Đặt vấn đề Sự tăng trưởng mạnh về kinh tế kéo theo nhu cầu về năng lượng tăng trên toàn cầu nói chung và Việt Nam nói riêng. Các nguồn năng lượng hiện đang khai thác như than đá, khí, dầu. là các nguồn năng lượng chủ yếu, các nguồn năng lượng này đang dần cạn kiệt và đắt đỏ, xu hướng chung của toàn thế giới trong nhưng năm qua và trong tương lai đang và sẽ tăng cường khai thác các nguồn năng lượng sạch có tiềm năng lớn và dồi dào trong tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng gió, biogas. Năng lượng mặt trời là năng lượng được tạo ra từ ánh sáng mặt trời.
Nguồn năng lượng này có thể tái tạo được và gần như vô tận đối với con người, không gây ô nhiễm môi trường. Trong khi các dạng năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt và các cuộc khủng hoảng về năng lượng diễn ra ngày càng nặng nề, thì việc nghiên cứu nhằm khai thác các nguồn năng lượng có thể tái tạo đã được chú ý phát triển. Các dạng năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu phát triển hiện nay là năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối (chất đốt thực vật, khí biogas…), năng lượng gió, năng lượng nước (thuỷ năng),vv. Về thực chất, các dạng năng lượng tái tạo đều có xuất xứ từ năng lượng mặt trời.
Đến nay, năng lượng tái tạo phát triển nhanh nhất thế giới có ứng dụng hiệu quả vào đời sống là điện mặt trời với tốc độ tăng trưởng bình quân hằng năm là 60% chủ yếu ở Nhật Bản, Đức và Mỹ. Tại Việt Nam, theo các nhà nghiên cứu trên thế giới, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía Bắc là 3,69KWh/1m2 và phía Nam là 5,9KWh/1m2, số giờ giờ nắng trong một năm ở miền Bắc khoảng 1.600h và ở miền Nam khoảng 2. Điện lưới quốc gia ngày 1 1.
Tổng quan càng quá tải trong việc cung cấp điện kinh doanh và cho sinh hoạt bình thường. Thiếu điện dẫn đến cắt điện luân phiên và việc tăng giá điện đã gây ảnh hưởng không nhỏ tới cuộc sống của người dân nói riêng cũng như hoạt động sản xuất kinh doanh nói chung. Việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời dồi dào vô tận đang trở thành vấn đề mà người dân và doanh nghiệp đã bắt đầu quan tâm. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng khô nóng, gió nhiều, bốc hơi mạnh, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26-270C.
Tỉnh Ninh Thuận có cường độ chiếu xạ mặt trời lớn, thời gian chiếu sáng dài và đồng đều nên có điều kiện tiếp nhận hàng năm một lượng bức xạ mặt trời rất lớn: trên 190 kcal/cm2, trong đó tháng ít nhất cũng 14 kcal/cm2. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.800 h, tổng nhiệt độ trong năm khoảng 9.0000oC, phân bố tương đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói hơn 90% số ngày trong năm có thể sử dụng được năng lượng mặt trời. Số tháng nắng trong năm: 9 tháng/năm (tương đương 200 ngày nắng/năm).
Vì vậy, tỉnh Ninh Thuận là một trong những tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt trời lớn, rất thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời. Nhiệm vụ chính của đề tài này là nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời phù hợp nhất đặt tại tỉnh Ninh Thuận cụ thể là tại huyện Thuận Nam, nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng cho các hộ dân đang sinh sống trên địa bàn huyện. Trong đề tài này người nghiên cứu đã đưa ra ba công nghệ nhà máy điện mặt trời khác nhau, sau đó tính toán, so sánh các số liệu có được để lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. Nhu cầu năng lượng thế giới Hầu hết nhu cầu năng lượng của thế giới được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch là dầu, khí đốt tự nhiên và than đá (hình 1.
Việc cung cấp năng lượng chính trong năm 2006 là hơn 80%, trong khi năng lượng tái tạo vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ. Nguồn tài nguyên hóa thạch là hữu hạn, phân phối không đồng đều. Việc khai thác, sản 2 1. Tổng quan xuất, chuyển đổi các dạng năng lượng sẽ phát thải chất gây ô nhiễm, tạo nên hiệu ứng nhà kính, tác động thay đổi khí hậu toàn cầu.
Giải quyết vấn đề tính bền vững và hữu ích. Năm 1987 báo cáo Brundtland Uỷ ban Môi trường thế giới và Phát triển, gọi là “ tương lai của chúng ta”, cảnh báo thế giới tính cấp bách về việc cần phải phát triển kinh tế đồng thời duy trì, không làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên hoặc thiệt hại môi trường. Báo cáo cung cấp một tuyên bố quan trọng về phát triển bền vững, xác định "phát triển đáp ứng nhu cầu của hiện tại không ảnh hưởng đến khả năng của các thế hệ tương lai”, Để đáp ứng nhu cầu đó, hệ thống năng lượng hiện nay không bền vững. Chúng đã góp phần phát triển xã hội sau cuộc cách mạng công nghiệp và chịu trách nhiệm về các tiêu chuẩn sống hiện nay.
