Tìm Hiểu Công Nghệ Sản Xuất Điện Từ Các Nguồn Năng Lượng Tái Tạo

Nguồnnăng lượng tái tạo không những đem lại lợi ích cao về mặt kinh tế mà khônggây ô nhiễm môi trường môi trường.Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Thuấn nhóm chúng em đã tìm h

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

Sinh viên thực hiện : Nhom I 1 Lơp : LT CĐ – ĐH ĐIÊN 1

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước các ngànhcông nghiệp giữ một vai trò vô cung quan trọng với sự tăng trưởng của nềnkinh tế quốc dân Để các ngành kinh tế luân tăng trưởng một cách bền vữngthì nghành công nghiệp điện đóng một vai trò đặc biệt quan trọng Sự pháttriển công nghiệp năng lượng điện không những đảm bảo hoạt động bìnhthường và phát triển sản xuất mà còn là nhu cầu thiết yếu để nâng cao đờisống vật chất và tinh thần của nhân dân, là nguồn động lực cho phát triển kinh

tế - xã hội Chính vì vậy mà sản xuất điện được mọi quốc gia chú trọng pháttriển

Nhu cầu sử dụng điện ở các nước trên thế giới ngày càng tăng nhanhnhưng các nguần năng lượng hóa thạch để sản xuất ra điện năng thì ngày cànglâm vào tình trang thiếu hụt Người ta cho rằng trong tương lai không xa thìcác nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ và than đá sẽ bị cạn kiệt Theotài liệu thống kê về năng lượng thế giới của BP ( BP Statistical Review ofWorld Energy ) năm 1985 trữ lượng dầu còn lại số lượng dầu còn lại có thểkhai thác về mặt kinh tế là 770 tỷ thùng, vào năm 2005 con số này lại đượcđánh giá là 1200 tỷ thùng Song các nguần năng lương này vẫn là có hạn, vớitốc độ tiêu thụ như hiện nay, người ta cho rằng chúng ta sẽ cạn khiệt nguần tàinguyên này trong vòng 40 – 50 năm nữa Hơn thế nữa công nghệ sản xuấtđiện năng từ những nguần nguyên liệu này hiệu xuất thấp gây ra nhiều tác hạixấu đối với môi trường , làm suy thoái chất lượng môi trường sống trên phạm

vi toàn cầu Do đó việc tìm ra một nguồn năng lượng thay thế là mối quantâm hàng đầu của các quốc gia

Trước tình hình đó, những nguồn năng lượng tái tạo là một giải pháp đầytiềm năng cho con người để giải quyết sự thiếu hụt năng lượng này Nguồnnăng lượng tái tạo không những đem lại lợi ích cao về mặt kinh tế mà khônggây ô nhiễm môi trường môi trường.

Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Thuấn nhóm chúng

em đã tìm hiểu và hoàn thành đồ án môn học Cung Cấp Điện với chuyên đề

"Tìm hiểu công nghệ sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo"

Do sự hạn chế về mặt kiến thức và thời gian nên bản báo cáo của chúng

em không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự thông cảm và góp ý kiến từphía thầy cô và các bạn để bản báo cáo nay được đầy đủ và chính xác hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Mục Lục

PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ

I- Khái quát chung 5

II- Khái niệm và phân loại năng lượng tái tạo 5

III- Khả năng phát triển các nguần năng lượng tái tạo 8

IV- Ý nghĩa của sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo 10

PHẦN II : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ I- Khái quát chung 11

II- Nguyên lý làm việc 12

III- Cấu tạo máy phát điện sức gió 15

1- Máy phát 15

2- Turbine gió 17

3- Thân tháp và đế tháp 18

IV- Kết luận 20

PHẦN III : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I- Cấu tạo của pin mặt trời 21

1- Phân loại và vật liệu của pin mặt trời 21

2- Cấu tạo 22

II- Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời 23

1- Hiệu ứng quang điện 23

2- Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 25

3- Các yếu tố ảnh hưởng tới điện thế của pin mặt trời: 27

III- Ứng dụng của pin mặt trời 27

1- Ứng dụng sản xuất điện năng 27

2- Một số ứng dụng khác của năng lượng mặt trời 29

IV- Kết luận 34

PHẦN IV : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ CÁC NGUÔN NĂNG LƯỢNG KHÁC I- Sản xuất điện từ thuỷ năng 36

II- Sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt 39

III- Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối 41

1- Khái quát chung 41

2- Công nghệ sản xuất điện từ các nguồn năng lượng sinh khối 43

3- Kết luận 43

PHẦN V : CÔNG NGHỆ LƯU ĐIỆN I- Khái quát chung về hệ thống lưu điện 45

II- Giới thiệu một số loại ắc-quy 46

III- Công nghệ nạp ắc-quy 47

Kết Luận 50

PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ.

I- Khái quát chung

Năng lượng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng hóathạch và năng lượng nguyên tử Người ta hy vọng là việc sử dụng năng lượngtái tạo sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp chokinh tế So sánh với các nguồn năng lượng khác, năng lượng tái tạo có nhiều

ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến môi trường Theo dự tínhthì các hệ thống sản xuất điện từ ánh sáng Mặt trời hiện đang cung cấp 0,5%nhu cầu điện của thế giới và có thể tăng lên 2,5% vào năm 2025, sau đó tăngvọt lên 16% vào năm 2040 Hiện nay, tại không dưới 60 quốc gia có cácchương trình nhà nước nhằm gia tăng sản xuất năng lượng tái tạo 48 quốc gia

sử dụng chính sách cung cấp các ưu đãi khác nhau cho công nghiệp sản xuất

"năng lượng sạch", tức là bằng cách đó khuyến khích sự từ chối nguồn nănglượng điện hạt nhân và hyđrôcácbon

II-Khái niệm và phân loại năng lượng tái tạo

 Khái niệm về năng lượng tái tạo:

Trong cách nói thông thường "Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái

sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người

là vô hạn Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách mộtphần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưavào trong các sử dụng kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặcbiệt là từ Mặt Trời Trong khái niệm này thì vô hạn có hai nghĩa: Hoặc lànăng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sửdụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tựtái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trongcác quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất

 Phân loại: Việc sản xuất điện từ năng lượng tái tạo chủ yếu từ cácnguồn năng lượng như: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng đạidương, năng lượng địa nhiệt

 Sản xuất điện từ năng lượng mặt trời: Năng lượng Mặt Trời là nănglượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏnăng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này Dòngnăng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên MặtTrời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.Có thể trực tiếp thu lấy nănglượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon củaMặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời

Ngành công nghiệp năng lượng Mặt trời đang ngày càng bùng nổ và cóthể cung cấp 2,5% nhu cầu điện của thế giới vào năm 2025 thay cho nguồnnhiên liệu hoá thạch Theo hai tổ chức Tổ chức Hòa bình xanh (TTO) và Hiệphội công nghiệp sản xuất điện từ ánh sáng Mặt trời châu Âu (EPIA) cho biếtvào năm 2025, “nguồn năng lượng Mặt trời sẽ thay cho sản lượng điện hàngnăm của khoảng 150 nhà máy điện chạy bằng than đá” Hiện nay, nguồn điệnmặt trời cung cấp năng lượng cho chiếu sáng, sưởi ấm và các nhu cầu nhiêuliệu khác của khoảng 50 triệu căn nhà trên thế giới

Năng lượng mặt trời đang ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm vàđầu tư Trên thế giới hàng năm có khoảng 1,5 triệu người chết do ngộ độc từchất đốt và nấu nướng trong gia đình.Vì vậy việc sử dụng năng lượng mặt trờihứa hẹn sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho những người nghèo thay vì phảidùng đèn dầu trong sinh hoạt Tuy nhiên, vấn đề giá cả nguồn điện mặt trờihiện nay vẫn là những nỗi lo đeo đẳng của 1,6 tỷ dân đang sống thiếu điện

 Sản xuất điện từ gió:

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khíquyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng

mặt trời vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sửdụng năng lượng gió.

