2.3.1. Các phƣơng pháp nghiên cứu thông dụng
- Phƣơng pháp thu thập tài liệu, số liệu có liên quan: Kết hợp với Văn phòng Tiết kiệm Năng lƣợng (Bộ Công Thƣơng) và Công ty Cổ phần Năng lƣợng Sơn Hà điều tra, tìm hiểu hiện trạng sản xuất, cung cấp thiết bị ĐNNMT trên địa bàn Hà Nội.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 78 K16 Khoa học môi trường - Phƣơng pháp thực nghiệm: kết hợp với Trung tâm nghiên cứu Năng lƣợng mới (Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội) thu thập, xử lý các số liệu thực nghiệm, theo dõi khả năng vận hành của thiết bị.
- Phƣơng pháp phân tích, đo đạc các thông số kỹ thuật của thiết bị trong thời gian vận hành.
2.3.2. Thu thập số liệu tự động SWH Data logger
Thiết bị đo SWH Data logger (Solar hot Water Heater Data Logger) cần đáp ứng đƣợc các yêu cầu đặt ra đã nói trên. Thiết bị phải gọn nhẹ, hoạt động tự động, tin cậy và cần đƣợc nuôi bởi một nguồn nuôi độc lập, không liên quan đến nguồn điện của các hộ sử dụng (vì nguồn điện lƣới không đảm bảo lien tục). Trong thiết kế nguồn nuôi sử dụng 01 ắc quy 6V-2Ah và đƣợc nạp liên tục từ Pin mặt trời tinh thể Si 9V-2W thông qua mạch nạp gắn sẵn trong bộ mạch chính của SWH Data logger.
Hình 2.2 là ảnh của một số thanh phần chính của bộ đo nhƣ nguồn nuôi (ắc qui và pin mặt trời), mạch đo cũng nhƣ các “jắc” nối.
Hình 2.3 cho thấy sự kết nối Bộ đo với thiết bị ĐNNMT của một hộ đang sử dụng.
Cấu tạo
Hình 2.2 là ảnh bộ đo SWH Data logger gồm 5 thành phần chính nhƣ đƣợc chỉ ra.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 79 K16 Khoa học môi trường
Hình 2.2. Cấu tạo bên ngoài và các cổng tín hiệu của bộ thu thập số liệu tự động
Hình 2.3. Cấu tạo bên trong, bo mạch chính và nguồn nuôi của bộ thu thập số liệu tự động Chú thích: 1. Đèn báo trạng thái 2. Cảm biến nhiệt độ 3. Cảm biến lƣu lƣợng 4. Cổng RS-232 ghép nối máy tính
5. Nguồn điện pin mặt trời
1
5 4
3 2
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 80 K16 Khoa học môi trường
Hình 2.4. Hệ đo và thu thập số liệu sau khi lắp đặt Hoạt động
Cơ chế hoạt động: SWH Data logger: hoạt động hoàn toàn tự động, mọi cài đặt chỉ thực hiện 1 lần từ máy tính qua cổng RS 232
Nguồn nuôi: SWH Data logger đƣợc nuôi bằng 01 ắc quy 6V-2Ah và đƣợc nạp liên tục từ Pin mặt trời 9V-2W thông qua mạch nạp gắn sẵn trong bo mạch chính của SWH Data logger
Phƣơng pháp thu thập số liệu:
Số liệu đƣợc đọc và hiển thị liên tục trên máy tính (hình 2.5)
Các số liệu thu thập đƣợc lƣu vào thẻ nhớ có dung lƣợng 2Gb dƣới dạng file excel (hình 2.6), thời gian lƣu dự tính: 12 tháng
