Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời sản xuất hydro trong điều kiện việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO MINH THIỆN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 605280 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS-TS LÊ CHÍ HIỆP Cán chấm nhận xét 1: TS HÀ ANH TÙNG Cán chấm nhận xét 2: TS BÙI TRUNG THÀNH Luận văn thạc sĩ nhận xét HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 26 tháng năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN –Chủ tịch Hội đồng TS HÀ ANH TÙNG – Ủy viên TS BÙI TRUNG THÀNH – Ủy viên TS HOÀNG AN QUỐC – Thư ký hội đồng GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khóa luận sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày 30 tháng năm 2012 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN THẠC SĨ Họ tên học viên: Cao Minh Thiện Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/12/1985 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt MSHV: 00608421 Khoá: 2008 1- TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM” 2- NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN: − Tính tốn hệ thống sản xuất Hydro cung cấp nhiên liệu cho pin nhiên liệu để sản xuất điện − Tính tốn mơ hình sản xuất Hydro với cơng suất 72Nm3/ngày − Lập trình chương trình tính tồn hệ thống sản xuất Hydro, Pin mặt trời − Đề xuất biện pháp ứng dụng vào thực tế điều kiện Việt Nam 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày tháng 07 năm 2011 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30 tháng 06 năm 2012 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS Lê Chí Hiệp Nội dung đề cương Khóa luận thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tự tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy GS.TS Lê Chí Hiệp tham khảo tài liệu liệt kê mục tài liệu tham khảo Nếu sai, tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Tác giả Cao Minh Thiện LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thu thập, nghiên cứu phân tích số liệu, tơi hồn thành khóa luận: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM” Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy, khoa Bộ Mơn Cơng Nghệ Nhiệt-Khoa Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh hết lịng truyền đạt cho tơi kiến thức kinh nghiệm quý báu chuyên môn lĩnh vực khác năm học vừa qua Đặc biệt, xin gởi lời cám ơn chân thành đến GS-TS Lê Chí Hiệp – người thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt khóa học q trình thực khóa luận tốt nghiệp Sau tơi xin cám ơn gia đình tạo điều kiện thuận lợi chỗ dựa cho suốt năm dài học tập Đồng thời xin cám ơn tất bạn bè gắn bó học tập giúp đỡ suốt thời gian qua, suốt trình thực khóa luận Trong khóa luận khơng tránh khỏi sai sót, tơi mong nhận góp ý bổ sung thầy bạn bè TP.Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2012 Học viên Cao Minh Thiện TÓM TẮT LUẬN VĂN Với tình hình cung ứng điện gặp nhiều khó khăn nước, khó khăn việc cung cấp điện cho người dân khu vực vùng sâu vùng xa hải đảo Với trạng đó, việc nghiên cứu, ứng dụng, phát triển đưa công nghệ lượng đến vùng sâu, vùng xa, hải đảo, nơi xa nguồn điện lưới quốc gia góp phần giải phần gánh nặng cung cấp điện nhà nước nâng cao chất lượng sống người dân Bên cạnh nguồn lượng gió đầu tư phát triển mạnh mẽ Việt Nam khoảng thập niên vừa qua với tiềm to lớn mình, nguồn lượng mặt trời phát triển thâm nhập vào sống người dân địa phương xa nguồn điện lưới quốc gia Trong khuôn khổ đề tài lận văn, mơ hình sử dụng kết hợp lượng điện mặt trời để cung cấp điện cho hộ tiêu thụ thiết bị điện phân sản xuất Hydro nhằm đề biện pháp để sử dụng, lưu trữ nguồn lượng phát triển từ lượng mặt trời Nguồn lượng Hydro sau trình điện phân lưu trữ qua hệ thống bình chứa cung cấp đến thiết bị Pin nhiên liệu nhằm phát điện cung cấp đến hộ tiêu thụ thời gian nguồn điện từ Pin mặt trời dừng hoạt động Để có sở đánh giá, việc xây dựng mơ hình, tính tốn cơng suất thiết bị hệ thống Pin mặt trời, hệ thống điện phân, hệ thống pin nhiên liệu tiến hành xem xét thiết kế mơ hình để ứng dụng cung cấp điện cho phòng cấp cứu bệnh viện huyện đảo Phú Quốc Việc tính tốn thiết bị xử lý thông qua công thức, tài liệu kỹ thuật thông số từ nhà sản xuất cung cấp thiết bị tiêu chuẩn Việc mơ hình hóa tính tốn thực cách lập trình phần mềm FORTRAN Số liệu đầu vào mơ hình tham khảo từ số liệu đo từ trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM quy chuẩn QCXDVN 02:2008/BXD Kết mơ hình cho thấy việc kết hợp nguồn lượng mặt trời để cấp điện cung cấp điện cho thiết bị điện phân sản xuất Hydro, khí Hydro cung cấp cho Pin nhiên liệu phát điện trường hợp Pin mặt trời dừng hoạt động khả thi nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi nơi có điều kiện khó khăn khu vực vùng sâu, vùng xa, biên giới hải đảo Chương TỔNG QUAN Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Phòng Đào tạo Sau đại học- Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh LUẬN VĂN CAO HỌC Cao Minh Thiện 1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1.1.1 Tên đề tài luận văn “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM” 1.1.2 1.1.2.1 Mục đích phạm vi luận văn Thực trạng cung cấp điện huyện đảo Việt Nam Hiện nay, mười (10) huyện đảo nước ta, tám huyện đảo thuộc bảy tỉnh ven biển, Tập đoàn Ðiện lực Việt Nam (EVN) quản lý cung cấp điện phục vụ sinh hoạt, sản xuất Tám (8) huyện đảo gồm: Cô Tô (Quảng Ninh), Bạch Long Vĩ (Hải Phòng), Cồn Cỏ (Quảng Trị), Lý Sơn (Quảng Ngãi), Phú Q (Bình Thuận), Cơn Ðảo (Bà RịaVũng Tàu), Phú Quốc Kiên Hải (Kiên Giang) Các huyện đảo có dân cư sinh sống có đơn vị đội làm nhiệm vụ Các đảo có nhiều tiềm phát triển du lịch, kinh tế biển giữ vị trí chiến lược đặc biệt quan trọng an ninh quốc phòng Trên thực tế, giai đoạn nay, kinh tế huyện đảo chưa phát triển, đó, nguyên nhân sở hạ tầng kỹ thuật yếu Việc cung cấp điện cho tám huyện đảo đánh giá không đáp ứng nhu cầu người sử dụng Vì hầu hết cung cấp điện cụm diezel nhỏ lẻ, công suất thấp Tại huyện đảo Cô Tô, bảy năm, từ năm 2000 đến năm 2007, điện thương phẩm tăng trưởng trung bình 18%/năm, tổng điện thương phẩm năm 2006 đạt 306.220 kWh Ðiện chủ yếu cung cấp cho nhu cầu tiêu dùng dân cư, điện cho sản xuất công nghiệp, thương mại du lịch khơng đáng kể Giá bán bình qn cho hộ năm 2006 trung bình 2.500 đồng/kWh, đó, Nhà nước hỗ trợ 50% giá điện Thời gian cấp điện cho phụ tải dân cư trung bình từ bốn đến năm giờ/ngày, buổi trưa từ 11 đến 12 giờ, buổi tối từ 18 đến 22 Hầu hết gia đình có ắc-quy tích điện thường nạp có điện lưới Do