GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG tái tạo

GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Mục lục Bài mở đầu: Tổng quan NLTT Chương 1: Năng Lượng Mặt Trời 1.1 Mặt trởi xạ mặt trời 1.2 Pin mặt trời 1.3 Sử dụng nhiệt mặt trời 1.4 Năng lượng tái tạo Việt Nam Chương 2: Năng Lương Gió 2.1 Gió tài nguyên gió 2.2 Ứng dụng lượng gió 2.3 Cấu tạo tua bin điện gió 2.4 Tính toán tua bin điện gió 2.5 Nhà máy điện gió 2.6 Năng lượng gió Việt Nam 2.7 Ảnh hưởng điện gió đến môi trường Chương 3: Năng Lương Sinh Khối 3.1 Sinh khối 3.2 Các nguồn sinh khối 3.3 Sử dụng lượng sinh khối truyền thống sản xuất điện nhiệt 3.4 Sử dụng sinh khối để sản xuất nhiên liệu sinh học 3.5 Năng lượng sinh khối Việt nam 3.6 Các tác động môi trường 3.7 Giá thành sản xuất Chương 4: Năng Lương Địa Nhiệt 4.1 Các nguồn lượng địa nhiệt 4.2 Sử dụng nguồn lượng địa nhiệt sản xuất Điện 4.3 Nguồn lượng địa nhiệt tầng nông 4.4 Năng lượng địa nhiệt Việt Nam 4.5 Ảnh hưởng môi trường 4.6 Giá thành sản xuất Chương 5: Năng Lương Nước 5.1Thủy điện Trang 11 27 51 52 59 64 68 84 96 106 116 118 120 127 131 140 144 146 148 156 163 168 169 171 175 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 5.2 Năng lượng sóng biển 5.3 Năng lượng thủy triều 54.Tiềm năng lượng biển Việt Nam Chương : Hydro Tích trữ Năng Lương Tái Tạo 6.1 Các phương pháp tích trử lượng tái tạo 6.2 Hydro chất mang lượng đặc biệt 6.3 Tích trử, cung cấp vận chuyển hydro 6.4 Sản xuất hydro từ nước NLTT 6.5 Thiết bị công nghệ sản xuất hydro 6.6 Một số ứng dụng sản xuất điện hydro 6.7 Triễn vọng sản xuất hydro NLTT 6.8 Các dạng trích trử lượng khác 178 183 199 199 201 202 203 204 211 211 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO BÀI MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.Khái niệm lượng tái tạo (NLTT) Tổng tiêu thụ lượng người giới (tính tổng cộng tất loại lượng dầu hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghìn tỷ Watt Trong số 15 nghìn tỷ Watt công suất lượng mà người dùng, có đến 37% từ dầu hỏa, 25% than đá, 23% khí đốt (tổng cộng ba thứ đến 85%), nguồn lượng cạn kiệt nhanh chóng không phục hồi lại Với tốc độ khai thác tại, nguồn lượng hóa thạch gần hết kỷ 21 Tương lai lượng giới nằm nguồn này, mà phải nằm nguồn lượng tái tạo (renewable energy) Với phân tích cho thấy lượng tái tạo nguồn lượng có tiềm phát triển to lớn, đảm bảo cho ổn định cung ứng cho nhu cầu, cho phát triển bền vửng, không phá hoại môi trường không gây việc biến đổi khí hậu Khai thác nguồn lượng tái tạo giải pháp cứu cánh cho thách thức khủng hoảng lượng biến đổi khí hậu Năng lượng tái tạo hay lượng tái sinh:là lượng thu từ nguồn liên tục xem vô hạn Các nguồn lượng tái tạo ý bao gồm: -Năng lượng mặt trời: nguồn lượng xạ mặt trời chiếu đến mặt đất, thu lại chuyển hóa dạng nhiệt hay điện -Năng lượng gió: lượng gió thổi khí mà người ta chuyển háo thành năng, điện nhờ vào tua-bin gió; -Năng lượng sinh khối: lượng thu từ việc đốt cháy vật thể sống ,các chất thải nông nghiệp, phế thải chưn nuôi, rác thải sinh hoạt, rác thải đô thị…Ngoài việc đốt người ta chuyển hóa chúng thành nhiên liệu khí, lỏng để thay phần nhiên liệu hóa thạch -Năng lượng địa nhiệt: lượng có từ việc khai thác chuyển hóa các vùng có nhiệt độ cao địa tầng lòng đất Nhiệt lượng kết