Năng lượng tái tạo Renewable energy

Tổng quan về các loại năng lượng tái tạo; khái niệm, ứng dụng, ưu nhược điểm của các loại năng lượng: gió, mặt trời, địa nhiệt, biomass, pin nhiên liệu,... Đây là bài viết khá chi tiết và đầy đủ về năng lượng tái tạo cho đến đầu năm 2016.

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU

Vấn đề năng lượng và môi trường hiện nay được xem như là một vấn nạn củatoàn cầu Năng lượng là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và quý giá đối với sựtồn tại và phát triển của xã hội cũng như duy trì mọi sự sống trên trái đất Nguyên nhânchính của việc giảm năng lượng là do việc khai thác và sử dụng quá mức của conngười đã làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên làm mất đi cân bằng sinh thái, dẫnđến nguy cơ mất an ninh năng lượng ở nhiều quốc gia, khu vực và thế giới Vấn đề đặt

ra là phải có nguồn tài nguyên có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng của conngười Năng lượng tái tạo một trong những hướng đi quan trọng trong việc giải quyếtvấn đề năng lượng

Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng gần như vô tận, vừa giải quyết đượcvấn đề năng lượng mà nó còn giải quyết được vấn đề môi trường, do ta có thể tận dụngđược những thứ mà ta không còn có thể sử dụng được để tạo ra nguồn năng lượngsạch, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và giảm thiểu nhanh việc gây ô nhiễmmôi trường

Từ những thực tế trên, chúng em đã chọn đề tài: “TÌM HIỂU VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO”, nhằm nắm rõ được vài trò, ứng dụng và hiệu quả mà năng

lượng tái tạo mang lại

Trang

DANH MỤC HÌNH

Trang

DANH MỤC BẢNG

Trang

GVHD: Thiều Quang Quốc Việt Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Định nghĩa phát triển bền vững [1]

Năm 1987, Uỷ ban Môi trường và Phát triển của Liên Hợp Quốc đã đưa ra khái

niệm Phát triển bền vững: “Phát triển bền vững là sự phát triển nhằm đáp ứng nhu

cầu của thế hệ hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai”.

-Báo cáo Bruntland (1987)

Hội nghị thượng đỉnh Trái Đất về môi trường và phát triển tổ chức ở Rio DeJanero (Braxin) năm 1992 và hội nghị thượng đỉnh thế giới về phát triển bền vững tổ

chức ở Johannesburg (Cộng hòa Nam Phi) năm 2002 đã xác định “phát triển bền vững” là quá trình phát triển có sự kết hợp chặt chẽ, hợp lý và hài hòa giữa ba mặt của sự phát triển gồm: phát triển kinh tế (nhất là tăng trưởng kinh tế), phát triển xã hội (nhất là thực hiện tiến bộ, công bằng xã hội, xóa đói giảm nghèo và giải quyết việc làm) và bảo vệ môi trường (nhất là xử lý, khắc phục ô nhiễm, phục hồi và cải thiện chất lượng môi trường, phòng chống cháy và chặt phá rừng; khai thác hợp lý và sử dụng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên) Tiêu chí để đánh giá sự phát triển bền vững là

sự tăng trưởng kinh tế ổn định thực hiện tốt tiến bộ và công bằng xã hội; khai thác hợp

lý, sử dụng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ và nâng cao được chất lượng môi

trường sống.

1.2 Định nghĩa, lịch sử nghiên cứu năng lượng tái tạo

1.2.1 Định nghĩa năng lượng tái tạo [2], [4], [7], [19]

Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phươngpháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn

Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trởthành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là

GVHD: Thiều Quang Quốc Việt Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối)trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất

1.2.2 Lịch sử nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo [4], [5], [17], [18]

Bảng 1-1: Lịch sử nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo

200 BCE Người dân cổ xưa của Ấn Độ, Trung Quốc, Imperial Rome đã xây

dựng các nhà máy chạy bằng sức nước để xay bột

250 - 400 A.D. Người La Mã cổ đại chế tạo thành công cối xay thủy lực 16 bánh

với công suất trên 40 mã lực

800-1500 A.D Năng lượng gió được sử dụng trong hàng hải

874 A.D Bắt đầu sử dụng năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm

1839 Willam Robert Grove đã tạo ra pin nhiên liệu đầu tiên

1840-1865 Bánh xe khổng lồ đường kính 72 foot chạy bằng sức nước có công

suất 572 mã lực, đặt tại vùng đảo Mann

1874 Lần đầu tiên ethanol được sản xuất bằng bột giấy

1881-1887 Nhà máy thủy điện đầu tiên ra đời tại bang Wisconsin (Hoa Kỳ)