Điều kiện hoạt động: SWH Data logger có thể hoạt động ngoài trời lâu dài.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 81 K16 Khoa học môi trường - Điện áp: 5VDC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Công suất tiêu thụ: 0.5W - Dung lƣợng thẻ nhớ: 2Gb
- Thông số đo: Lƣu lƣợng, nhiệt độ - Bộ chuyển đổi ADC: 10bit
- Kích thƣớc: DxRxC: 200x200x50mm - Trọng lƣợng: 0.5kg
Hình 2.5. Giao diện kết nối với máy vi tính của SWH Data logger
Hình 2.6. Kết quả đo được lưu lại dưới dạng file excel Phương thức lưu trữ số liệu
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 82 K16 Khoa học môi trường Các số liệu đo tự động hang ngày đƣợc lƣu trữ vào thẻ nhớ và đƣợc thu thập 03 tháng 1 lần. Qua máy tính các số liệu đƣợc xử lý thành các bộ số liệu dạng nguyên thủy, trung bình ngày, trung bình tháng và trung bình ngày của nhiều ngày, nhiều tháng. Các số liệu đƣợc biểu diễn dƣới dạng file exel và đồ thị.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 83 K16 Khoa học môi trường
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI
3.1.1. Các đặc thù của Hà Nội
Thành phố Hà Nội là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa cả nƣớc. So với các địa phƣơng khác trong cả nƣớc thì Hà Nội thì có một số đặc điểm riêng đặc thù về mặt ứng dụng NLMT:
- Hà Nội đƣợc cấp điện lƣới 100% đến các hộ dân với chế độ “ƣu tiên” (công suất điện đảm bảo đầy đủ hơn, ít bị cắt điện, hệ thống hạ tầng năng lƣợng tốt hơn…);
- Điều kiện kinh tế của ngƣời dân Hà Nội khá hơn do thu nhập cao hơn, ổn định hơn, trình độ dân trí cũng cao hơn…
- Nhu cầu tiêu thụ lớn hơn do sử dụng nhiều thiết bị điện và thiết bị có công suất lớn (gần 80% số hộ có tủ lạnh, 40 - 50% số hộ có điều hoàn không khí…);
- Tiềm năng NLMT ở khu vực Hà Nội không cao và có 2 mùa có bức xạ mặt trời rất khác nhau;
- Hà Nội tập trung nhiều cơ quan nghiên cứu, sản xuất kinh doanh về NLMT, ngƣời dân Hà Nội tiếp cận tốt hơn với các thông tin về NLMT về các lợi ích của nó nên có nhiều thuận lợi hơn trong việc ứng dụng các công nghệ năng lƣợng mặt trời nói chung và thiết bị ĐNNMT nói chung.
Với các điều kiện nêu trên có thể nói cho đến nay việc ứng dụng NLMT ở Hà Nội chỉ mới tập trung chủ yếu đối với công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp.
3.1.2. Tiềm năng năng lƣợng mặt trời tại Hà Nội
Khu vƣ̣c Hà Nội có Đài Khí tƣờng Thủy văn Láng đã quan trắc các thông số khí tƣơ ̣ng trong đó có NLMT từ những năm 1960 (Đài Láng, Hà Nội: Vĩ độ: 21002’; kinh độ: 105051’; độ cao: 5m so với mặt nƣớc biển).
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 84 K16 Khoa học môi trường Các bảng 3.1 đến 3.4 dƣới đây là kết quả tổng hợp trung bình nhiều năm của NLMT mà Đài Láng đã quan trắc.
