CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
3.1.2 Nhà máy điện mặt trời máng cong parabol (Parabolic through solar power plant)
plant)
Gương parabol là một dạng nhà máy nhiệt điện sử dụng các tấm gương được gia công rất tỉ mĩ để tăng độ hội tụ cho ánh sáng vào thiết bị nhận. Thiết bị này là một ống dài chứa chất lưu mang nhiệt, được đặt ngay trên bề mặt gương parabol. Thông thường sẽ được nằm ngay tại tiêu điểm hội tụ của gương nhằm tập trung bức xạ tốt nhất có thể.
19
Thiết bị phản xạ (gương) được thiết kế dựa trên hệ thống dò theo quỹ đạo của mặt trời trong suốt 1 ngày, theo duy nhất một trục. Khác với dạng Stirling dish là có 2 trục, do gương parabol là hệ thống gương dài nên việc định nhật theo 2 trục là điều không thể.
Hình 11: Sơ đồ hoạt động của nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng gương parabol [5]
Hệ thống máng parabol sử dụng gương cong để tập trung năng lượng của mặt trời vào ống thu chạy xuống giữa máng. Một lớp phủ chọn lọc quang học trên ống hấp thụ và
20
đồng thời ức chế bức xạ nhiệt của nó. ỐỐ́ng hấp thụ được bao bọc bởi một ống thủy tinh lớn hơn một chút, và tương tự như bình cách nhiệt, giữa hai ống có một khoảng chân không. Điều này càng làm giảm thất thoát nhiệt Trong ống thu, chất lỏng truyền nhiệt ở nhiệt độ cao (một loại dầu nhiệt đặc biệt) sẽ hấp thụ năng lượng của mặt trời, đạt nhiệt độ 400 ° C hoặc cao hơn và đi qua lò sinh hơi để trao đổi nhiệt với nước, làm sôi nước và tạo ra hơi nước. Hơi nước sinh ra được cấp cho một hệ thống tuabin hơi thông thường để tạo ra điện. Hơi sau khi ra khỏi tuabin sẽ đi tới bộ trao đổi nhiệt được làm mát bằng tháp giải nhiệt, ngưng tụ trở lại được bơm trở lại lò sinh hơi. Chu trình cứ thế tiếp diễn.
Hệ thống nhà máy nhiệt điện gương parabol được phát triển rất nhiều hiện nay. Hệ thống Solar Energy Generating Systems (SEGS) ở California là nhà máy CSP theo dạng gương parabol lớn nhất thế giới hiện nay. Bên cạnh đó cũng có rất nhiều nhà máy lớn khác như Nevada Solar One ở gần Boulder City, Nevada, hay nhà máy Andasol, nhà máy CSP gương parabol đầu tiên ở châu Âu, đáng chú ý là nhà máy Plataforma Solar de Almeria’s SSPS-DCS ở Tây Ban Nha.
21
Hình 12: Genesis Solar Energy Project công suất 140 MW tại California, Mỹ. [5] 3.1.3 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng gương parabol
Tổng quan về nhà máy
Trong khi nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời hình máng và tháp vẫn chỉ kinh tế khi được sử dụng với cỡ vài MW, thì nhà máy điện mặt trời với tên gọi hệ thống đĩa động cơ Stirlinh có thể sử dụng cho nhu cầu nhỏ hơn ( chừng 3 đến 25 KW), thường được sử dụng để cung cấp điện cho các khu dân cư hay các ngôi làng ở các vùng xa xôi hẻ lánh. Với hệ thống này được sử dụng một gương cầu lõm với kích cỡ lớn sẽ tập trung ánh sáng vào điểm gọi là tâm điểm . Để chắc rằng ánh sáng được tập trung đủ mạnh gương này sẽ được điều khiểndựa trên trục quay để có thể theo dõi xác hướng di chuyển của mặt trời.
Hình 13: Nhà máy 10kW ở Almeria ở Tây Ban Nha [6]
22
Hình 14: Một trạm phát điện ở Hermanns, NT, Australia [6]
Nguyên lý hoạt động
23
Hình 15: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng gương parabol [6]
Khí ánh sáng mắt chiếu vào gương thì sẽ được tập trung tại tâm điểm. Bộ nhận này sẽ truyền nhiệt vào tâm của hệ thống: động cơ Stirling. Động cơ này sẽ chuyển hóa nhiệt thành động năng và chạy máy phát, tạo ra điện sau đó sẽ đưa vào hệ thống trữ năng lượng điện rồi đưa lên hệ thống tải điện.