Heinirch Hertz phát hiện hiệu ứng quang điện

1892 Hệ thống sưởi khu vực Hoa Kỳ ở Boise, Idaho được cung cấp trực

tiếp từ năng lượng địa nhiệt1900-1910 Điện địa nhiệt bắt đầu được thương mại hóa ở Italy

1911-1919 Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời được công nhận trong bài

báo khoa học Mỹ năm 1911 “in the far distant future, natural fuelshaving been exhausted [solar power] will remain as the only means

of existence of the human race”

1960s Hiệp ước Không khí sạch (Clean Air Act) được ký kết

1990s Bổ sung yêu cầu kiểm soát ô nhiễm trong khế ước Không Khí sạch

(Clean Air Act)

http://www.eoearth.org/view/article/151129/

Trữ lượng địa nhiệt trên thế giới ước khoảng trên 6.000 MW

GVHD: Thiều Quang Quốc Việt Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

1.3 Tình hình sử dụng năng lượng hiện nay [20]

Hình 1-1: Biểu đồ thể hiện tình hình sử dụng năng lượng qua các năm từ năm

1990 đến năm 2014

 Nhận xét:

Nhu cầu sử dụng năng lượng trên thế giới ngày càng tăng qua các năm Và tăng

ở các loại năng lượng khác nhau

Năng lượng tái tạo chiếm tỉ trọng thấp nhất trong các loại năng lượng đang được sửdụng hiện nay

CHƯƠNG 2 CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO2.1 Năng lượng gió [3], [4], [5], [11]

Hình 2-1: Mô hình nhà máy điện gió

Nguồn: http://ecchaiphong.gov.vn/?pageid=newsdetailsHA&catid=2&ID=562

2.1.1 Khái niệm

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyểnTrái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Sử dụngnăng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tựnhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại

2.1.2 Nguyên nhân hình thành gió

Bức xạ Mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho nước vàbầu khí quyển nóng lên không đều nhau, dẫn tới sự chênh lệch về áp suất làm chokhông khí dịch chuyển tạo thành gió

Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trụccủa Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển độngthẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu vàNam bán cầu

Trục quay của Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo do nó tạo thành khiquay quanh Mặt Trời tạo thành các dòng không khí theo mùa.

Pitch (bước răng): Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor

quay với tốc độ hợp lý nhất nhằm đạt hiệu suất sinh điện cao nhát Nó bảo vệ cánhquạt và rotor trong điều kiện gió quá lớn

Blake (phanh đĩa): Có thể áp dụng máy móc, điện, thủy lực để dừng rotor

trong trường hợp khẩn cấp

Low - speed shaft (trục tốc độ thấp): Rotor quay trục tốc độ thấp ở khoảng

Controller (bộ điều khiển): Khởi động máy với tốc độ gió khoảng 8-16

dặm/giờ (mph) và tắt máy tại khoảng 55 mph Tuabin không hoạt động ở tốc độ giótrên khoảng 55 mph vì nó có thể bị hư hỏng bởi những cơn gió cao

Anemometer (máy đo gió): Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ

gió tới bộ điều khiển

Wind vane (gió cánh): Để xử lý hướng gió và liên lạc với các ổ đĩa yaw để

định hướng turbines gió

Nacelle (thùng máy bay): Nằm trên đỉnh tháp và bao gồm hộp số, trục thấp và

tốc độ cao, máy phát điện, bộ điều khiển và phanh

High - speed shaft (trục quay tốc độ cao): Ổ đĩa máy phát điện Là trục truyền

động của máy phát ở tốc độ cao

Yaw drive (ổ đĩa Yaw): Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về gió chính

khi có sự thay đổi hướng gió

Yaw motor (động cơ Yaw): Động cơ cung cấp cho “Yaw drive” định được

hướng gió

Tower ( trụ đỡ Nacelle): Tower được làm từ thép ống, bê tông hoặc lưới thép.