Điều đó sẽ gây ra suy giảm trong một vài thế kỷ tới, các nguồn tài nguyên quý giá được hình thành từ vài triệu năm trước. Nhu cầu năng lượng trên thế giới ngày càng tăng cao (hình 1.2), các nguồn tài nguyên sẽ ngày càng cạn kiệt, do đó con người phải tìm ra các nguồn năng lượng mới, phát triển bền vững, một trong các nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt trời.0% Dầu FO Than đá Khí đốt Biomass và Hạt nhân Thủy điện nhiên liệu rác thải khác Hình 1.1: Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm 2006 (nguồn IEA, 2008) 3 1.2 Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1980 và dự báo đến năm2030 (nguồn IEA, 2008) 1. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới Điện mặt trời được các nhà khoa học đề cập vào những năm đầu thập kỷ 70.
Trong quá khứ và hiện nay sử dụng năng lượng điện mặt trời cho truyền thông vệ tinh, cho khu dân cư và tải là công nghiệp. Ở Mỹ, Nhật và một số nước Châu Âu như: Đức, Pháp…vv đã có nhiều nghiên cứu cũng như xây dựng, đưa vào hoạt động các nhà máy điện năng lượng mặt trời với những công nghệ khác nhau. Công viên mặt trời Okhotnikovo, toạ lạc trên bán đảo Crimea, miền nam Ukraine, là nhà máy điện mặt trời lớn nhất tại trung và đông Âu, sản xuất đủ điện để cung cấp cho khoảng 20.000 hộ gia đình. Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo rộng 160 héc-ta và bao gồm 560.000 tấm thu năng lượng mặt trời.
Nhà máy, với công suất 80 MWp, đã hoàn thành giai đoạn 1 và 2 hồi tháng 7/2011 và 3 và 4 hồi tháng 10. Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo được xem là dự án xanh hàng đầu của Ukraine. Việc nhà máy Okhotnykovo đi vào hoạt động sẽ giúp giảm 80.000 tấn khí thải các-bon của Ukraine mỗi năm. Tổng quan Để nắm rõ hơn về tình hình nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới ta có thể khảo sát các số liệu dưới đây.1: Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới.
Thông số thống kê Công suất lắp đặt Lắp đặt mới năm 2010, toàn thế giới 16.6 GW Tổng lắp đặt tính đến cuối năm 2010 39.5 GW Điện năng sản xuất từ pin mặt trời năm 2010 toàn thế giới 47000 GWh Lượng phát điện ròng ở Đức năm 2009 617000 GWh Sản lượng điện thương mại Việt Nam 2010 86000 GWh (Nguồn: Denis Lenardic, pvresources. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam. Về vấn đề này hiện nay ở Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước đây thì nhà nước chưa quan tâm nhưng 5 năm trở lại đây thì có chuyển biến khá mạnh mẽ.
Từ đó có chính sách hổ trợ nghiên cứu và đầu tư cho nguồn này. Cũng do thiếu điện nên nay là cơ hội cho năng lượng tái tạo phát triển. Đầu tư cũng khá lớn như vay tiền ngân hàng thế giới, dự án ODA Phần Lan cung cấp điện mặt trời cho khoảng 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa. Việc hợp tác với các Tổ chức Phi chính phủ trong lĩnh vực này cũng nhiều.
Hiện nay tại trung tâm Năng Lượng Mới thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội có nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chức trên thì trung tâm này còn thường xuyên nghiên cứu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái tạo tại hơn 30 tỉnh thành trên cả nước chưa có điện lưới quốc gia như: Tỉnh Bắc Giang, Bình Định, Quảng Trị. Tổng quan Ứng dụng nhiệt mặt trời ở nước ta mới chủ yếu là để thiết kế, sản xuất, lắp đặt các thiết bị đun nước nóng sinh hoạt cho hộ gia đình, khách sạn, trường học, bệnh viện,. khoảng 1,5 triệu m2 đã được lắp đặt. Theo thống kê của Bộ công thương, tỉ lệ năng lượng tái tạo tại nước ta tính đến năm 2007 chiếm khoảng 2.1% tổng công suất lắp đặt, trong đó năng lượng mặt trời chiếm 0.
Mục tiêu và giới hạn của đề tài Mục tiêu của đề tài là đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận, nghiên cứu công nghệ nhiệt điện năng lượng mặt trời phù hợp áp dụng tại tỉnh Ninh Thuận. Trong đó mục tiêu cụ thể là xác định công nghệ, tính toán công suất lắp đặt, xác định phương án lắp đặt nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời tại huyện Thuận Nam tỉnh Ninh Thuận. Giới hạn của đề tài là chỉ mới khảo sát, tính toán được công suất cho nhà máy tại một huyện, chưa tính toán được chi phí sản xuất. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn bao gồm: - Khảo sát, phân tích tổng hợp - Sử dụng các phương pháp thống kê để nghiên cứu và phân tích dữ liệu.
- Nghiên cứu, đánh giá, so sánh các công nghệ xây dựng nhà máy điện mặt trời, sau đó chọn lựa công nghệ phù hợp nhất đối với địa phương nghiên cứu 1. Nội dung luận văn Phần còn lại của nội dung luận văn bao gồm: Chương 2. Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày sơ lược lý thuyết mặt trời, bức xạ mặt trời, tua bin hơi nước Chương 3. Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời 6 1.
Tổng quan Chương này trình bày các tính chất, phương pháp xác định bức xạ năng lượng mặt trời. Các bộ thu năng lượng mặt trời Chương 4.