Năng lượng gió bên cạnh sức nước là một trong những nguồn nănglượng rẻ tiền nhất Do đó việc phát triển năng lượng gió được tài trợ tại nhiềunước không phụ thuộc vào đường lối chính trị

Sản xuất điện từ năng lượng gió không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ônhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệmđất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gầndòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hồchứa nước.Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽtránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện

 Sản xuất điện từ đại dương:

Đại dương cũng là một loại năng lượng tái lập và có thể sản xuất ra hailoại năng lượng: nhiệt năng từ sức nóng của mặt trời, và cơ năng từ thủy triều

và sóng biển Đại dương bao bọc hơn 70% diện tích địa cầu, do đó đây là mộtnguồn tiếp nhận ánh sáng mặt trời quan trọng nhất Sức nóng của mặt trời làm

ấm mặt nước của đại dương, và độ ấm này cao gấp nhiều lần hơn độ ấm củadòng nước biển dưới sâu Sự khác biệt nhiệt độ giữa hai luồng nước biển này

sẽ tạo ra nhiệt năng Từ đó nhiệt năng có được sẽ biến cải thành điện năngtheo ba công nghệ khác nhau: công nghệ chu kỳ kín, công nghệ chu kỳ hở, vàcông nghệ hỗn hợp

 Sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo khác:

Thủy điện: Xuất hiện từ hơn 70 năm trước đây, là nguồn hy vọng cho

nhân loại trong một thời gian dài Theo quan niệm của những nhà khoa họcthời bấy giờ thì thủy điện là một nguồn điện năng sạch và hoàn hảo vì khôngtạo ra ô nhiễm môi trường Nhưng trong khoảng 20 năm trở lại đây, giới khoahọc đã nhận định đúng đắn thảm nạn môi trường do thủy điện gây ra đó là:

Thủy điện đã làm đảo lộn hoàn toàn hệ sinh thái của một vùng rộng lớn chungquanh hồ chứa; làm giảm thiểu hoặc hủy diệt đa dạng sinh học của toàn vùng,chi phí cần thiết để tái tạo lại môi trường thiên nhiên đã bị đánh mất cao hơnlợi nhuận do việc cung cấp điện năng đem lại.

Năng lượng từ sức nóng của địa cầu hay địa nhiệt Đây là một loại

năng lượng tái tạo từ thiên nhiên, đã được nghiên cứu qua nhiều công nghệkhai triển loại năng lượng này để biến thành điện năng, hoặc dùng để sưởinóng các quy trình công nghệ cần nhiệt độ cao Hiện nay Hoa Kỳ đang thửnghiệm loại năng lượng này ở Nevada, và đã có nhiều kết quả rất khích lệ

Năng lượng sinh khối (biomass) hay còn gọi là năng lượng vi sinh (biogas): Đây là một loại năng lượng tái tạo đặc biệt vì loại năng lượng này

có thể sản xuất trực tiếp ra khí đốt, xăng dầu cho các hệ thống giao thông như

xe cộ, xe lửa, thậm chí nguyên liệu cho máy bay Hầu hết các nhà máy điện từbiomass trên thế giới đều áp dụng phương pháp đốt trực tiếp Còn năng lượngsinh khối từ các phế thải động vật sản xuất ra hơi nóng sau khi đốt và hơinóng sẽ chạy qua một turbine và máy phát điện để biến thành điện năng

III-Khả năng phát triển các nguần năng lượng tái tạo

Trên thế giới: Như chúng ta đã biết nguồn năng tái tạo là một trong

những tiềm năng lớn để phát triển đất nước của các quốc gia trên thế giới, đặcbiệt những ứng dụng của năng lượng tái tạo trong ngành công nghiệp sản xuấtđiện năng luôn được quan tâm hàng đầu Đứng trước những dự kiến về mộtcuộc khủng hoảng năng lượng trong tương lai, các quốc gia trên thế giới đangchạy đua với thời gian để truy tìm những loại năng lượng tái tạo mới, hầu hếtđều thỏa mãn tiến trình toàn cầu hóa qua Nghị định thư Kyoto 1997 về ônhiễm không khí và hiệu ứng nhà kính