Bởi vì tốc độ gió tăng lên với chiều cao, tháp cao cho phép turbines dẽ nắm bắt nănglượng hơn và tạo ra nhiều điện hơn

 Nguyên lý hoạt động

Tuabin gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện đểtạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện

Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của giólàm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính vàtrục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.

Tùy vào công suất của từng loại tuabin mà chiều cao cũng như chiều dài sảicánh của tuabin cũng khác nhau Ta phải tính toán sao cho phù hợp với tuabin Thôngthường tuabin thường được đặt ở vị trí cao hơn mặt đất là 30 m vì ở đây các luồng giótương đối ổn định

Các tuabin gió được đặt tại các cánh đồng gió có chiều dài cánh vào khoảng

20 m đến 30 m hoặc cao hơn Chiều cao các tuabin vào khoảng 60 m đến 90 m

Ngày nay, do nhu cầu cao về công suất nên chiều dài cánh cũng như chiều caocủa tuabin gió cũng tăng lên đáng kể Chiều dài cánh của tuabin tối đa đạt 80 m vàchiều cao vào khoảng 70 - 120 m có khi lên tới 170 m

b Turbines gió trục đứng

 Cấu tạo

Hình 2-3: Cấu tạo Tua bin gió trục đứng

Nguồn: electricity-production/vertical-axis-wind-turbine.php

http://www.visualdictionaryonline.com/energy/wind-energy/wind-turbines-Base (phần đáy) Cấu trúc gối tựa rôto của tuabin chạy bằng sức gió và trang bị

dùng để tạo ra điện ( bao gồm hộp số và máy phát điện xoay chiều )

Central column (trục trung tâm) phần hình trụ thẳng đứng mà lưỡi được đính

kèm; lực của gió trên cánh khiến nó xoay

Strut (cột chống) Phần đường nằm ngang nối cánh với trục trung tâm để làm

tăng bền nó

Aerodynamic brake (phanh khí động lực) hệ thống phanh khẩn cấp, nó bao

gồm chớp gắn vào lưỡi, mà tự động triển khai khi các tuabin chạy bằng sức gió với tốc

độ cao

Guy wire (dây chằng): cáp nối chóp của trục thẳng đứng với nền bê tông để

nắm giữ tuabin chạy bằng sức gió đưa vào vị trí trụ

Rotor: quay phần của tuabin chạy bằng sức gió thường được cấu thành từ hai

hoặc ba lưỡi dao ; rotor quay dẫn động máy phát điện xoay chiều để sản xuất điện

Blade (lưỡi): phần khí động lực học được gắn vào trục trung tâm ; lực của gió

- Sự nóng lên cảu toàn cầu là một trong những thách thức lớn nhất đối với toànnhân loại Theo các báo cáo được công bố về vấn đề này, một yêu cầu cấp thiết là phảigiảm phát thải các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển của Trái đất Năng lượng gió là

lựa chọn một thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta, bởi nó khônggây ô nhiễm trên diện rộng như các nhiên liệu hóa thạch.

- Có thể phải khai phá cả một vùng đất lớn để xây dựng một nhà máy điện.Nhưng với một nhà máy điện sử dụng năng lượng gió, bạn chỉ cần một diện tích nhỏ

để xây dựng Sau khi lắp đặt các tua bin, khu vực này vẫn có thể được sử dụng chocanh tác hoặc các hoạt động nông nghiệp khác

- Một trong những lợi thế lớn nhất của năng lượng gió so với các nguồn nănglượng tái tạo khác là hiệu quả về mặt chi phí Không có các chi phí liên quan đến việcmua, vận chuyển nhiên liệu vào tua bin gió, như các nhà máy điện hoạt động bằngthan Thêm vào đó, với những tiến bộ trong công nghệ, năng lượng gió sẽ trở nên rẻhơn, do đó sẽ làm giảm được lượng vốn mà các nước phải bỏ ra để đáp ứng nhu cầunăng lượng