Bảng 3.1. Lượng tổng xạ cả ngày trung bình Qtb (đơn vị: kWh/m2.ngày)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7
Qtb 2,434 2,397 2,525 3,456 5,262 5,309 5,586
Tháng 8 9 10 11 12 Cả năm
Qtb 5,064 4,784 4,178 3,461 2,961 3,95
Bảng 3.2. Lượng tán xạ cả ngày trung bình Dtb (đơn vị: kWh/m2.ngày)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dtb 1,70 1,933 2,083 2,610 2,945 3,072 2,864
Tháng 8 9 10 11 12 Cả năm
Dtb 2,781 2,445 2,164 1,897 1,769
Bảng 3.3. Lượng trực xạ cả ngày trung bình Itb (đơn vị: kWh/m2.ngày)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7
Itb 0,733 0,467 0,442 0,850 2,317 2,234 2,722
Tháng 8 9 10 11 12 Cả năm
Itb 2,281 2,339 2,014 1,547 1,200
Bảng 3.4. Số giờ nắng cả ngày trung bình (lý thuyết) N (đơn vị: giờ/ngày)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7
Ntb 11 11,5 12,0 12,6 13,1 13,4 13,3
Tháng 8 9 10 11 12 Cả năm
NItb 12,5 12,3 11,7 11,1 10,9 12,1
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 85 K16 Khoa học môi trường Tƣ̀ các bảng có thể thấy rằng NLMT khu vƣ̣c Hà N ội chỉ ở mức trung . Mă ̣c dù mâ ̣t đô ̣ tổng xa ̣ trung bì nh ngày của cả năm là 3,95kWh/m2
.ngày là khá cao , nhƣng sƣ̣ phân bố NLMT trong các tháng trong năm la ̣i rất không đều . Có hai mùa rõ rệt : mùa Đông - Xuân trong các tháng 12, 1, 2 và 3; mùa Hè - Thu trong các tháng tƣ̀ tháng 4 đến tháng 11. Các tháng 1, 2, 3 và 12 lƣơ ̣ng bƣ́c xa ̣ quá thấp , đă ̣c biê ̣t là trong các tháng từ tháng 1 đến tháng 3. Trong các tháng này do mây mù nhiều nên lƣợ ng trƣ̣c xa ̣ rất thấp (tháng 1: 0,73; tháng 2: 0,47; tháng 3: 0,44kWh/m2.ngày).
Tƣ̀ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm ở Hà N ội có bức xạ mặt trời khá lớn, lân câ ̣n trên dƣới 5kWh/m2.ngày. Trong các tháng này các thiết bi ̣ NLMT sẽ làm viê ̣c hiê ̣u quả.
Vì vậy khi ứng dụng các công nghê ̣ NLMT ở khu vƣ̣c Hà N ội cần phải tính đến đă ̣c điểm nói trên của khu vƣ̣c.
3.2. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐUN NƢỚC NÓNG MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI
3.2.1. Hiện trạng nghiên cứu
Ở Hà Nội hiện nay chỉ mới có các nghiên cứu ứng dụng thiết bị ĐNNMT, thiết bị sấy gia nhiệt mặt trời. Còn các ứng dụng khác chƣa có hoặc chƣa phổ biến.
Mặc dù sử dụng NLMT để sản xuất nƣớc nóng là một công nghệ mới, nhƣng trong khoảng từ năm 2006 trở lại đây công nghệ và thiết bị này đã phát triển rất nhanh. Hà Nội trở thành 1 trong 2 thị trƣờng lớn nhất cả nƣớc về thiết bị ĐNNMT. Những lý do sau đây để thị trƣờng này phát triển nhanh ở Hà Nội là:
- Thiết bị có giá hợp lý, lắp đặt, vận hành sử dụng tiện lợi, an toàn;
- Không phải dùng điện nên tiết kiệm đƣợc một lƣợng chi phí tiền điện đáng kể trong bối cảnh giá điện ngày càng tăng cao;
- Thu thập và mức sống của ngƣời dân Hà Nội tƣơng đối cao và ngày càng đƣợc cải thiện. Do đó nhu cầu nƣớc nóng sinh hoạt cũng ngày càng lớn hơn;
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 86 K16 Khoa học môi trường - Do yêu cầu và ý thức của ngƣời dân về tiết kiệm điện ngày càng cao;
Giá thành trọn gói của một thiết bị ĐNNMT cho hộ gia đình 4 - 5 ngƣời có giá vào khoảng 7,5 - 8 triệu đồng. Với giá thành nhƣ vậy là chấp nhận đƣợc đối với đa số các hộ dân tại Hà Nội.