Anh quốc đã dự kiến đầu tư 100 triệu mỹ kim cho nghiên cứu nănglượng đại dương và hy vọng loại năng lượng này có thể cung ứng 10% tổng

số năng lượng sử dụng cho toàn quốc trong năm 2010, và lên đến 15% chonăm 2015

Chính phủ Scotland đưa ra tín hiệu xanh cho các trạm phát điện bằng sứcgió gần bờ lớn nhất châu Âu Trạm phát điện bằng sức gió Clyde gồm 152tuabin đặt gần bờ biển Abington ở phía Nam Lanarkshire có khả năng cungcấp điện cho 320.000 hộ gia đình

Trung Quốc là một trong những nước sản xuất năng lượng tái tạo hàngđầu thế giới, đáp ứng được 50% nhu cầu năng lượng trong nước Dự kiến đếnnăm 2009, tổng đầu tư cho năng lượng tái tạo của Trung Quốc đạt khoảng 400

tỉ USD

Nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam: "Năng lượng tái tạo - giàu tiềm

năng, thiếu ứng dụng" Trong khi nhiều nước trên thế giới đã đưa việc sửdụng năng lượng tái tạo trở thành yêu cầu bắt buộc trong Chiến lược pháttriển năng lượng quốc gia, thì Việt Nam vẫn chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu

mà chưa có kế hoạch xây dựng và phát triển

Các đánh giá ban đầu đều cho thấy, Việt Nam là quốc gia có đầy đủ điềukiện để phát triển và phát triển mạnh các dạng năng lượng tái tạo, nhưngchúng ta cũng chỉ mới đặt mục tiêu khiêm tốn đến 2010, tỉ trọng năng lượngtái tạo chiếm trên 3% so với các nguồn năng lượng truyền thống khác

Nằm trong vùng nhiệt đới Việt Nam được xem là quốc gia tiềm năng vềnăng lượng mặt trời Tuy nhiên, đến nay ứng dụng của năng lượng mặt trờichủ yếu vẫn là pin mặt trời để cấp điện cho các hộ gia đình ở vùng sâu, vùng

xa, làm giàn đun nước nóng Năng lượng gió và địa nhiệt cũng có tiềm năng.Vùng có tiềm năng gió tốt tập trung ở khu vực ven biển và vùng cao nguyên,

có thể ứng dụng các loại động cơ gió phát điện

Với 9 hệ thống sông chính chảy về Việt Nam, cùng hàng ngàn sông suốinhỏ với vận tốc dòng chảy lớn, Việt Nam hiện là 1 trong 14 nước giàu thủynăng trên thế giới Đến nay, tổng công suất thuỷ điện nhỏ đã đạt 135MW vớihơn 500 trạm thuỷ điện nhỏ.

Mặc dù nhiều tiềm năng, song Việt Nam hầu như vẫn chưa ứng dụngđược bao nhiêu năng lượng tái tạo vào phát triển sản xuất, đặc biệt là sản xuấtđiện và nhiệt năng Do phần lớn các công nghệ năng lượng tái tạo thường cònquá đắt, vận hành và bảo dưỡng tương đối phức tạp trong khi đó chúngthường được ứng dụng cho các khu vực nông thôn, miền núi xa mạng lướicông trình năng lượng tái tạo thường chỉ phát triển khi có nguồn tài trợ nướcngoài hoặc chính sách hỗ trợ của Nhà nước

Trong một số trường hợp các dạng năng lượng thương mại còn được baocấp, trợ giá của Nhà nước, vì vậy các doanh nghiệp không mặn mà đầu tư dorủi do cao Liên quan đến chính sách và khung pháp chế để khuyến khíchnăng lượng tái tạo, theo các chuyên gia, cũng chưa đủ mạnh, đặc biệt là điệntái tạo, kể cả hợp đồng mua bán điện cũng như giá mua điện hiện nay khiếnnhà đầu tư vào nhà máy điện gặp nhiều khó khăn

IV-Ý nghĩa sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo

Đứng trước những dự kiến về một cuộc khủng hoảng năng lượng trongtương lai thì việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện năng đãđem lại nhiều lợi ích con người trong sản xuất, sinh hoạt, Các nguồn nănglượng tái tạo là các nguồn năng lượng sạch vừa giải quyết và thay thế cácnguồn năng lượng thiên nhiên sắp bị cạn kiệt, và nhất là bảo vệ môi trườngthiên nhiên, đồng thời giải quyết phần nào ô nhiễm môi trường do con ngườitạo ra

PHẦN II : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ.