- Các nước đang phát triển thiếu cơ sở hạ tầng cần thiết để xây dựng một nhàmáy điện, có thể được hưởng lợi từ nguồn năng lượng này Chi phí lắp đặt một tuabingió là thấp hơn so với một nhà máy điện than, các quốc gia không có nhiều kinh phí,

có thể lựa chọn sử dụng phương án với hiệu quả chi phí cao mà vẫn đáp ứng được nhucầu về năng lượng

b Nhược điểm

- Nhược điểm lớn nhất năng lượng gió là nó không liên tục Điện có thể đượcsản xuất và cung cấp đầy đủ khi gió đủ mạnh, cũng có thời điểm gió tạm lắng, việc sảnxuất điện bằng năng lượng gió là không thể Những nỗ lực đã được thực hiện lưu trữnăng lượng gió thành công và sử dụng nó kết hợp với các dạng năng lượng khác, tuynhiên, để nguồn năng lượng này trở thành một nguồn năng lượng chính trong tương laigần, những nỗ lực này cần phải được nhanh chóng và rộng rãi hơn

- Do tính chất không liên tục của năng lượng gió, nó cần phải được lưu trữ hoặcphải sử dụng thêm các nguồn năng lượng thông thường Tuy nhiên, việc lưu trữ nó tốnkhá nhiều chi phí và các quốc gia phải sử dụng các nhà máy nhiên liệu hóa thạch đểđáp ứng nhu cầu năng lượng

- Có những báo cáo trước đây về sự nguy hiểm mà cối xay gió đặt ra với cácloài chim Do chiều cao đáng kể của các cối xay gió nên thường gây ra sự va chạm vớicác loài chim đang bay, và một số lượng lớn các loài chim chết vì lý do này

- Lắp đặt cối xay gió phải đối mặt với sự phản đối gay gắt từ những người sốngtrong khu vực lân cận, nơi mà các nhà máy điện gió đã được dự kiến xây dựng Các

yếu tố như tốc độ của gió và tần số của nó được đưa vào để tính toán trước khi lựachọn nơi để lắp đặt một cối xay gió và đôi khi người dân địa phương kiên quyết phảnđối kế hoạch này Một trong những lý do chính gây ra sự phản đối của họ là cối xaygió sẽ gây ra ô nhiễm tiếng ồn Ngoài ra, một số ý kiến cho rằng tua-bin gió làm ảnhhưởng xấu đến thẩm mỹ của một thành phố và ngành công nghiệp du lịch trong khuvực của họ.

2.1.5 Ứng dụng

a Ứng dụng động cơ gió bơm nước

Động cơ gió bơm nước có hai loại máy bơm nước hỗ trợ là máy bơm qua lạitruyền thống và hệ thống máy bơm khí nén

Máy bơm qua lại truyền thống có cối xay gió nằm trực tiếp trên nguồn nước.Bơm nước bằng guồng đạp nước truyền thống có chi phí rẻ nhưng hiệu suất thấp hoặcbằng bơm piston hoặc bơm màng để hiệu suất cao hơn

Hệ thống bơm khí nén được sử dụng phổ biến hơn vì chi phí thấp Đây là loạimáy bơm dựa vào hoạt động của cối xay gió để nén khí kích hoạt máy bơm nằm trongnước Nước được bơm cho đến khi van nổi lên để đóng mở cửa, đồng thời khí nén hấtnước ra cửa bơm và đẩy lên máng

Hình 2-4: Ứng dụng bơm nước bằng năng lượng gió

Nguồn: mat-troi.aspx

http://www.viettrunginves.com/vi-VN/san-pham/bom-nuoc-nang-luong-gio-b Ứng dụng động cơ gió phát điện

Đây là ứng dụng quan trọng nhất của động cơ gió Dựa trên nguyên tắc hoạtđộng của cối xay gió, người ta nghiên cứu máy phát điện gió để sản xuất điện năng.Trên cơ sở áp dụng những thành tựu mới của khoa học công nghệ, các cánh gió củacối xay gió cũng như các thiết bị xây dựng được chế tạo đặc biệt hơn