nguồn điện từ máy phát điện chạy đầu Diezel vận hành không ổn định, nên năm 2001 nguồn vốn Biển Ðông hải đảo đầu tư thi công 53 trạm pin mặt trời cho quan hành nghiệp hộ dân thị trấn Cô Tô điện huyện đảo chưa đáp ứng nhu cầu Tại huyện Bạch Long Vĩ, giá điện hỗ trợ từ ngân sách Nhà nước, giá bán bình quân cho 1kWh hộ gia đình 700 đồng, hộ sản xuất kinh doanh 1.300 đồng.Trạm phát điện diezel đảo Lý Sơn có bảy máy với tổng công suất 3.515kVA song phần lớn máy cũ qua sử dụng, nên việc cấp điện đáp ứng 50% nhu cầu tiêu dùng Do phải cấp điện luân phiên cho hai xã An Vĩnh An Hải nên tỷ lệ cấp điện cao (97-98%) điện tiêu thụ đầu người năm 2006 thấp khoảng 58kWh/người Giá bán điện bình quân năm 2006 715,8đồng /kWh Từ năm 1998 đến 2002, Chính phủ giao cho EVN mà trực tiếp Công ty Ðiện lực (PC2) đầu tư xây dựng hệ thống điện huyện đảo Phú Quý Phú Quốc Giá thành điện sản xuất, phân phối tăng nhanh năm giá nhiên liệu tăng giá bán Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời để sản xuất Hydro điều kiện Việt Nam GVHD: GS_TS Lê Chí Hiệp Trang Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Phịng Đào tạo Sau đại học- Bộ mơn Công Nghệ Nhiệt Lạnh LUẬN VĂN CAO HỌC Cao Minh Thiện điện cho hộ lại giá điện bán cho hộ dân đất liền Vì vậy, năm PC phải bù lỗ cho cung cấp điện đảo Phú Quý: năm 2003 tỷ đồng; năm 2004 10,3 tỷ đồng; năm 2005 11,2 tỷ đồng năm 2006 15,8 tỷ đồng Tại đảo Phú Quốc, PC2 thực bán điện trực tiếp đến hộ dân với giá điện 50% giá bán điện thực trước năm 2002 Năm 2003-2005, PC bù lỗ 50 tỷ đồng Riêng năm 2006, bù lỗ 45 tỷ đồng Theo đánh giá EVN, trạng nguồn lưới điện huyện đảo cũ nát, manh mún không đáp ứng nhu cầu cung cấp điện Giá bán điện cho hộ dân UBND địa phương quản lý cao giá bán điện bậc thang Chính phủ quy định, địa phương phải bù lỗ 50% giá thành Ðối với huyện đảo mà giá bán điện ngành điện quản lý kinh doanh tình trạng bù lỗ giá điện lớn, vậy, khơng cân đối tài cổ phần hóa cơng ty điện lực Sự phát triển kinh tế-xã hội huyện đảo nhằm mục đích nâng cao đời sống tinh thần vật chất bảo đảm an ninh quốc phòng, khi, huyện đảo xa đất liền khơng có khả nối lưới (trừ huyện đảo Phú Quốc), vấn đề cung cấp điện cho huyện đảo thật vấn đề cần nghiên cứu giải quyết, trước EVN tiến hành cổ phần hóa cơng ty điện lực 1, theo Quyết định Bộ Công nghiệp (nay Bộ Công Thương) Đối với huyện đảo Trường Sa, 100% điểm đóng quân đơn vị đội hộ dân sinh sống huyện đảo Trường Sa (tỉnh Khánh Hòa) sử dụng hệ thống điện chiếu sáng, đảm bảo có điện liên tục 24/24 ngày Tồn địa bàn huyện phủ sóng truyền hình, điện thoại Điều đặc biệt toàn lượng sử dụng huyện đảo lượng gió lượng mặt trời Như đến thời điểm này, Trường Sa huyện nước sử dụng nguồn lượng Kết nêu có nhờ từ năm 2008, Tập đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam tài trợ vốn để xây dựng hệ thống lượng tái tạo chiếu sáng Trường Sa Hệ thống lượng gió lượng mặt trời hoàn thiện Nguồn điện ổn định tạo điều kiện thuận lợi công tác tập luyện, sẵn sàng chiến đấu bảo vệ biển đảo thúc đẩy phát triển sản xuất hộ sinh sống Chỉ tính năm 2010 quý 1/2011, xã Song Tử đạt 216 triệu đồng tổng giá trị sản xuất, xã Trường Sa đạt gần 380 triệu đồng Kết hợp với âu tàu có sức chứa hàng chục tàu cá công suất lớn, tương lai gần huyện đảo Trường Sa mở nhiều dịch vụ tiện ích khác thu mua, chế biến hải sản chỗ, sản xuất nước đá Tại huyện đảo tổ chức nuôi trồng hải sản, thu mua hải sản, cung cấp nước ngọt, dầu diezzel, thực phẩm, lương thực, sửa chữa máy tàu với giá bán thu mua giá đất liền.