I-Khái quát chung

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khíquyển trái đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặttrời Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưanhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kì cổ đại

Năng lượng gió đã được sử dụng từ hàng trăm năm nay Con người đãdùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ranăng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió

Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phátminh ra điện và máy phát điện Ban đầu các máy phát điện sức gió được chếtạo rất đơn giản, năng lượng gió chuyển thành năng lượng cơ học quay máyphát Sau này khi khoa học phát triển các máy phát điện sức gió đuợc chế tạođặc biệt hơn với công xuất lớn hơn và hiệu suất cao hơn Khi mà những cuộckhủng hoảng dầu trong thập niên 1970 xảy ra thì việc nghiên cứu sản xuấtnăng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, và người ta

đã phát triển các tuốc bin gió hiện đại

Theo thống kê của ngành điện, sản lượng điện năng sản xuất từ sức gióhiện nay trên thế giới tăng liên tục, năm 1994 là 3.527,5MW; năm 1997 là7.500MW và hiện nay là trên 10.000MW Sử dụng nguồn điện bằng sức giókhông lo hết nhiên liệu hay cạn kiệt nguồn nước như thủy điện và nhiệt điện,đặc biệt là không gây những tác động đáng kể đến môi trường.

Theo số liệu thống kê trên 20 thị trường lớn nhất trên thế giới thì riêngchâu Âu đã có 13 nước với Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhàmáy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với các nước còn lại Cácquốc gia còn lại, ngoại trừ Ai cập với 145 MW, đều có công suất lắp đặt íthơn 100 MW Có thể nhận ra được là nhiều nước chỉ mới khám phá ra nănglượng gió ở những năm gần đây và được dự đoán là sẽ có tăng trưởng mạnhtrong những năm sắp đến Trong năm 2005 theo ước tính có khoảng 10.000

MW được lắp đặt mới trên toàn thế giới mà trong đó có vào khoảng 2.000

MW là ở Đức

Mặc dù Việt Nam không có nhiều tiềm năng gió như các nước châu Âusong so với Đông Nam Á thì lại có tiềm năng tốt nhất Việt Nam được đánhgiá là nước có tiềm năng thiên nhiên về năng lượng gió tốt nhất Điều kiện tựnhiên ban cho Việt Nam chế độ gió 2 mùa rõ rệt theo 2 hướng trái chiều vớibiên độ dao động về tốc độ gió rất lớn

II-Nguyên lý làm việc

 Một số yêu cầu đối với trạm điện sức gió:

 Hệ thống làm việc độc lập nhưng vẫn cho phép sự can thiệp của conngười khi có yêu cầu

 Cấu trúc lắp đặt hệ thống phải đảm bảo thuận lợi cho công tác bảodưỡng, kiểm tra, thay thế

 Do điều kiện gió đầu vào của trạm phát điện luôn biến động theo thờigian còn công suất tiêu thụ phía đầu ra la luân biến đổi do đó hệ thống phải cókhả năng xử lý những thay đổi trong năng lượng thu và phát nhằm duy trì sựcân bằng năng lượng Tức là hệ thống thực hiện tích trữ hoặc bù đắp nănglượng trong điều kiện năng lượng đầu vào nhiều hơn hoặc ít hơn công xuấttiêu thụ phía phụ tải Nếu công suất tiêu thụ vượt quá lượng cung cấp đầu vào

và khả năng bù đắp, hệ thống có biện pháp kỹ thuật đảm bảo không bị rã lưới.Khi công suất tiêu thụ nhỏ còn năng lương thu được la quá lớn vượt quálượng có thể tích trữ lại hệ phải có biện pháp tiêu thụ nguần năng lượng dưthừa