Hình 2-5: Cánh đồng điện gió London Array, Anh

Nguồn: at-london-array/

http://www.londonarray.com/project/renewable-energy-record-achieved-Trang trại điện gió London Array được xây dựng ngay ở cửa sông Thames vớidiện tích 90 km2 đổ ra biển phía Đông nước Anh với 175 tuabin và công suất 630 MW.Công suất một tua bin gió là vào khoảng 3,6 MW trên năm có khả năng cung cấp điệntiêu dùng cho 470.000 hộ gia đình Đường kính vòng quay của tua bin là 120 m, tuabin được đặt trên tháp cao 87 m, chiều cao tính từ chân cột lên tới chóp đỉnh của cánhquạt là khoảng 147 m Theo ước tính của các chuyên gia, trang trại điện phong LondonArray sẽ giúp Anh giảm 925.000 tấn khí CO2 mỗi năm

c Sạc pin điện thoại

Công ty Skajaquoda (Mỹ) đã trình làng tuabin gió di động Trinity – thiết bị cókhả năng sạc pin điện thoại trong mọi hoàn cảnh, chỉ cần một cơn gió nhẹ

Trinity gồm 2 phần chính là phần thân trụ bằng nhựa có gắn cánh quạt ở trên và

3 chân đế bên dưới, với chiều cao 30,5 cm khi gấp gọn Để sử dụng, người dùng chỉcần mở bung 3 chân bằng nhôm của tua-bin ra để tạo thành bộ kiềng ba chân vữngchắc, rồi dựng thiết bị ở nơi có gió

Đặc biệt, Trinity có khả năng chống thấm nước nên nó vẫn hoạt động tốt lúctrời mưa Khi các cánh quạt bị thổi quay, chúng cũng làm xoay một máy phát điệncông suất 15 W đặt ở bên trong Thiết bị này sau đó chuyển cơ năng thành điện năng

để sạc đầy bộ pin lithium-polymer 15.000 mAH Lúc này, người dùng có thể chọn 1trong 2 cổng USB có sẵn dưới đáy tuabin để cắm dây sạc pin điện thoại hoặc nhữngthiết bị tương thích khác

Hình 2-6: Turbine gió cỡ nhỏ phát điện sạc điện thoại

Nguồn: http://khoahoc.tv/sac-pin-dien-thoai-bang-tuabin-gio-53430

2.2 Năng lượng đại dương gồm sóng biển và thủy triều [7], [3], [4], [21]

Hình 2-7: Hệ thống phát điện sử dụng sóng biển

Nguồn: trieu/hfLk07l

https://www.ohay.tv/view/cac-mo-hinh-san-xuat-dien-tu-song-bien-va-thuy-Hình 2-8: Hệ thống phát điện sử dụng thủy triều

b Nguyên lý hoạt động

 Thiết bị PELAMIS

Pelamis là một hệ thống phao, gồm các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nối vớinhau bằng bản lề Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác động mạnhlên hệ thống bơm thủy lực làm quay tuabin phát điện Hàng loạt thiết bị tương tự sẽđược kết nối với nhau, làm cho tuabin hoạt động liên tục Dòng điện này truyền quadây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sửdụng Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là1,2 km2 Pelamis neo ở độ sâu chừng 50-70 m; cách bờ dưới 10 km, là nơi có mứcnăng lượng cao trong các con sóng Pelamis gồm 3 modul biến đổi năng lượng, mỗi

modul có hệ thống cách bờ dưới 10 km, là nơi thiết bị Pelamis có thể cho công suất

750 kW, nó có chiều dài 140-150 m, có đường kính ống 3 – 3,5 m

Hình 2-9: Nguyên lý hoạt động của thiết bị Pelamis

Nguồn: operation-of-Pelamis-wave-technology

https://www.researchgate.net/figure/262116355_fig5_Figure-6-Principle-of- Hệ thống phao tiêu nổi AQUABUOY

Nhờ việc trồi lên, ngụp xuống của sóng biển làm hệ thống phao nổi dập dềnhlên xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyển động tạo ra dòng điện Điện dẫn qua hệthống cáp ngầm đưa lên bờ vào lưới điện Mỗi phao có thể đạt công suất 250 kW, vớiđường kính phao 6 m, nếu trạm phát điện có công suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km2 mặtbiển Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khisóng nén, nước biển phụt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp làm quay tuabin,điện thu được truyền qua cáp dưới đáy biển Ngoài ra, trên các Aquabuoy đặt các tấmpin mặt trời, tuabin gió nhỏ nhằm tạo ra các nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩnđoán gắn trong Aquabuoy Hệ thống Aquabuoy thường lắp cách bờ chừng 5 km nơibiển sâu 50 m