( nguồn: Tập đoàn Điện lực Việt Nam) 1.1.2.2 Thực trạng cung cấp điện huyện đảo Phú Quốc Hiện toàn huyện đảo Phú Quốc cấp nguồn tổ máy Diesel công suất nhỏ khoảng từ 1MW đến 2MW, Nhà máy điện diesel Phú Quốc Công ty điện lực (PC2) quản lý, vận hành, xây dựng diện tích khoảng 7,69ha xã Cửa Dương, huyện Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang đưa vào vận hành từ tháng năm 2004, gồm tổ máy sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời để sản xuất Hydro điều kiện Việt Nam GVHD: GS_TS Lê Chí Hiệp Trang Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Phịng Đào tạo Sau đại học- Bộ mơn Công Nghệ Nhiệt Lạnh Bảng 1.1 LUẬN VĂN CAO HỌC Cao Minh Thiện Tổng hợp nguồn Diesel hữu Phú Quốc (nguồn: EVN) Công suất thiết kế (kW) Công suất khả dụng (kW) DG 800 800 700 DG 800 800 700 CAT 3580-G1 800 720 CAT 3512-G2 1.020 850 CAT 3412-G3 580 500 MITSUBISHI-G4 1.500 1.000 MITSUBISHI-G5 1.500 1.250 ABC 16VDZC-G6 2.650 2.300 ABC 16VDZC-G7 2.650 2.300 Tổng 12.300 10.320 Loại máy Hiện công suất nguồn cấp khơng đáp ứng nhu cầu phụ tải, tồn hộ tiêu thụ nhà hàng, khách sạn sở sản xuất thường bị cắt điện vào cao điểm Để đảm sản xuất kinh doanh, sở sản xuất nhà hàng thường trang bị thêm máy phát Diesel để tự cấp điện vào cao điểm Với điều kiện cấp điện dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến phát triển kinh tế xã hội, sau: − Ảnh hưởng lớn đến tình hình kinh doanh, − Khả thu hút khách du lịch tâm lý e ngại điều kiện sinh hoạt, − Không thu hút nhà đầu tư, − Chất lượng sống người dân khơng cao Nhìn chung Phú Quốc tình trạng thiếu hụt cơng suất trầm trọng, cần phải có sách đặc biệt để phát triển nhanh chóng nguồn điện cho huyện đảo đáp ứng nhu cầu điện thúc đẩy kinh tế xã hội huyện đảo 1.1.2.3 Mục đích đề tài luận văn Với thực trạng cung cấp điện trên, việc đảm bảo nguồn điện cung cấp 24/24h quan, đặc biệt bệnh viện huyện đảo Phú Quốc vấn đề khó khăn cấp bách Hiện tại, nhằm đảm bảo điện cung cấp cho bệnh viện huyện đạt 24/24h, bệnh viện phải trang bị máy phát deiezel để vận hành cung cấp điện trường hợp điện Với thực trạng đó, việc xem xét nghiên cứu mơ hình cung cấp điện linh hoạt đảm bảo 24/24h cho bệnh viện nhằm đảm bảo an toàn cho bệnh nhân vấn đề cần thiết cần nghiên cứu Bên cạnh nguồn điện gió, lượng mặt trời, dạng lượng khác lượng Hydro xem nguồn lượng mang tính khả thi Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời để sản xuất Hydro điều kiện Việt Nam GVHD: GS_TS Lê Chí Hiệp Trang ... TÀI: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM? ?? 2- NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN: − Tính tốn hệ thống sản xuất Hydro cung cấp nhiên liệu cho pin nhiên liệu để sản xuất. .. CẢM ƠN Sau thời gian thu thập, nghiên cứu phân tích số liệu, tơi hồn thành khóa luận: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM? ?? Xin bày tỏ lịng biết ơn chân... “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM? ?? 1.1.2 1.1.2.1 Mục đích phạm vi luận văn Thực trạng cung cấp điện huyện đảo Việt Nam