3..1.4 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời có ống khói
Tổng quan về nhà máy
Một nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời nhỏ loại này với công suất định mức khoảng 50 kW đã được xây dựng gần Manzanares Tây Ban Nha. Mái thu nhận của nhà máy này có đường kinh trung bình là 122 mét và chiều cao trung bình là 1,85 mét. ỐỐ́ng khói cao 195 m và đường kính là 5 mét. Một nhà máy điện với công suất khoảng 200 MW với chiều cao tháp 1000 m, đường kính 180 m và đường kính của khu vực thu ánh sáng bằng 6000 m.
24
Hình 16: Một nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời ở Tây Ban Nha [6]
Nguyên lý hoạt động
25
Hình 17: Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời có ống khói [6]
Nhà máy điện có ống khói dựa trên nhiệt độ của không khí. Những khu thu thập được xây dựng bởi diện tích mặt phẳng lớn cái được bao phủ bởi một mái bằng kính hay nhựa. Một ống khói cao sẽ được đặt ở giữa khu vực đó, và những mái hấp thụ đặt vuông góc với ống khói. Không khí có thể di chuyển tự do dưới mái khổng lồ. Mặt trời làm ấm không khí dưới mái kính. Không khí này tiếp đến sẽ di chuyển lên phía trên, chạy qua những phần dốc của mái và cuối cùng có tốc độ rất nhanh chảy qua ống khói. Dòng không khí di chuyển sẽ điều khiển tua bin gió, cái điều khiển máy phát tạo ra điện. Mặt đất dưới những mái kính có thể dự trữ nhiệt nên nhà máy điện này vẫn có thể tạo ta điện thậm chí sao khi mặt trời đã lặn. Nếu những ống nước được đặt ở dưới đất, sẽ trữ đủ nhiệt để có thể giúp nhà máy cung cấp đủ điện trong tất cả các giờ.
3.1.5 Nhà máy điện cực
Sơ lược về nhà máy
26
Nhà máy nhiệt điện mặt trời là loại hệ thống phát điện thứ hai bằng bức xạ mặt trời và không sử dụng pin PV. Loại nhà máy điện này cần một diện tích rất lớn để vận hành. Các bức xạ mặt trời được sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy điện. Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành nhiệt năng tiếp tục sử dụng làm năng lượng cơ học để vận hành tuabin và máy phát điện. Các chu kỳ này dựa trên bức xạ mặt trời và loại bộ thu được sử dụng để thu bức xạ mặt trời. Trong chu kỳ nhiệt độ thấp, nhiệt độ được giới hạn trong khoảng 100 °, trong phạm vi nhiệt độ trung bình thay đổi từ 150 ° đến 300 ° trong khi trong chu kỳ nhiệt độ cao, nhiệt độ có thể lên trên 300 °.
Hình 18: Một nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời ở Tây Ban Nha.[6]
27
Nguyên lý hoạt động
Hình 19: Nguyên lý hoạt động nhà máy điện cực [6]
Bộ thu năng lượng có nhiệm vụ hấp thu năng lượng mặt trời và tập trung bức xạ tại một vị trí cụ thể để truyền nhiệt năng vào các ao chất lỏng năng lượng mặt trời. Ở đây chất lỏng được sử dụng là chất lỏng có nhiệt độ bay hơi thấp hơn so với nước như nước muối hoặc các chất lỏng hữu cơ khác. Khi chất lỏng đi đến nồi hơi thì chất lỏng làm việc sẽ được giữ lại và thu nhiệt ẩn của quá trình hóa hơi bức xạ mặt trời bằng cách làm bay hơi nước trong lò hơi. Lượng hơi quá nhiệt sẽ đi vào tuabin được kết nối với máy phát điện. Máy phát điện tạo ra dòng điện được chuyển đến nơi cần thiết. Chất lỏng sau khi ra khỏi tuabin sẽ đi vào bình ngưng, bình ngưng và tháp giải nhiệt sẽ ngưng tụ nước và sẽ được hồi về lại lò hơi với sự hỗ trợ của bơm.
3.2 Một số nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời
3.2.1 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời Hồ Ivanpah Dry
Sau ba năm thi công, Hệ Thống Sản Xuất Điện Quang Năng Ivanpah (ISEGS) đã hoàn toàn đi vào hoạt động. Nhà máy có công suất 392 MW, được xây dựng với trợ giúp
28
từ quỹ NRG, Google và tổ chức BrightSource Energy với hy vọng sẽ sản xuất đủ lượng điện cho 140,000 hộ gia đình mỗi năm. NRG cho biết mỗi đơn vị trong nhà máy hiện tại đều có khả năng cung cấp điện cho lưới điện California.
Chi phí xây dựng nhà máy Ivanpah tổng cộng là 2,2 tỉ USD. Nhà máy có diện tích trải dài trên 3,500 acres (khoảng hơn 1,400 hecta). ISEGS hiện là nhà máy điện quang năng lớn nhất, chiếm gần 30% lượng điện quang năng đươc sản xuất ở Mỹ. Nhà máy sử dụng hệ thống kính định nhật gồm 173,500 tấm gương kết nối máy tính để theo dõi quỹ đạo mặt trời và phản chiết ánh nắng tới ba tháp tiếp nhận kết hợp lò đun nóng nước. Trong các lò, nhiệt độ cao lên tới 550 độ C sẽ làm nước bốc hơi, tạo lực chạy tua bin để sản xuất điện.
Khác với cách sử dụng quen thuộc bằng những tấm bảng gồm nhiều đơn vị tế bào quang điện “photovoltaic” chuyển thẳng năng lượng mặt trời thành giòng điện một chiều, Ivanpah là một nhà máy nhiệt điện. Sức nóng của ánh sáng mặt trời biến nước trong những ống đưa từ chân tháp lên thành hơi và hơi nước được chuyển xuống làm quay các turbin như ở các nhà máy phát điện thông thường.
Công suất thiết kế của hệ thống phát điện Ivanpah là 400 megawatts, bằng 1/5 công suất của nhà máy thủy điện đập Hoover và Lake Mead, gần Las Vegas, hay nhà máy thủy điện Hòa Bình, Việt Nam. Tất nhiên Ivanpah chỉ hoạt động được ban ngày, nhưng khu thung lũng này là nơi có nắng quanh năm, và năng lượng mặt trời thu được điều hòa không bị giới hạn của nguồn nước như các nhà máy thủy điện. Hệ thống điện mặt trời Ivanpah giúp giảm bớt 400,000 tấn khí thải carbon dioxide mỗi năm vì sự thay thế cho các nhà máy nhiệt điện dùng than đá hay khí đốt.
29
3.2.2. Nhà máy điện năng lượng mặt trời Ivanpah
Hình 20: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah
Nhà máy Ivanpah sử dụng công nghệ nhiệt mặt trời với 350.000 tấm gương hoạt động qua hệ thống kiểm soát bằng máy tính. Mỗi tấm gương có chiều cao hơn 2 m và chiều rộng khoảng 3 m. Các tấm gương sẽ phản chiếu ánh sáng mặt trời và đun nóng các nồi hơi đặt trên tháp điện ở độ cao 140 m. Năng lượng mặt trời được sử dụng để tạo ra hơi nước trong các nồi hơi và đẩy ra các tua-bin để tạo ra điện.AP cho hay, hệ thống tạo năng lượng điện mặt trời Ivanpah trải dài trên diện tích 13 km2, nằm ở sa mạc Mojave, gần biên giới California-Nevada.
30
Với diện tích khổng lồ, hệ thống Ivanpah có thể tạo ra gần 400 megawatt điện đủ cung cấp cho nhu cầu sử dụng của 140.000 hộ dân. Ivanpah bắt đầu sản xuất điện từ năm 2013.
3.2.3. Nhà máy năng lượng Mohammed Bin Rashid Al Maktoum
Hình 21. Nhà máy năng lượng Mohammed Bin Rashid Al Maktoum
Mohammed Bin Rashid Al Maktoum được xây dựng sâu trong khu vực sa mạc Dubai với tổng vốn đầu tư 13.6 tỷ USD. Dự án được công bố lần đầu tiên vào năm 2012 và dự kiến công suất cuối cùng của công viên năng lượng mặt trời này lên đến 5000MW vào năm 2030. Đến lúc này Mohammed Bin Rashid Al Maktoum có thể đủ để cung cấp năng lượng cho 1.3 triệu hộ gia đình và giảm đến 6.5 tấn khí thải carbon mỗi năm ra môi trường.
31
Tính đến nay công suất dự án đã đạt được 1963 MW và ghi tên mình vào danh sách những nhà máy điện mặt trời lớn nhất được vận hành trên thế giới. Mohammed Bin Rashid Al Maktoum sở hữu tháp hấp thu năng lượng mặt trời (CSP) Cao nhất trên thế giới với 260m. Dự kiến khi hoàn thành tòa tháp này sẽ được bao quanh bởi 70.000 kính định nhật (thấu kính tập trung ánh mặt trời trên đỉnh tháp để làm nóng chảy muối) và nhiệt lượng pháp ra có tác dụng làm chạy các tuabin hơi nước để sản xuất điện.