Hình 2-10: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phao tiêu nổi Aquabuoy

Nguồn: operation-of-AquaBuOY-wave-energy-technology

https://www.researchgate.net/figure/262116355_fig8_Figure-9-Principle-of- Hệ thống phao tiêu chìm AWS

Hệ thống tạo ra năng lượng do sóng biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh

ra do biến đổi của cột nước Hệ thống phao tiêu AWS là một xi lanh dài 35 m, rộng 10

m chứa khí nén bên trong khiến phao không chìm, nửa trên chỉ chuyển động theochiều thẳng đứng Khi sóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cộtnước và phần bên trên hệ thống bị đẩy xuống dưới Giữa hai đợt sóng, cột nước hạxuống, áp suất hạ theo làm nổi lên phần trên của hệ thống Chuyển động bơm biếnthành điện năng Điện được chuyển tải qua cáp ngầm, lên hòa vào lưới điện quốc gia

Hình 2-11: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phao tiêu chìm AWS

b Nguyên lý hoạt động

Để thu được năng lượng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước.Mực nước lên trong một phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển, mộtphần bị chìm dưới mặt nước biển Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ratheo một lỗ trống vào một turbine Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bên trongphòng sẽ hút không khí đi qua turbine theo hướng ngược lại Tuabin xoay tròn làmquay một máy phát để sản xuất điện

Hình 2-12: Nguyên lý hoạt động của đập thủy triều

Nguồn: http://sotnmt.ninhthuan.gov.vn/News/?ID=1774&CatID=73

2.2.3 Ưu điểm và nhược điểmcủa năng lượng đại dương

- Chi phí hoạt động cũng như chi phí bảo dưỡng thấp

- Bảo vệ bờ biển khỏi các nguy hiểm từ bão

- Không gây thiệt hại đối với đất, không sinh ra khí ô nhiễm

b Nhược điểm

- Đòi hỏi yêu cầu cao về mặt công nghệ

- Chi phí xây dựng, chi phí hoạt động khá lớn

- Ảnh hưởng đến khả năng khai thác thủy hải sản

- Ở một số khu vực, năng lượng sóng không ổn định gây khó khăn cho quá trìnhkhai thác

- Các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển có thể bị hư hại hoặc gây nguyhiểm cho các sinh vật biển

- Gây ô nhiễm tiếng ồn

- Việc vận chuyển năng lượng là một yếu tố rất lớn bởi vì năng lượng được sảnxuất cần phải chuyển đến một nơi rất xa từ bờ biển

2.2.4 Ứng dụng

Sản xuất điện năng

 Hệ thống WaveNET đang được thử nghiệm ngoài khơi Scotland Mỗi đơn vị Squid

cao 6 m có công suất 7,5 kW, phiên bản 12 m có công suất 75 kW và phiên bản 24 m

có công suất 750 kW

Hình 2-13: Hệ thống waveNet, Scotland, Anh

Nguồn:http://static.thanhnien.com.vn/uploaded/2014/pictures201411/thanh_luan/8/ta u.jpg?width=1600&encoder=wic&subsampling=444

 Nhà máy điện thủy triều Sihwa (Hàn Quốc) bắt đầu được đưa vào vận hành cuối

tháng 8 năm 2011 Nhà máy được xây trên một khu đất rộng 140.000 m2, với 10 động

cơ tuabin 25,4 MW và 8 cửa cống đã được lắp đặt ở phần dưới của nhà máy điện cao

15 tầng Đường kính của máy phát điện chạy bằng tuabin lên tới 14m và chiều dàicánh quạt là 7,5 m Những máy phát điện chạy bằng tuabin khổng lồ này sản xuất ra254.000 kW điện một ngày và 552,7 triệu kW điện một năm, với hiệu suất năng lượng