phản ứng hạt nhân xẩy thường xuyên lòng trái đất GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO -Năng lượng nước: lượng chuyển hóa từ động chuyển động nước thành điện Năng lượng nước gồm có : Năng lượng nước sông, chuyển hóa dựa vào nước dự trữ hồ chứa nước chảy qua tua-bin ,thế nước tạo động năng, điện Năng lượng nước đại dương: lượng sóng biển, thủy triều, hải lưu chuyển hóa thành điện nhờ hệ thống thu chuyển hóa lượng Đặc điểm chung nguồn NLTT a) Tính ổn định, bền vững Nguồn lượng hóa thạch phân bố không đều, số vùng có nhiều dầu khí Trung đông, nước Ả rập… nhiều nước nguồn lượng Năng lượng tái tạo mặt trời, gió có mặt khắp trái đất Khi đất tồn nguồn lượng tái tạo tồn Do tạo ổn định lượng cho người đồng khắp trái đất b) Tính không gây ô nhiễm môi trường Trong loại lượng tái tạo, có lượng sinh khối có phát thải khí CO2, nhiên nguồn nhiên liệu sinh học có gốc từ thực vật, nên trình phát triển sử dung khí CO2 khí để quang hợp, coi có cân CO2 bổ sung CO2 vào bầu khí c) Tích trữ, chuyển hóa Ngoài lượng địa nhiệt dang lượng tái tạo lại có tính không phân tán, cần thiết phải có tích trữ để đảm bảo sử dụng có hiệu vào sản xuất đời sống d) Giá thành Ngoài lượng nước sông lượng sinh khối dạng lượng tái tạo khác không tiền mua có tính phân tán cao, việc tập trung chuyển hóa đòi hỏi phải có đầu tư cao kinh phí, công nghệ, vật liệu, thiết bị thu gom chuyển hóa Do giá thành đầu tư giá thành sản phẩm cao Phát triển nguồn NLTT: xu tất yếu kỷ 21 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Hình 0.1: Mô hình mạng điện kỹ 21 a) Dự báo Đối với giới: Hiện thị phần lượng tái tạo tăng lên đáng kể, dự báo đến năm 2040-2050 sẻ có sản lượng gấp đôi (kể lượng nước) dạng lượng khác lượng hóa thạch cộng với lượng nguyên tử Dự báo phát triễn lượng tái tạo lượng hóa thạch giới 20 năm từ 2010-2030 thể qua biểu đồ 0.2 Qua ta thấy phát triển vượt trội lượng tái tạo kỹ 21 Hình 0.2: Biểu đồ dự báo tĩ lệ phát triển lượng giai đoạn 2010-2030( nguồn Bloomberg 15/4/2015); đơn vị tĩ MWh GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO b) Sự phát triễn lượng tái tạo Việt nam -Về thiết bị NLTT: Việt Nam giới thiết bị lượng tái tạo có lượng gió ,thủy điện lượng sinh khối xem công nghệ hoàn thiện, giá thành điện thương phẩm cạnh tranh với lượng hóa thạch Các dạng lượng phải cần phát triển công nghệ -Về tác động nhà nước: Trong trình phát triển NLTT cần thiết có hổ trợ nhà nước sách ưu đãi, tiêu phát triển ngắn, dài hạn Trong việc ưu đãi để phát triển thiết bị, công nghệ, việc đánh thuế phát thải cacbon cho nhiên liệu hóa thạch biện pháp khuyến khích phát triển NLTT -Tăng dần tĩ lệ NLTT sản xuất điện, nhiệt -Tăng việc sử dụng nhiên liệu sinh học cho phương tiện giao thông vận tải Theo nghiên cứu, đánh giá, nguồn lượng tái tạo có nguồn tài nguyên lớn tiềm phát triển Việt Nam thủy điện, lượng gió, mặt trời địa nhiệt Tổng tiềm kỹ thuật thủy điện vào khoảng 120 tỉ kWh, với công suất tương ứng khoảng 25.000-30.000 MW; lượng sinh khối (chất thải nông nghiệp, chăn nuôi ) có tiềm khoảng 58 triệu Toe; lượng gió phát triển khoảng 20.000 - 40.000 MW; lượng mặt trời hầu hết lãnh thổ có thời gian 2.000 nắng năm, đạt khoãng kWh/m2- ngày Hiện trạng, tổng nguồn lượng tái tạo Việt Nam đạt khoảng 15,6 triệu Toe, chiếm 25% tổng tiêu