Hiện nay, tại Hà Nội có 4 đơn vị sản xuất kinh doanh thiết bị ĐNNMT là: Công ty Cổ phần thƣơng mại và dịch vụ Trọng Tín, Công ty Cổ phần Năng lƣợng Toàn Mỹ, Công ty Cổ phần Phát triển Năng lƣợng Sơn Hà, Trung tâm Nghiên cứu Năng lƣợng mới (Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội) và các cơ sở phân phối thì có ở khắp mọi quận/huyện. Trong đó Công ty Cổ phần Phát triển Năng lƣợng Sơn Hà có thị phần lớn nhất, hàng năm lắp đặt hàng nghìn thiết bị. Trung tâm Nghiên cứu Năng lƣợng mới là đơn vị nghiên cứu, thiết kế, sản xuất 100% thiết bị ĐNNMT dạng tấm - ống trong nƣớc. Còn các công ty khác đều kinh doanh thiết bị loại tấm ống thủy tinh chân không. Tất cả các ống thủy tinh chân không đều nhập khẩu (phần lớn từ Trung Quốc), trong nƣớc các công ty này chỉ gia công bình chứa, chân giá và các phần phụ khác.
Nhờ chủ động từ khâu thiết kế, chế tạo, lắp đặt nên Trung tâm Nghiên cứu Năng lƣợng mới, ngoài mặt hàng là thiết bị ĐNNMT cho các hộ gia đình (có diện tích bộ thu và dung tích bình chứa khác nhau từ 1,2m2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
, 120 lít đến 3m2, 250 lít phụ thuộc vào số ngƣời trong hộ và yêu cầu sử dụng nƣớc nóng của hộ) còn thiết kế các hệ lớn cho các mục đích sử dụng khác nhau nhƣ phục vụ ký túc xá sinh viên của Trƣờng Đại học Thể dục Thể thao I (Từ Sơn, Bắc Ninh), lắp đặt hệ 80m2
sản xuất khoảng 10m3 nƣớc nóng mỗi ngày phục vụ nƣớc tắm cho khoảng 300 sinh viên/ngày…
3.2.2. Công suất lắp đặt
Trong vài năm trở lại rất nhiều Công ty trên cả nƣớc đã chuyển sang kinh doanh sản xuất thiết bị ĐNNMT. Theo số liệu thống kê của Công ty Cổ phần Năng lƣợng và Môi trƣờng (RECC) trên các nƣớc có khoảng 40 công ty, đơn vị có các hoạt động liên quan trực tiếp đến kinh doanh, sản xuất thiết bị ĐNNMT. Tại Hà Nội, Công ty Sơn Hà chiếm khoảng 50% thị phần (bảng 3.5).
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 87 K16 Khoa học môi trường
Bảng 3.5. Số thiết bị nước nóng mặt trời
STT Quận/huyện
Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010
Số thiết bị bán Dung tích (l) Số thiết bị bán Dung tích (l) Số thiết bị bán Dung tích (l) 1. Ba Đình 109 16.384 172 27.458 255 46.881 2. Ba Vì 51 7.646 80 12.814 119 21.878 3. Cầu Giấy 163 24.467 256 41.004 381 70.009 4. Chƣơng Mỹ 50 7.427 78 12.448 116 21.253 5. Đan Phƣơng 55 8.301 87 13.912 129 23.753 6. Đông Anh 83 12452 130 20.868 194 35.630 7. Đống Đa 160 24.030 252 40.271 374 68.759 8. Gia Lâm 198 29.710 311 49.790 462 85.011 9. Hà Đông 265 39.759 416 66.631 619 113.765 10. Hai Bà Trƣng 99 14.855 156 24.895 231 42.506 11. Hoài Đức 80 12.015 126 20.136 187 34.380 12. Hoàn Kiếm 38 5.680 59 9.519 88 16.252 13. Hoàng Mai 157 23.593 247 39.539 367 67.509 14. Long Biên 224 33.642 352 56.380 524 96.263 15. Mê Linh 32 4.806 50 8.054 75 13.752 16. Mỹ Đức 3 437 5 732 7 1.250