544 triệu kW/năm Lượng điện này đủ để cung cấp cho 500.000 hộ gia đình trong khuvực Khi nhà máy điện thủy triều Sihwa được vận hành hết công suất, có thể sẽ giúpgiảm bớt 862.000 thùng dầu nhập khẩu, đồng thời giảm 315.000 tấn CO2 phát thảihằng năm

Hình 2-14: Nhà máy điện thủy triều Sihwa, Hàn Quốc

Nguồn: http://www.korea.net/NewsFocus/Sci-Tech/view?articleId=104426

2.3 Năng lượng mặt trời [2], [3], [4], [11]

Hình 2-15: Sơ đồ hệ thống điện sử dụng năng lượng từ pin mặt trời

Nguồn: Viet-Nam/

http://solarpower.vn/vi/bvct/id18/Nang-luong-mat-troi -Tiem-nang-lon-o-2.3.1 Khái niệm

Theo định nghĩa của cơ quan năng lượng quốc tế: “Năng lượng mặt trời là bức

xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời Năng lượng măt trời được khai thác sử dụng hàng loạt trong các lĩnh vực công nghệ như hệ thống sưởi năng lượng mặt trời , pin mặt trời , năng lượng nhiệt mặt trời , kiến trúc năng lượng mặt trời và quang hợp nhân tạo ”.

2.3.2 Nguyên lý hoạt động

a Điện mặt trời (pin quang điện)

Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyểnhóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điệnnăng) dựa trên hiệu ứng quang điện

Hình 2-16: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Nguồn: http://khoahoc.tv/pin-mat-troi-hoat-dong-nhu-the-nao-45987

Hiện tượng quang điện là hiên tượng các electron trên bề mặt kim loại bị đánhbật ra do tác dụng của các hạt photon của ánh sáng mặt trời Nguyên nhân là do cácphoton đã truyền năng lượng cho các electron làm cho các electron di chuyển ra khỏinguyên tử

Pin mặt trời gồm có 4 lớp: hai lớp ngoài cùng là 2 lớp kính có tác dụng bảo vệpin, hai lớp bên trong là hai lớp bán dẫn loại P và lớp bán dẫn loại N

Hình 2-17: Cấu tạo pin mặt trời

Nguồn: http://khoahoc.tv/pin-mat-troi-hoat-dong-nhu-the-nao-45987

Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Chấtbán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt

độ phòng

Có 2 loại chất bán dẫn là chất bán dẫn P và chất bán dẫn N

Chất bán dẫn N được tao ra bằng cách pha silicon với photpho, photpho cần 5electron để trung hòa điện tích và có đủ 5 electron trong vỏ của nó Khi kết hợp vớisilicon, một electron sẽ bị dư ra Electron đặc trưng cho điện tích âm nên phần này sẽđược gọi là silicon loại N (điện cực N)

Để tạo ra silicon loại P (điện cực P), các nhà khoa học kết hợp silicon vớiboron Boron chỉ cần 3 electron để trung hòa điện tích và khi kết hợp với silicon sẽ tạo

ra những lỗ trống cần được lấp đầy bởi electron

Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời,các hạt nhỏ năng lượng có thể tiếp xúc với các tế bào năng lượng mặt trời và nới lỏngliên kết của các electron ở điện cực N Sự di chuyển của các electron tự do từ điện cực

N tới điện cực P tạo ra dòng điện Một bộ biến tần được gắn với các tế bào năng lượngmặt trời sẽ biến dòng điện từ một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) Dòngđiện xoay chiều là dòng điện chúng ta đang sử dụng ở khắp mọi nơi

Hiệu suất của pin mặt trời là tỉ số giữa năng lượng điện từ và năng lượng ánhsáng Mặt trời Hiện nay, hiệu suất của pin mặt trời là khá thấp, nó thay đổi vào khoảng6% đến 30% tùy vào vật liệu làm pin Các bộ thu bức xạ mặt trời ngày càng đa dạng

về mẫu mã, nhưng nói chung có thể phân thành hai nhóm: Bộ thu năng lượng mặt trờidạng tấm phẳng được sản xuất để thu năng lượng mặt trời ở nhiệt độ không cao (60-