thụ lượng sơ cấp Trong chủ yếu thủy điện với 16% tổng nhu cầu lượng sơ cấp Việc phát triển sử dụng nguồn lượng tái tạo, giảm phụ thuộc vào nguồn lượng hóa thạch xu hướng rõ rệt giới Ở Việt Nam, chủ trương Chính phủ khẳng định từ lâu việc hình thành chế, sách phục vụ cho thị trường lượng tái tạo đẩy nhanh tiến độ triển khai Tình hình phát triển NLTT Việt Nam giai đoạn bước đầu, kế hoạch phát triển NLTT tầm nhìn đến năm 2020 chiếm 4,5% năm 2030 6% tổng sản lượng điện sản xuất nước Biểu đồ thành phần phát điện Việt Nam đến năm 2020 hình vẻ sau: GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Giá thành số loại lượng Việt nam (tham khảo) Bảng chuyễn đỗi số đơn vị lượng GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 14.Đơn vị lượng tương đương dầu tương đương –TOE = 41,868 GJ than tương đương-TCE = 0,7 TOE 10 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Bảng 6.2: Mật độ lượng hydro số chất thông dụng Loại chất Dạng trích trữ Hydro Hydro Hydro Khí 20 MPa Lỏng Hydride kim loại Khí 20 MPa (-162 C) Lỏng Lỏng Khí thiên nhiên Hydro Lỏng LPG Xăng Mật độ lượng theo khối lượng kWh/kg 33,3 33,3 0,58 Mật độ lượng theo thểtíchkWh/l 13,9 13,9 12,9 12,7 25,8 5,8 7,5 8,67 0,53 0,64 3,18 6.3 TICH TRỮ, CUNG CẤP, VẬN CHUYỄN HYDRO 6.3.1 Tích trữ, cung cấp, vận chuyển hydro dạng khí nén Hydro chứa bình chứa dang khí nén áp suất cao, khoảng 350 bar chứa bình chứa nhỏ cung cấp cho xe ô tô Ở điều kiện bình thường, bình lit chứa 30 kg hydro Với bình đó, xe ô tô chạy 2400 km Như việc cung cấp hydro cho xe ô tô theo kiểu thay bình việc đổ xăng xe bình thường 6.3.2 Tích trữ, cung cấp, vận chuyển hydro dạng lỏng Khối lượng riêng hydro điều kiện bình thường nhỏ nên việc chứa hydro thường dạng lỏng hay khí nén Tuy nhiên việc hóa lỏng hydro phải làm lạnh đến -252℃ tốn nhiều lượng để hóa lỏng phải cách nhiệt tốt để bảo quản Bởi tồn trữ dạng lỏng sử dụng Tuy nhiên hảng xe BMW chế tạo xe có sử dụng bình hydro lỏng làm nhiên liệu có kết tốt 6.3.3.Tích trữ, cung cấp, vận chuyển hydro dạng hydride kim loại: a) Cho hydro tác dụng với số kim loai tạo thành hydride dạng viên nén để tồn trữ, vận chuyễn Ví dụ: Mg+ H2->MgH2 Khi cần sử dụng nung nóng hydride để thu hydro Khả chứa hydro cao, khoảng 7,7% trọng lượng hydride hydro Hiện sử dụng hydride NaBH4, chứa 10,5% hydro, dể chế tạo, rẻ an toàn Khi sử dụng cần hòa NaBH4 với nước hydro giải phóng, chất chứa hydro Sodium metaborate-NaBO2có thể sử dụng nhiều lần để chứa hydro Phương trình phản ứng sau: NaBH4 +2H2O = NaBO2 + 4H2 203 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 3.4 Tích trữ, cung cấp, vận chuyển hydro ống nano cacbon: Khả chứa 65% trọng lượng ống, hydro liên kết hóa học với cacbon nano thành ống, an toàn có sức chứa cao 6.4 SẢN XUẤT HYDRO TỪ NƯỚC BẰNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 6.4.1 Nguyên lý chung Thí nghiệm Faraday-1820 : Đưa dòng điện chiều lên cực platin đặt nước H2 thoát catot (cực dương) O2 thoát anot (cực âm) Phản ứng môi trường nước, phản ứng xẩy điện cực: H2O +Điện => H2 +0,5O2 Phản ứng môi trường a xit, phản ứng xẩy điện cực: Ở Anot: H2O => 0,5O2 +2H + +2eỞ Catot: 2H + +2e- => H2 Phản ứng môi trường kiềm, phản ứng xẩy điện cực: Ở Anot: 2OH => H2O +0,5O2 +2eỞ Catot: 2H2O +2e- => 2OH- +H2 6.4.2 Nguồn lượng điện tái