 Nguyên lý làm việc

Năng lượng gió sẽ được chuyển hóa thành điện năng và được lấy ra từphía Stato của máy phát Hai bộ chỉnh lưu làm nhiệm vụ biến đổi năng lượngxoay chiều thành năng lượng một chiều đưa vào mạch một chiều Nối vớimạch một chiều có các bộ phận điện trở hãm , nghich lưu , mạch nạp ăc-quy

và ăc-quy Các phần tử này được tích hợp để phục vụ cho các bài toán kỹthuật của hệ thống Khi có dòng năng lượng một chiều sẽ được điều khiểncung cấp cho phụ tải thông qua khâu nghịch lưu, hoặc nạp vào ắc-quy khinăng lượng điện còn dư thừa, hoặc đưa tới điện trở công suất để giải phóngbớt năng lượng dư thừa

 Module nghịch lưu: Lấy nguồn điện một chiều từ khâu chỉnh lưu hoặc từnguồn một chiều dự trữ nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha cấp chophụ tải.Module nghịch lưu phải đảm bảo đáp ứng yêu cầu ổn định điện áp raphía tải tiêu thụ

 Module nạp ắc-quy : Bộ phận ắc-quy được sử dụng để điều phối quátrình thu và phát năng lượng Nếu năng lượng thu về từ máy phát lớn hơnnăng lượng tiêu thụ của lưới bộ phận ắc-quy rơi vào chế độ nạp và sẽ ngừngkhi được nạp đầy Khi năng lượng thu nhỏ hơn năng lượng tiêu thụ ắc-quy sẽ

chuyển sang chế độ phát đưa năng lượng ra phần một chiều bù đắp vào phầnthiếu hụt Ắc-quy chỉ ở chế độ phát khi năng lượng dự trữ trong nó giảm đếnmức giới hạn.

 Module điện trở hãm được thiết kế để giải quyết tình huống năng lượng

từ phía máy phát đưa đến mạch một chiều đã bắt đầu vượt quá năng lượngmột chiều đưa ra lưới tiêu thụ, gây ra sự mất cân bằng về năng lượng thu phátcủa hệ thống Khi phát hiện ra sự mất cân bằng này bộ phận điện trở đốt sẽhoạt động và thực hiện tiêu hao bớt năng lượng một chiều , giúp triệt tiêu sựmất cân bằng năng lượng trong hệ thống Mặt khác nó còn có tá dụng tăngmômen cản đối với máy phát

III-Cấu tạo máy phát điện sức gió

Hiện nay trạm phát điện sức gió được chế tạo với hai loại chính là trạmphát điện trục đứng và trạm phát điện trục ngang Tới nay hầu hết vẫn là cáctrạm phát điện trục ngang, gồm một máy phát điện có trục quay nằm ngang,với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với một tua bin 3 cánh đón gió Máy phátđiện được đặt trên một tháp cao hình côn Trạm phát điện kiểu này mang dángdấp những cối xay gió ở châu Âu từ những thế kỷ trước, nhưng rất thanh nhã

và hiện đại Các trạm phát điện trục đứng gồm một máy phát điện có trụcquay thẳng đứng, rotor nằm ngoài được nối với các cánh đón gió đặt thẳngđứng Trạm phong điện trục đứng có thể hoạt động bình đẳng với mọi hướnggió nên hiệu qủa cao hơn, lại có cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kíchthước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tubảo dưỡng đơn giản

1- Máy phát

Máy phát điện được lắp trên tháp phát điện là máy phát điện đồng bộ Donhà máy phong điện là tập hợp của nhiều các tháp phát điện vơi mỗi tháp cócông suất nhỏ cỡ vài chục kw/h thường là các máy phát điện đồng bộ kích từvĩnh cửu với những tháp có công suất lớn hơn thường sử dụng máy phát điệnđồng bộ roto lồng sóc

Stato của máy phát điện sức gió bao gồm các lá thép kỹ thuật điện ghéplại thành khối trụ Mặt ngoài có xẻ các rãnh để đặt dây quấn ba pha Statođược ép cố định lên một trục và cố định vào thân máy phát.

Roto của máy phát điện sức gió được gắn trực tiếp vào cánh của tuabingió và quay xung quanh stato trục stato và bạc Đối với loại roto máy phátđồng bộ kích từ vĩnh cửu thì vỏ máy cũng chính là mạch từ và trên vỏ máyngười ta gắn các thanh nam châm

2- Turbine gió.