70OC) và các bộ thu năng lượng mặt trời dạng hội tụ bức xạ trực tiếp có nhiệt độ cao(700-800OC) hoặc rất cao trên 1000OC

b Nhiệt mặt trời

Hình 2-18: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống máy nước nóng năng lượng mặt trời

Nguồn: luong-mat-troi-cach-su-dung-may-nuoc-nong-mat-troi/

http://www.maynuocnong.com/cau-tao-hoat-dong-cua-may-nuoc-nong-nang-Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệukính lồng kính để biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt để thu giữ lượngnhiệt này Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ đun nóng nước, doquá trình đối lưu nhiệt, nước tại bình bảo ôn sẽ tăng lên Quá trình này sẽ diễn ra liêntục cho đến khi nhiệt độ trong bình bằng nhiệt độ của nước tại thiết bị hấp thụ nhiệt

2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng mặt trời

b Nhược điểm

- Gặp khó khăn trong việc thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiếtmây mù

- Chi phí cho việc sản xuất các vật dụng hấp thụ năng lượng mặt trời còn cao

- Ở Việt Nam, các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứngdụng rộng rãi mà chỉ tập trung tại nông thôn, miền núi – nơi mức sống tương đối thấp

2 m và rộng khoảng 3 m Các tấm này sẽ phản chiếu ánh sáng mặt trời và đun nóngcác nồi hơi đặt trên ba tòa tháp cao 140m Năng lượng mặt trời được sử dụng để tạo rahơi nước trong các nồi hơi và đẩy ra các tua-bin để tạo điện Nhà máy Ivanpah bắt đầusản xuất điện từ tháng 12/2013 mỗi năm sản xuất được gần 400 MW điện Ivanpahhiện là nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới Đứng sau nó là nhà máy Solaben ở TâyBan Nha, với công suất 200 MW một năm

Hình 2-19: Nhà máy điện mặt trời (hoạt động bằng nhiệt mặt trời) Ivanpah

Nguồn: http://khoahoc.tv/nha-may-dien-mat-troi-lon-nhat-the-gioi-58213

năm

Hình 2-20: Nhà máy điện mặt trời Solar Star tọa lạc tại Rosamond, California, Mỹ

Nguồn: 2014-year-in-review/

http://solarbuildermag.com/news/findings-from-the-u-s-solar-market-insight-Hai dạng hệ thống dân dụng sử dụng năng lượng mặt trời phổ biến nhất hiệnnay là hệ thống sưởi nhiệt Mặt Trời và hệ thống Quang Điện cá nhân Các hệ thốngkhác bao gồm: hệ thống đun nước Mặt Trời, máy bơm năng lượng mặt trời, và Điệnmặt trời dùng tại các trạm thông tin vô tuyến ở vùng xâu vùng xa

Ngày nay, việc sử dụng các thiết bị di động ngày trở nên phổ biến Các thiết bịnày thường có dung lượng pin thấp để khắc phục các nhà khoa học đã tạo ra các loạipin mặt trời cỡ nhỏ để sạc pin cho các thiết bị này ở bất kì nơi đâu

Hình 2-21: Ứng dụng của pin mặt trời để sạc các thiết bị di động

cổ đại, nhưng ngày nay nó được dùng để phát điện

Hình 2-22: Các phương pháp khai thác địa nhiệt

Nguồn: http://vietsciences.free.fr/timhieu/khoahoc/vatly/dianhiet-nangluongvotan.htm

2.4.2 Nguyên lý hoạt động

 Điện địa nhiệt

Hình 2-23: Các phương pháp sử dụng địa nhiệt để phát điện

Nguồn: tiem-nang-2-440.aspx

http://hppc.evn.com.vn/tin-tuc/Dien-dia-nhiet-Nguon-nang-luong-sach-nhieu-Hiện nay có 3 loại sơ đồ sản xuất điện năng sử dụng nguồn địa nhiệt: Sơ đồ trựctiếp sử dụng hơi nóng khô; sơ đồ gián tiếp sử dụng hơi nước và sơ đồ hỗn hợp (haichu trình)

Sơ đồ trực tiếp: hơi nóng thổi trực tiếp và tuabin, làm quay máy phát để sinh ra