tạo Nguồn lượng điện tái tạo để cung cấp cho trình điện phân nước có giá thành sản xuất cao, cần sử dụng công nghệ để giảm giá thành Hiện giá thành điện từ thủy điện điện gió có giá chấp nhận Hai nguồn ghép nối với hệ thiết bị điện phân để sản xuất thương mại Hydro Sơ đồ sản xuất trích trử hydro lượng tái tạo nói chung lượng mặt trời nói riêng thể hình 6.1 Hình 6.1: Sơ đồ sản xuất trích trử lượng mặt trời hydro 204 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 6.5.THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HYDRO Vấn đề có tính định để nhanh chóng sản xuất thương mại hydro cần nâng cao hiệu suất, giảm tiêu hao điện Cần hoàn chỉnh công nghệ thiết bị điện phân lớn, thu hydro có áp suất cao, giảm thể tích chứa 6.5.1 Điện cực Điện cực Platin trở ngại lớn kim loại quí đắt tiền Hiện với việc ứng dụng công nghệ nano, cho phép thay Platin kim loại khác vừa rẻ tiền lại có hiệu suất thu hydro cao tốn lượng điện Bảng 6.3: Hiệu suất chuyển hóa H2 loại điện cực nano Loại điện cực Niken bột Platin trắng QSI Nano-I QSI Nano-II Hiệu suất chuyển hóa H2 dòng điện 0,1A/cm2 46% 67% 71% 81% Hiệu suất chuyển hóa H2 dòng điện 1A/cm2 19% 42% 49% 58% (QSI: Công ty Quantum Sphere Inc.Mỹ) 6.5.2 Thiết bị PEM sản xuất hydro Tập đoàn công nghệ hydro –Mỹ chế tạo thiết bị điện phân với màng trao đổi proton PME (Proton Exchange Membrane), có khả sản xuất hydro có áp suất cao không cần máy nén, công suất thiết bị 120- 500 kg hydro/ngày Thiết bị thứ tập đoàn công nghệ hydro –Mỹ chế tạo loại thiết bị điện phân với chất điện ly KOH (KOH Electrolyte), có khả sản xuất hydro có áp suất cao 12-30 bar, không cần máy nén, công suất thiết bị 144kg hydro/ngày 6.5.3 Sản xuất hydro từ tia tử ngoại mặt trời Năm 1972 hai nhà khoa học người Nhật Bản A.Fujischima K.Honda phát minh với cực điện catot: TiO2 anot platin với chất điện ly, có ánh sáng mặt trời chiếu vào anot cực catot có hydro thoát ra, anot oxy có dòng điện mạch Photon ánh sáng có lượng lớn lượng vùng cấm TiO2, electron vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn, để lại lổ trống mang điện tích dương Các lổ trống phía bề mặt catot, electron mạch sinh dòng điện đến catot Ở anot phân tử nước 205 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO + + bị phân hủy thành H H catot kết hợp với e- tạo H2 Hình 6.2: Sơ đồ thí nghiệm quang điện hóa phân rã nước tạo hydro điện cực TiO2 Hình 6.3: Sơ đồ phản ứng quang điện hóa phân rả nước theo thuyết lượng vùng 6.6 MÔT SỐ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG HYDRO 6.6.1 Pin nhiên liệu, Fuel-Cell sản xuất điện Hướng sử dụng hydro làm nhiên liệu trực tiếp cho động trình bày tỏ không hiệu việc chuyển hydro sang dạng điện dùng động điện thay cho động đốt Ngoài sử dụng để sản xuất điện cung cấp thay cho nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch Phương pháp có hiệu suất cao, đạt đến 80% từ hydro sang điện Pin nhiên liệu kết hợp hydro oxy không khí để tạo nguồn điện nhiệt lượng thông qua phản ứng hóa học Với ưu điểm hiệu suất độ ổn định cao, độ phát xạ thấp, 206 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO không gây ồn, không gây ô nhiễm môi trường Pin nhiên liệu đánh giá nguồn lượng sạch, hiệu đáng tin cậy Các chuyên gia cho pin nhiên liệu trở thành máy điện tương lai sẻ thay cho thiết bị sản xuất a) Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu hydro +Vài nét lịch sử: Năm 1838 nhà khoa học người Đức Chrítian Friedrich Schonbein nêu ý tưởng phản ứng nghịch phản ứng Fraday sản xuất dòng điên chiều từ phản ứng kết hơp hydro oxy mà phản ứng cháy Năm 1843 Robert Grove (nhà khoa học xứ Walls ) chế tạo thành công Pin nhiên liệu Năm 1959 nhà khoa học người Anh Francis Thomas Baicon chế tạo thành công Pin nhiên liệu công suất KW đăt tên Bacon cell Đến Pin nhiên liệu sử dụng vào nhiều mục đích khác với công suất khác Có loại công suất nhỏ dùng cho điện thoại di động, máy nghe nhạc, có loại công suất vừa để làm động xe ô tô, có loại công suất lớn để sản xuất điện trạm phát điện độc lập cho nhu cầu cấp điện cho vùng xa mạng điện quốc gia Quá trình thực phản ứng ngược trình phân hủy nước thành hydro oxy trình cho hydro tác dụng hóa học với oxy điều kiện không xẩy phản ứng cháy sẻ sinh dòng điện nước nóng, Quá trình biến đổi hóa thành điện pin nhiên liệu nhờ cung cấp hydro vào anot oxy vào catot, catot anot chất điện ly (hình vẻ 6.4) Hình 6.4: Sơ đồ mô tả hoạt động pin nhiên liệu hydro Ở anot (cực âm) xẩy trình oxy hoá hydro làm electron Anot điện cực gồm hạt nhỏ platin gắn kết với hạt cacbon để tạo độ rổng, xốp 207 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO làm cho hydro qua Platin làm chất xúc tác cho phản ứng oxy hóa hydro: 2H2 => 4H+ + 4eỞ catot (cực dương) xẩy trình khử (nhận electron) Tương tự anot, catot cấu tạo hạt nhỏ platin gắn hạt cacbon để có độ xốp cao làm cho oxy qua Platin đóng vai trò xúc tác cho phản ứng khử proton H+, có mặt oxy electron từ anot qua mạch chạy đến Phản ứng sau: 4H+ +4e - +O2 => 2H2O b) Các loại Pin nhiên liệu hydro Tùy vào chất điện ly mà Pin nhiên liệu (PNL) có nhiều loại khác sau: -PNL kiềm: ký hiêu AFC (chất điện ly dung dịch kiềm KOH) -PNL muối carbonate nấu chảy: ký hiệu MCFC , - PNL axit phosphoric: ký hiệu PAFC -PNL màng polyme trao đổi proton: ký hiệu PEMFC Mỗi loại PNL có khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp PNL PEMFC loại sử dụng phổ cập hoạt hoạt động nhiệt độ bình thường, công suất lớn, dùng cho phương tiện vận tải, máy phát điện Màng MPE đóng vai trò chất điện ly, màng mỏng có độ dày khoảng 2-7 tờ giấy ghép lại, màng cho proton H+ qua, ngăn không cho electron qua Sơ đồ cấu tạo PEMFC trình bày hình sau: 208 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Hình 6.5: Cấu tạo pin nhiên liệu hydro với chất điện ly màng polymer c) Hạ giá thành PNL: Điện cực platin mang PME chiếm 70% giá thành PNL, nên dùng điện cực platin giá thành pin nhiên liệu đắt Người ta sử dụng nano platin bám sợi carbon giảm 30% lượng platin Để giảm người ta sử dụng nano vàng, nano niken thành công Mục tiêu trình cải tiến sử dụng 0,2 gPt/kW (giảm lần) để giảm giá thành pin nhiên liệu theo tỷ lệ tương ứng 209 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 6.6.3 Các lỉnh vực sử dụng pin nhiên liệu Hydro: a) Sử dụng Hydro làm nhiên liệu động - Hydro làm nhiên liệu cho động đốt thay cho xăng dầu mà không cần thay đổi kết cấu động nhiều - Vấn đề tồn chứa Hydro xe cung cấp Hydro trạm nạp Hydro cho ô tô có hành trình đường dài vấn đề cần giải -Thành tựu: -Mỹ:200 xe bus ô tô sử dụng thường xuyên nhiên liệu Hydro (4/2007) -Đức: xe BMW Hydro công suất 260 mã lực, tốc độ đạt 230 km/h b) PNL sản xuất điện Có nhiều mức công suất từ vài W đến vài MW với ứng dụng khác như: nạp điện thoại, sản xuất điện c) Ứng dụng cho phương tiện vận tải: ô tô, máy bay, tàu ngầm( hình 6.6) - Một pin đơn có điện áp v=1,16v, phái ghép nhiều pin đơn để có công suất theo yêu cầu - Ô tô chạy PNL có nhiều ưu điểm khí thải, hiệu suất cao cụ thể là: Hiệu suất từ hydro sang điện 80% từ điện sang 80% làm cho hiệu suất đông lên đến 64%, cao ô tô chạy xăng nhiều ( khoảng 35-40%) - Thế giới có nhiều loại phương tiện vận tải dùng PNL: Năm 1997- hảng Damler Benz, Toyota có xe đầu tiên, Năm 2008- hảng Boeing có máy bay PNL, Đức có tàu ngầm PNL - Thế giới có nhiều chương trình pin nhiên liệu hydro: Hảng xe Daimler chi 1,4 tỷ USD chế tạo xe PNL Pháp có chương trình máy bay Hy-Bird,… 210 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Hình 6.6: Các phương tiện vận tải sử dung PNL d) PNL hoạt động máy phát điện có định: 211 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO PNL công suất lớn trạm phát điện hiệu khí thải, cung cấp nhiên liệu chổ, cung cấp điện đơn lẻ không cần mạng điện tập trung tránh tổn thất lượng lớn truyền tải, mở thời đại cung cấp lượng phân tán thay cho mạng điện tập trung lượng hóa thạch PNL- Trạm phát điện công ty UTC- Mỹ, có công suất 200 kW e) PNL phát điện cho gần 1400 hộ dân Bỉ Tập đoàn hóa chất công nghiệp lớn Solvay (Bỉ) khánh thành loại pin nhiên liệu lớn giới từ trước đến Nó cung cấp điện đủ sinh hoạt cho gần 1.400 gia đình xứ Flanders (Bỉ) Theo đó, pin ” cung cấp đủ điện cho gần 1.400 hộ gia đình Đây loại pin nhiên liệu Màng trao đổi Proton (PEM) cung cấp điện đặn nhiều tuần Pin nhiên liệu biến đổi lượng hóa chất từ hydro sang điện qua tương tác điện hóa học với oxy phát lượng điện tiêu thụ lên tới 500 MWh khoảng 800 hoạt động f)Nhà máy điện PNL công suất 11,2MW Hàn Quốc Nhà máy điện pin nhiên liệu lớn giới với công suất 11,2MW thức đưa vào hoạt động hôm 15 -11-2011 thành phố Daegu, Hàn Quốc Hình 6.7: Nhà máy điện pin nhiên liệu thành phố Daegu, Hàn Quốc Nhà máy tổ hợp bốn máy pin nhiên liệu có công suất 2,8MW Tổ hợp cung cấp đủ điện cho 20.000 hộ gia đình Công ty Fuel 212 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Cell Energy đối tác Hàn Quốc Posco Power cho biết điện từ loại pin nhiên liệu bán cho hệ thống mạng lưới điện địa phương Nhiệt lượng sinh từ pin nhiên liệu dùng để xử lý nước thải khu vực lân cận 6.7 TRIỄN VỌNG SẢN XUẤT HYDRO BẰNG NLTT a) Hydro nguồn lượng tái tạo đặc biệt, chuyển hóa từ nguồn lượng tái tạo, nên bền vững ổn định, không phát thải khí cacbonic b) Hydro có khả lưu trữ nguồn lượng tái tạo vô hình thành lượng hữu hình lưu trữ vận chuyển phân phối đến hộ tiêu thụ cách định lượng c) Nước Mỹ: khả sản xuất hydro từ lượng gió, mặt trời, sinh khôi tỷ tấn/năm Trung bình 150 kg hydro/1km2-năm d) Nước Mỹ: năm 2003 có chương trình sáng kiến nhiên liệu hydro Lộ tình có giai đoạn: -Giai đoạn đến 2015-2020: nghiên cứu hạ giá sản xuất hydro thiết bị pin nhiên liệu Tập trung nghiên cứu sử dụng cho giao thông vận tải sản xuất điện -Giai đoạn 2: 2010-2030: sản xuất thương mại hydro ứng dụng vào xe ô tô không khói Sản xuất thương mại máy phát điện pin nhiên liệu -Giai đoạn 3:2015-2035: Xây dựng