Chương I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời xét về lâu dài là một giải pháp cho tương lai. Một trong các nguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch về mặt môi trường. Trong quá trình sử dụng, nguồn năng lượng này không sinh ra khí nhà kính hay gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu. Có 2 kiểu chính sử dụng năng lượng mặt trời: - Sử dụng dưới dạng nhiệt năng (nhiệt mặt trời): lò hấp thụ mặt trời, nhà kính.
- Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng (điện mặt trời): hệ thống pin quang điện (hay pin mặt trời); nhiệt điện mặt trời…Ưu điểm là không gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất điện. Nhược điểm là Pin mặt trời không phù hợp trong sản xuất điện mang tính công nghiệp bởi sẽ phải cần diện tích rất lớn và chi phí đầu tư còn cao. Nhiệt mặt trời có ưu điểm là phạm vi ứng dụng đơn giản, ít tốn kém .Nhược điểm: việc vận chuyển nhiệt rất khó khăn, hiệu suất không cao, phụ thuộc vào thời tiết. Đồ án này thuộc hướng khai thác năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt nên có ưu điểm là tận dụng được nguồn năng lượng vô tận của mặt trời, giảm được giá thành trong sản xuất nước cất.
Khi kết hợp với công nghệ Multiple Effect Distillation (MED) hoàn toàn khắc phụ được yếu tố phụ thuộc vào thời tiết.2 Giới thiệu về nền công nghiệp năng lượng mặt trời. - Năng lượng mặt trời là nguồn gốc sinh ra các dạng năng lượng khác. - Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng hầu như vô tận. - Khai thác năng lượng mặt trời không gây ô nhiểm, không ảnh hưởng đến môi trường sinh thái xung quanh.
Nền công nghiệp năng lượng mặt trời trên thế giới Mặc dù trong nửa đầu thế kỷ 21, nguồn hóa thạch vẫn còn chiếm vai trò chủ đạo cung cấp nhu cầu năng lượng của nhân loại nhưng chúng đang trên đường cạn kiệt và là thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy, loài người đang nỗ lực tìm tòi và khai thác các nguồn năng lượng thay thế. Theo những số liệu dự báo, ngay từ sau năm 2050, năng lượng tái tạo (NLTT) sẽ giữ vai trò chủ đạo cung cấp năng lượng cho con người, trong đó điện mặt trời (ĐMT) sẽ vươn lên vị trí độc tôn, cung cấp tới 3/4 nhu cầu năng lượng của nhân loại vào năm 2100. Trong vòng khoảng 15 năm qua ĐMT phát triển rất nhanh, với tốc độ trung bình là 25%/năm.
Công nghiệp điện mặt trời bao gồm quang điện mặt trời (QĐMT) và nhiệt điện mặt trời (NĐMT). Sản lượng điện mặt trời của thế giới 1995-2008 Quang điện mặt trời tiếp tục là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất thế giới. Thị trường QĐMT thể hiện ba xu hướng rõ ràng là: Loại hình “Tòa nhà ĐMT/ Mái nhà ĐMT” (Building integrated Photovoltaic-BIPV) ngày càng gia tăng; Công nghiệp chế 11 tạo pin mặt trời (PMT), trong đó đáng chú ý là lượng PMT công nghệ màng mỏng (thin-film PV) chiếm phần lớn trong tổng công suất lắp đặt (dẫn đầu thế giới là Hoa Kỳ, Malaysia, Đức…); và sự ra đời hàng loạt các nhà máy QĐMT. Công suất các nhà máy QĐMT nối lưới phát triển mạnh mẽ từ mức 200 KWp đã tăng lên tới mức 3GWp.[1] Tình hình phát triển QĐMT trên bình diện toàn cầu trong năm 2008 đầy biến động Bên cạnh quang điện mặt trời, nhiệt điện mặt trời cũng là ngành công nghiệp năng lượng với nhiều bước tiến và các cơ sở sản xuất mới.
Công nghiệp điện mặt trời hội tụ (concentrating solar power plant-CSP) mở ra nhiều khả năng cho phát triển cùng với các phương tiện sản xuất mới. Chảo nhiệt điện mặt trời Stirling là một kế hoạch của hai cường quốc năng lượng mới thế giới CHLB Đức và Tây Ban Nha với tham vọng độc chiếm thị trường NĐMT trong tương lai gần. Đây là bước đi thương mại quan trọng của công nghệ điện mặt trời Stirling. Nhiệt mặt trời cũng phát triển mạnh đạt mức gấp đôi.
Đun nước nóng mặt trời và năng lượng sưởi ấm tăng trưởng 15%/năm trong năm 2008, đạt khoảng 145 GWth, gấp đôi công suất năm 2004. Dẫn đầu thế giới là Trung Quốc với ¾ công suất lắp đặt toàn cầu, tiếp theo là Đức, Tây Ban Nha, Nhật… Và trong số các nước đang phát triển, Brazil, Maroc, Tunisia… cũng cho thấy tốc độ “tăng trưởng lắp đặt nóng” của các hệ đun nước nóng mặt trời 12 1. Đặc điểm − CSP được sử dụng để sản xuất điện đôi khi gọi là nhiệt điện năng lượng mặt trời, thường được tạo ra thông qua hơi nước. − Cần có một khu vực rộng lớn đáng kể để đặt hệ thống − Lắp đặt đơn giản hơn so với các công nghệ nhiệt điện khác 1.