Turbine gió ngang , có trục nằm ngang, truyền động trực tiếp từ turbinetới máy phát có cấu tạo gồm ba cánh có nhiệm vụ chuyển năng lượng gióthành mômen quay truỳen trực tiếp tới máy phát điện Các cánh được thiết kếđảm bảo tính linh hoạt, mềm dẻo trong quá trình làm việc bằng cách giảm cáctác động ở điều kiện thông thường và khắc nhiệt Cụm cánh phải được xử lýcân bằng động kỹ lưỡng nhằm đảm bảo vận hành êm turbine Trên các cánhngười ta thiết kế một cơ cấu lật cánh thụ động để hạn chế tốc độ quay tối đacủa Rotor khi gặp những luồng gió quá lớn

Thân Turbine vè cấu trúc là khung đỡ cơ học của toàn bộ Turbine gió Đây là nơi lắp và bảo vệ các vành góp điện , nơi lắp máy phát điện ThânTurbine thường được chế tạo bằng thép

Hệ thống đuôi : Là cơ cầu dùng để định hướng Turbine gió giúp choTurbine gió quay theo hướng có lợi nhất để thu được công suất gió lón nhất.Ngoài ra hệ thống đuôi còn có tác dụng bảo vệ Turbine khi tốc độ gió quá lớn.Vành góp và thanh quét : là nơi ghép nối giữa máy phát và cáp điện chạydọc theo chân cột xuống mặt đất, nó cho phép Turbine quay tự do theo chiềugió mà không gây nên xoắn cáp Để tăng độ tin cậy cáp điện được nối với hai

bộ thanh quét

3- Thân tháp và đế tháp.

 Thân tháp

Có kết cấu gồm một cột chính bằng thép ống tròn và tám dây cáp Támdây cáp được neo với cột tại tại các dộ cao h1 và h2 khác nhau tính từ mặt đất

và được bố trí đối xứng nhau qua tâm cột có tác dụng dữ cho cột ổn định vàchống lại chuyển vị lớn do lực gió gây ra Turbine được đặt tại đỉnh cột Cộtđược lắp với đế bằng khớp bản lề Kết cấu thân tháp và dây neo phải đượctính toán thiết kế để đảm bảo chịu được tải trọng lớn nhất của gió tác dụng lêncánh Turbine và tải trọng của Turbine

 Đế tháp.

Tùy theo địa hình lắp đặt

mà kết cấu đế tháp có nhữngthiết kế khác nhau để đảm bảo

độ vững chắc , và khả năngchịu lực của đế mà giá thànhkinh tế là tối ưu để giảm bớt chiphí đầu tư Trong kết cấu đếkhớp tại chân cột là vị trí quantrọng khi kết cấu đang ở trạng

thái làm việc cũng như lắp dựng toàn bộ lực dọc truc của cột chính được đặtnên kết cấu của khớp này.

IV- Kết luận

Ưu điểm dễ thấy nhất của phong điện là không tiêu tốn nhiên liệu, khônggây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm xâydựng

Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránhđược chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện

Trước đây, khi công nghệ phong điện còn ít được ứng dụng, việc xâydựng một trạm phong điện rất tốn kém, chi phí cho thiết bị và xây lắp đều rấtđắt nên chỉ được áp dụng trong một số trường hợp thật cần thiết Ngày nayphong điện đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, côngnghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm phongđiện hiện nay chỉ bằng ¼ so với năm 1986

Phong điện đã trở thành một trong những giải pháp năng lượng quantrọng ở nhiều nước, và cũng rất phù hợp với điều kiện Việt nam

Hiện nay ở việt nam đang triển khai xây dựng một số nhà máy phongđiện lớn tại khu vực miền trung như nhà máy phong điện phương mai với vớicác tổ hợp có công suất 50 MW giai đoạn 1 và sẽ nâng công suất lên 350 MW

PHẦN III : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.

Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn(thường gọi là hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điệnmột chiều từ ánh sáng mặt trời

Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặttrời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hoá trị 4

I-Cấu tạo của pin mặt trời

1- Phân loại và vật liệu của pin mặt trời

Hiện nay vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể Pin mặttrời từ tinh thể chia ra thành 3 loại:

 Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trìnhCzochralski Dơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất đắttiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ởgóc nối các module

 Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làmnguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các pin đơn tinh thể, tuynhiên hiệu suất kém hơn Chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bềmặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó

 Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu chúc

đa tinh thể Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhấttrong các loại vì không cần phải cắt từ các thỏi silicon

Hiện nay người ta chế tạo pin mặt trời bằng vật liệu Si vô định hình Sovới pin mặt trời tinh thể Si thì pin mặt trời loại này có giá rẻ hơn nhưng hiệusuất thấp hơn và kém ổn định

Ngoài Si, người ta đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác

có triển vọng như SunfitCadmi- Đồng (CuCds), gallium-arsenit (GaAs)…

2- Cấu tạo.

Được tạo lên bởi hai lớp kim loại cách điện với nhau (như hình vẽ)

Cấu tạo pin mặt trời

Hình dạng 1 tấm pin mặt trời

 Lớp kim loại I, gọi là lớp cảm ứng: lớp này được tích điện đến một điệnthế nào đó, bằng cách nối với một cực của nguồn điện, cực còn lại của nguồnđược nối với đất Bằng cách này ta sẽ tích điện được cho lớp kim loại I, vớimột điện thế đúng bằng điện thế nguồn

 Lớp kim loại II: Là lớp bị cảm ứng, khi lớp I mang điện, sẽ tạo lên cholớp kim loại II hai lớp điện tích trái dấu, cùng tồn tại trên hai mặt của lớp II

 Cả hai lớp kim loại được tạo với nhau như một hình nón trùng khít lênnhau (hình vẽ).

 Cả hai lớp kim loại này được chế tạo rất mỏng, mục đích là làm giảm

số tương tác của các electron với các nguyên tử, phân tử vật chất Vì vậy làmgiảm sự nóng lên của hai lớp kim loại đến mức nhỏ nhất

II- Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời

Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức

xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện

1- Hiệu ứng quang điện

Xét một hệ hai mức năng lượng điện tử E1 < E2, bình thường điện tửchiếm mức năng lượng thấp hơn E1 Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánhsáng photon có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck, v là tần số ánhsáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng E2. Ta có phươngtrình cân bằng năng lượng: hv = E2 – E1

Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện

tử vòng ngoài, nên các mức năng lương của nó bị tách ra nhiều mức nănglượng sát nhau và tạo thành các vùng năng lượng Vùng năng lượng thấp bịcác điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị, mà mặttrên của nó có mức năng lượng Ev Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn

toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng cónăng lượng là Ec Cách ly giữa 2 vùng hoá trị và vùng dẫn là một vùng cấp có

đọ rộng với năng lượng là Eg trong đó không có mức năng lượng cho phépnào của điện tử

Khi nhận bức xạ mặt trời, photon có năng lượng hv tới hệ thống và bịđiện tử ở vùng hoá trị thấp hấp thu và nó có thể chuyển lên vùng đẫn để trởthành điện tử tự do e- Để lại ở vùng hoá trị một lỗ trống có thể coi như hạtmang điện dương,ký hiệu là h+ Lỗ trống này có thể di chuyển và tham giavào quá trình dẫn điện

Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ photon có thể mô tả bằng pươngtrình: Ev + hv → e- + h+

Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từvùng hoá trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lỗ trống là hv = hc/λ ≥ Eg = Ec -

Ev Từ đó có thể tính được bước song tới hạn λc của ánh sáng để có thể tạo racặp e- - h+ :

λ c = hc/ Ec – Ev = hc/Eg = 1,24/Eg.(µm)Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích e- và h+ đều tự phát tham gia vàoquá trình phục hồi, e- chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng đểchuyển đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trống h+ chuyển đến mặt của Ev, quátrình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn 10-12 → 10-1 giây vàgây ra dao đông mạnh (photon) Năng lượng bị tổn hao do quá trình phục hồi

sẽ là Eph = hv – Eg

Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hoá trị hấpthụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện lỗtrống e- - h+ , tức là đã tạo ra một điện thế.Hiện tượng đó gọi là hiệu ứngquang điện bên trong

2- Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.

prôtôn Điện tử tự do

Bước 3 Phô tôn

MặttrờiLớp n