sở hạ tầng phục vụ kinh tế hydro, mở rộng thị trường -Giai đoạn 4: sau 2035-40: hoàn thiện sở hạ tầng để sử dụng nhiên liêu hydro thay nhiên liệu hóa thạch 6.8 CÁC DẠNG TRÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÁC 6.8.1 Tích trữ lượng bơm nước Bơm nước dạng tích trữ phù hợp cho nhà máy thủy điện công suất lớn, phù hợp cho nhà máy điện lượng tái tạo Nguyên tắc dư điện dùng điện bơm nước lên cao lượng tích trữ chuyển trở lại thành điện cho nước với cao chảy qua tua-bin Theo tính toán 1000 kg nước bơm lên độ cao 100m sẻ tích trữ lượng 9,81.105 J hay 0,2725 kWh Như vậy, muốn có nguồn lượng lớn phải có hồ chứa lớn có độ cao định Phương pháp tích trữ thích hợp cho vùng có độ dốc lớn hay xây hồ nhân tạo Hiệu suất phương pháp đạt khoảng 65% , có tổn thất qua khâu bơm, xả sản xuất điện 6.8.2 Tích trữ lượng khí nén 213 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Tích trữ lượng khí nén tương tự tích trữ bơm nước Khi dư tải trích phần điện cung cấp cho máy nén khí để nén không khí vào bình chứa thiếu tải xả khí nén để chạy tua-bin khí cấp điên bổ sung Trường hợp tua bin gió, gió yếu dùng dòng khí dự trữ để kéo tua-bin khí nén làm cho rotor cánh quạt quay với tốc độ cao hơn, công suất lớn Với trạm phát điện công suất lớn, khí nén tích trữ không gian rộng lớn tầng nước ngầm, hay khoang hang địa chất, mõ dầu hết khai thác, mõ muối khoáng…Khoang tích trữ thường đặt lòng đất để tránh ảnh hưởng môi trường áp suất, nhiệt độ, độ ẩm Đối với trạm phát điện thể tích khoang chứa quan trọng Thể tích phụ thuộc vào công suất điện trạm áp suất khí khoang chứa Hệ thống Huntorf –Đức công suất điện 290 MW, xây dựng năm 1978, người ta sử dung khí nén tích trữ để hổn hợp với nhiên liệu đưa vào buồng đốt tua-bin khí, tiết kiệm lượng điện để nén khí Khoang chứa hai mỏ muối khoáng có tổng thể tích 300.000m3, nằm sâu 650-800m lòng đất Áp suất khí lưu trữ 50-70 bar 6.8.3 Tích trữ lượng bình ac-qui Môt loại ac-qui quen thuộc ac-qui chì mà thường thấy công nghiệp dân dụng Quá trình hoạt động chủ yếu trình điện phân chì a xit H2SO4, giải phóng điện tích xả điện phản ứng nghịch nạp điện Hiệu suất ac-qui chì sử dụng xe cộ hay thắp sáng khoảng 80%, kích thước nhỏ gọn Để sử dụng làm dự trữ sản xuất điện cần ac-qui công suất lớn, sử dụng lâu dài với cặp cực Sodium-sulfur Trong sodium làm cực dương cực âm aluminium oxide Ngâm dung dịch sulfur sodium sunfite Nhiệt độ phản ứng cao, khoảng 2500C, nên vỏ bình làm thủy tinh mica Ngoài có loại ac-qui với cặp cực khác nghiên cứu áp dung cho tích trữ lượng điện Hiệu suất loại ac-qui lưu trữ khoảng 70-80% 6.8.4 Tích trữ lượng nhiệt chất rắn, chất lỏng a) Trích trữ chất tải nhiệt lỏng Tích trữ dạng lượng nhiệt để sản xuất điện dư thừa chuyển sang làm tăng nhiệt độ chất lưu trữ, thiếu tải nhiệt đưa vào hệ thống để sản xuất điện Phương pháp thường sử dụng nhà máy nhiệt điện mặt trời, hay thiết bị nhiệt mặt trời 214 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Chất lỏng làm môi chất tích nhiệt cần có nhiệt dung riêng cao để thiết bị gọn giảm tổn thất lưu trữ Tùy nhiệt độ cần lưu trữ mà chọn loại chất lỏng thích hợp Có thể chất lỏng không biến đổi pha hay có biến đổi pha (sôi, bốc nhận nhiệt ngưng tụ cần xả nhiệt để sản xuất điện), môi chất thể với áp suất cao Mỗi trường