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 88 K16 Khoa học môi trường
17. Phúc Xuyên 9 1.311 14 2.197 20 3.751 18. Phúc Thọ 73 10.923 114 18.305 170 31.254 19. Quốc Oai 17 2.621 27 4.393 41 7.501 20. Sóc Sơn 12 1.748 18 2.929 27 5.001 21. Sơn Tây 211 31.676 332 53.085 493 90.637 22. Tây Hồ 121 18.133 190 30.387 282 51.882 23. Thạch Thất 67 10.049 105 16.841 156 28.754 24. Thanh Oai 33 5.024 53 8.420 78 14.377 25. Thanh Trì 77 11.578 121 19.404 180 33.129 26. Thanh Xuân 165 24.685 259 41.370 384 70.634 27. Thƣờng Tín 42 6.335 66 10.617 99 18.127 28. Từ Liêm 377 56.580 593 94.821 880 161.897 29. Ứng Hòa 15 2.185 23 3.661 34 6.251 Tổng cộng 2.987 448.060 4.693 750.880 6.972 1.282.047
Nguồn: Số liệu do Công ty Sơn Hà cung cấp [6]
Bản 3.6. Tỷ lệ tham gia của các quận/huyện
STT Quận/huyện
Số thiết bị 3 năm
Số thiết bị Tỷ lệ (%)
1. Ba Đình 536 3,7
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 89 K16 Khoa học môi trường
3. Cầu Giấy 1.023 5,5 4. Chƣơng Mỹ 244 1,7 5. Đan Phƣơng 271 1,9 6. Đông Anh 407 2,8 7. Đống Đa 786 5,4 8. Gia Lâm 971 6,6 9. Hà Đông 1.300 8,9 10. Hai Bà Trƣng 486 3,3 11. Hoài Đức 393 2,7 12. Hoàn Kiếm 185 1,3 13. Hoàng Mai 771 5,3 14. Long Biên 1.100 7,3 15. Mê Linh 157 1,1 16. Mỹ Đức 15 0,1 17. Phúc Xuyên 43 0,3 18. Phúc Thọ 357 2,4 19. Quốc Oai 85 0,6 20. Sóc Sơn 57 0,4 21. Sơn Tây 1.036 7,1
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 90 K16 Khoa học môi trường
22. Tây Hồ 593 4,0 23. Thạch Thất 328 2,2 24. Thanh Oai 164 1,1 25. Thanh Trì 378 2,6 26. Thanh Xuân 808 5,5 27. Thƣờng Tín 207 1,4 28. Từ Liêm 1.850 12,6 29. Ứng Hòa 72 0,5 Tổng cộng 14.652 100
Nguồn: Số liệu do Công ty Sơn Hà cung cấp [6]
Hình 3.1. Biểu đồ tỷ lệ tham gia lắp đặt và sử dụng thiết bị ĐNNMT của các quận/huyện
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 91 K16 Khoa học môi trường
Bảng 3.7. Số thiết bị, tổng dung tích bình chứa và tỷ lệ tăng trưởng hàng năm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TT Tổng kết Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010 Tỷ lệ 2010/2009 Tỷ lệ 2010/2008 Tỷ lệ 209/2008 1. Tổng số thiết bị 2.987 4.693 6.972 149% 233% 157% 2. Tổng dung tích (1.000 lít) 448 751 1.282 171% 286% 168% 3. Dung tích trung bình/thiết bị 150 160 184
Hình 3.2. Biểu đồ tăng trưởng hàng năm của thiết bị ĐNNMT (từ 2008 - 2010)
Các bảng 3.6 và 3.7 cho thấy, số thiết bị và tổng dung tích bình chứa của các thiết bị mà Công ty đã bán và lắp đặt trong các năm 2008 đến 2010 cũng nhƣ tỷ lệ tăng sản lƣợng của năm sau so với năm trƣớc. Từ đó ta có một số nhận xét sau:
- Tổng số thiết bị ĐNNMT lắp tăng dần theo hàng năm: 2.987 năm 2008, 4.693 năm 2009 và 6.972 năm 2010.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 92 K16 Khoa học môi trường - Thị trƣờng và nhu cầu sử dụng thiết bị ĐNNMT ở Hà Nội tăng rất nhanh: Năm