3.2.4. Công viên năng lượng mặt trời Bhadla
Hình 22: Công viên năng lượng mặt trời Bhadla
Công viên năng lượng mặt trời Bhadla là công viên năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới tính đến năm 2020. Dự án nằm trên tổng diện tích 5.700 ha (14.000 mẫu Anh) ở Bhadla, Phalodi tehsil, quận Jodhpur, Rajasthan, Ấn Độ. Chính thức dự án đi vào hoạt động vào tháng 3/2020 với tổng chi phí đầu tư rẻ nhất tại Ấn Độ chỉ 1.3 tỷ USD.
Bhadla Solar Park có tổng công suất lên đến 2245MW và được xây dựng tại một vùng cát khô cằn và khắc nghiệt. Người ta còn nói khu vực này con người gần như không thể sống được do nhiệt độ quá cao từ 46 đến 48 độ C và có gió nóng cũng như thường
32
xuyên có bão cát. Tuy nhiên nhà máy điện mặt trời Bhadla từ khi xây dựng đã được đưa vào hoạt động và cho hiệu suất tuyệt vời.
3.3. Ưu và nhược điểm của nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời3.3.1 Ưu điểm 3.3.1 Ưu điểm
_ Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận
_ Dễ thi công, lắp đặt
_ Không gây ồn ào, ô nhiễm tiếng ồn
_ Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp
_ Một trong những lợi thế quan trọng nhất về môi trường của năng lượng mặt trời là nó không có khí thải carbon dioxide hoặc các khí khác trong sản xuất điện, nên nó là nguồn năng lượng sạch
_ Năng lượng Mặt Trời là miễn phí, ngoài chi phí cài đặt ban đầu thì năng lượng Mặt Trời không có phí nào khác
3.3.2 Nhược điểm
_ Năng lượng mặt trời có thể làm việc không hiệu quả ở các nước có khí hậu lạnh do sự khan hiếm ánh sáng mặt trời
_ Ít hiệu quả trong mùa mưa và khi thời tiết lạnh
_ Năng lượng mặt trời chỉ có thể sử dụng vào ban ngày
_ Đối với các công trình có quy mô lớn, diện tích chi phí lắp đặt là rất cao mà có thể không đáp ứng được nhu cầu cần thiết
33
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ4.1 Kết luận 4.1 Kết luận
Hiện nay, các quốc gia đang tiến tới công nghiệp hóa hiện đại hóa vì vậy nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng ngày càng cao, dẫn tới sự cạn kiệt khan hiếm nguồn nhiên liệu hóa thạch bên cạnh đó việc sử dụng nguồn năng lượng đó thải ra những chất gây ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu,…
Vì vậy việc sử dụng năng lượng mặt trời để thay thế nguồn nhiên liệu đó đang là xu hướng quan tâm và phát triển của các nước phát triển. Và nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời đã được nhiều nước nghiên cứu phát triển. Việc sử dụng nhiệt từ năng lượng mặt trời để thay thế cho than đá , dầu mỏ, khí thiên nhiên…. đã mang lại những lợi ích to lớn đặc biệt năng lượng mặt trời không gây ô nhiễm môi trường và là nguồn năng lượng dồi giàu, không sợ cạn kiệt. Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời đã giảm được khối lượng lớn than tiêu tốn để đốt cho mỗi năm giúp giảm chi phí vận hành nhà máy, góp phần lớn điện năng cho hệ thống lưới điện quốc gia.
Ngoài ra nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời còn có công nghệ kỹ thuật lưu trữ nhiệt để vận hành nhà máy nhiệt điện khi không có ánh nắng, giúp đảm bảo tạo ra nguồn điện liên tục. Tóm lại, nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời giúp nâng cao công suất điện năng, giảm giá điện dân dụng, không gây ô nhiễm môi trường, tiết kiệm năng lượng nhiên liệu.
34
4.2 Kiến nghị
Việc phát triển nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời là một dự án rất có tiềm năng trong tương lai khi đất nước ngày càng chú trọng đến có vấn đề bảo vệ môi trường, thì việc khai thác năng lượng mặt trời vừa mang lại nguồn năng lượng vô tận và đáp án được các vấn đề môi trường hiện nay. Cần nghiên cứu và thực hiện các khảo sát về tiềm