hợp có ưu, nhược điểm, cần có chọn lựa cho thích hợp Tổn thất lớn loại dự trữ tổn thất môi trường thời gian lưu trữ c) Trích trữ chất tải nhiệt hửu Chất tải nhiệt hửu chất có nhiệt độ sôi cao áp suất bảo hòa nhỏ Các chất thường sử dụng diphenil etediphenil hổn hợp chúng gồm :26,5% diphenil (C6H5-C6H5) 73,5% etediphenil (C6H5-O-C6H5) Hổn hợp dùng phổ biến, có đặc tính nhiệt tốt : -Ở áp suất khí quyễn, nhiệt độ sôi 2580C đông đặc 12,30C -Ở áp suất bảo hòa 0,25 bar, nhiệt độ sôi 2000C (ứng với nước bảo hòa 16 bar) - Ở áp suất bảo hòa 5,3 bar, nhiệt độ sôi 3500C (ứng với nước bảo hòa 169 bar) -Độ độc hại không đáng kể, làm việc lâu dài nhiệt độ 3800C mà không bị phá hủy Nhược điểm là: nhiệt hóa nhỏ nước nhiều Ở 3500C nhiệt hóa 217 kJ/kg, so với nước 1140 kJ/kg, nhỏ 4,5 lần d) Tích trữ chất tải nhiệt hổn hợp muối nóng chảy Hổn hợp muối nóng chảy dùng cần đun nóng 380 0C, cao mức đun chất tải nhiệt hửu Khoảng nhiệt độ làm việc từ 140-5100C Hổn hợp muối nóng chảy thường sử dụng hổn hợp ba loại muối gồm:10% NaNO2, 7% NaNO3, 83% KNO3 (theo khối lượng) Nhiệt độ nóng chảy 1420C,giới hạn nhiệt độ làm việc 5800C 6.8.5 Tích trử lượng phản ứng hóa học Đây dạng tích trữ lượng dạng dùng phản ứng hóa học Quá trình tích nhiệt làm cho phản ứng hóa học chất lưu trữ phản ứng thu nhiệt, cần nhã nhiệt điều chỉnh phản ứng qua loại phát nhiệt 215 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Tài liệu tham khảo: [1]- Năng lượng cho kỹ 21, thác thức triễn vọng; Hồ Sĩ Thoảng, Trần Mạnh Trí; NXB KH KT; 2009 [2]- David M Buchla, Thomas E Kissell, Thomas L Floyd Renewable Energy Systems, Prentice Hall, 2014 [3] Năng lượng tái tạo; Nguyễn Thanh Hào, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh; 2012 -Các trang Web lượng tái tạo 216 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2015 217 [...]... Hình 1.2 Các tia Bức xạ năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất 12 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Việc sử dụng năng lượng mặt trời đến nay gồm bốn phương thức cơ bản: - Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành trực tiếp thành điện năng Chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hóa năng: Hiệu ứng quang hóa Chuyển đổi năng lượng mặt trời qua hiệu ứng... tế với các loại hình năng lượng khác 11 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO Hình 1.1 Bức xạ năng lượng mặt trời cuả các vùng trên thế giới Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên rất lớn, con người đã biết sử dụng từ rất lâu, nó là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của con người Ngày nay khi năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, thì năng lượng mặt trời càng... mức năng lượng điện tử E1 ... chuyễn đỗi số đơn vị lượng GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 14.Đơn vị lượng tương đương dầu... trử lượng khác 178 183 199 199 201 202 203 204 211 211 GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO BÀI MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.Khái niệm lượng tái tạo (NLTT) Tổng tiêu thụ lượng. ..GIÁO TRÌNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS NGUYỄN DÁO 5.2 Năng lượng sóng biển 5.3 Năng lượng thủy triều 54.Tiềm năng lượng biển Việt Nam Chương : Hydro Tích trữ Năng Lương Tái Tạo 6.1 Các