xạ mặt trời. .. 2.5 .1 Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp Công nghệ mặt tr i nhiệt độ thấp dựa trên hiện tượng hiệu ng nhà kính Kính dùng trong hiệu ng nhà kính có tính chất sau: 14 2 Cơ sở lý thuyết - Cho ánh sáng có bước sóng < 0,8 m qua dễ dàng, ngăn không cho ánh sáng có > 0,8 m - Kho ng hơn 70% năng lượng mặt tr i tập trung vùng phổ < 0,8 m  Hộp thu năng lượng mặt trời hiệu ứng nhà kính Hình 2.5 : Hộp thu năng. .. đặt, các công nghệ nhà máy nhiệt điện mặt tr i khác nhau ng với mỗi công nghệ có sự so sánh và lựa chọn công nghệ phù hợp nhất Chương 5 Kết luận và hướng phát triển của đề tài Chương này trình bày các kết qu đ t được trong luận văn, các mặt h n chế và hướng phát triển c a đề tài 7 2 Cơ sở lý thuyết Chương II Cơ sở lý thuyết 2 .1 Mặt trời, cấu tạo của mặt trời Hình 2 .1 Bề ngoài của mặt trời Mặt tr i... nước không chịu nén (thể tích ít thay đổi) 19 3 Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời Chương III Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời 3 .1 Năng lượng bức xạ mặt trời Tất c các d ng c a b c x điện từ đều có b n chất sóng và chúng khác nhau sóng B c x bước là sóng ngắn nhất trong các sóng đó (hình 3 .1) , từ tâm mặt tr i đi ra do sự va ch m hoặc tán x mà năng lượng c a chúng gi m đi và bây gi chúng... khí, khiến mặt tr i phát ra ánh sáng và b c x , và n ra cho đến khi cân bằng với lực hấp dẫn Mỗi giây mặt tr i tiêu h y hơn 420 triệu tấn hydro, gi m khối lượng ∆m = 4,β triệu tấn và phát ra năng lượng Q = 3,8 .10 26 W Để đơn gi n ta có thể hình dung như sauμ - Ta có 1g proton H1 tham gia ph n ng t o ra một lượng năng lượng là 6.3 .10 11 J - Công suất b c x mặt tr i: 3,865 .10 26 J/s, gần bằng năng lượng đốt... chưa tính toán được chi phí s n xuất 1. 6 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên c u được sử dụng trong luận văn bao gồm: - Kh o sát, phân tích tổng hợp - Sử dụng các phương pháp thống kê để nghiên c u và phân tích dữ liệu - Nghiên c u, đánh giá, so sánh các công nghệ xây dựng nhà máy điện mặt tr i, sau đó chọn lựa công nghệ phù hợp nhất đối với địa phương nghiên c u 1. 7 Nội dung luận văn Phần còn l... nguyên tố nặng hơn không có độ hụt khối lượng, không phát sinh năng lượng, mà cần ph i cấp thêm năng lượng 2.3 Bản chất của bức xạ mặt trời Sóng điện từ, có phổ bước sóng rất rộng, = (10 -10 ÷ >10 14) m (tia vũ trụ đến sóng vô tuyến điện) Năng lượng b c x mặt tr i tập trung ch yếu trong vùng phổ từ 0,β đến γ m, chiếm kho ng 80% năng lượng b c x mặt tr i Mắt ngư i nhận được vùng sóng có = (0.4 ÷ 0.78) m , . cho việc xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt tri. Nhiệm vụ chính ca đề tài này là nghiên cu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt tri phù hợp nhất đặt ti tỉnh Ninh Thuận cụ. Khảo sát, đánh giá lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời 32 4 .1. Đánh giá chung về thuận lợi ti tỉnh Ninh Thuận trong việc lắp đặt nhà máy điện mặt tri 32 4 .1. 1. Gii thích một số thuật. x mặt tri tới bộ thu 14 2.5. Công nghệ điện mặt tri 14 2.5 .1. Công nghệ nhiệt mặt tri nhiệt độ thấp 14 2.5.2. Công nghệ nhiệt mặt tri nhiệt độ cao 15 2.6. Tuabin hơi nước 16 2.6 .1.