Hệ thống máng Parabol (Parabol Trough) Một máng parabol là hệ thống gương có tác dụng phản xạ ánh sáng tập trung vào bộ tiếp nhận dạng đường (tập trung tuyến tính). Ánh sáng được tập trung vào một vị trí dọc theo đường trọng điểm của hệ thống máng phản xạ. Thiết bị nhận là một ống đặt trực tiếp phía trên giữa các gương parabol và chứa đầy một chất lỏng, hệ thống có một trục theo dõi ánh sáng mặt trời vào ban ngày. Một chất lỏng làm việc (ví dụ như muối nóng chảy ) được đun nóng đến 150-350 ° C (423-623 K (302-662 ° F)) nó chảy qua bộ phận nhận và sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một kiểu năng lượng hệ thống, mục đích của hệ thống chủ yếu là để tạo ra điện năng.
Hiện nay hệ thống sử dụng công nghệ CSP-Trough là phát triển nhất. Hệ thống điện tháp Một tòa tháp năng lượng mặt trời bao gồm một loạt các gương phản xạ theo dõi trục kép tập trung ánh sáng mặt trời trên một máy thu trung tâm trên đỉnh một tòa tháp, bộ phận nhận có chứa một chất lỏng, mà có thể bao gồm nước biển. Chất lỏng làm việc nhận nhiệt độ đun nóng đến 500-1000°C (773-1.273 K) và sau đó được sử dụng như là một nguồn năng lượng cho một cơ chế tạo ra điện hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng. Ứng dụng của tháp năng lượng không cao hơn so với các hệ thống máng, nhưng chúng cung cấp hiệu quả cao hơn và khả năng lưu trữ năng lượng tốt hơn, Tây Ban Nha nước đầu tiên có quy mô tháp năng lượng mặt trời lớn trên thế giới.
Hệ thống đĩa/ động cơ Striling (Dish Stirling) Hệ thống này bao gồm: − Gương phản xà dạng Parabolic tròn xoay có tác dụng tập trung ánh sang thanh một điểm vơi hệ số tập trung khoảng 1000 – 2500 lần vào tiêu điểm. − Tại tiêu điểm này lắp một thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng rồi thanh điện năng. Thiết bị này gọi là gọi là động cơ Stirling. Hệ thống Dish Stirling bao gồm các phản xạ thống nhất của parabol, là tập trung ánh sáng vào một bộ nhận, vị trí ở tâm điểm của phản xạ.
Sự phản xạ ánh nắng Mặt trời được theo dõi dọc theo hai trục quay. Chất lỏng làm việc nhận được nhiệt độ đun nóng đến 250-700 ° C (523-973 K (482-1.292 ° F)) và sau đó được sử dụng cho một động cơ Stirling để tạo ra 14 điện. Đĩa Parabolic là các hệ thống cung cấp cao nhất năng lượng mặt trời để tạo ra điện, rất hiệu quả trong các công nghệ CSP, và có khả năng mở rộng mô-đun của chúng. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam.
Tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam: Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn.Trải dài từ vĩ độ 8o27’ Bắc (Cà Mau) đến 23o23’ Bắc (Hà Giang), Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2. Trong khi đó cường độ bức xạ mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ước tính khoảng 4 kWh/m2do điều kiện thời tiết với trời nhiều mây và mưa phùn vào mùa đông và mùa xuân. Ở Việt nam, bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE.[1] Năng lượng mặt trời ở Việt nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước.
Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Các dự án ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam Có bốn dạng công nghệ năng lượng mặt trời hiện đang có mặt trên thị trường Việt nam. Đó là công nghệ năng lượng mặt trời quy mô hộ gia đình, quy mô thương mại sử dụng cho các khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, quân đội và các trung tâm dịch vụ, cho làng mạc như đèn công cộng, âm thanh, tivi và trạm cho sạc pin.
Tại Việt Nam, các tấm pin quang điện (Photo-voltaic: PV) đều được nhập khẩu trong khi thành phần khác của hệ thống thì được sản xuất trong nước. Tập đoàn Bưu chính viễn thông Việt Nam (VNPT) và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) sở hữu các công ty thành viên có chức năng thiết kế và lắp đặt các hệ thống điện mặt trời cho nhu cầu sử dụng nội bộ. Ở Việt nam, các ứng dụng năng lượng mặt trời đã phát triển nhanh chóng kể từ những năm 90. Các ứng dụng bao gồm điện mặt trời cho hộ gia đình và các trung tâm dịch 15 vụ, hệ thống đun nước mặt trời, điện mặt trời PV, hệ thống đèn điện và sấy.
Công nghệ lai ghép (Hybrid technology) của các nguồn năng lượng tái tạo, được đặt tên là Manicub, đã được ứng dụng trên các tàu thuỷ, xe cứu thương hay khu biệt thự sử dụng năng lượng mặt Trong số các ứng dụng, công nghệ đun nước mặt trời được xem là có giá trị kinh tế, hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay.[1] Mặc dù nguồn năng lượng mặt trời ở Việt nam được công nhận là có tiềm năng lớn, nhưng các dự án điện mặt trời vẫn chưa được chú ý phát triển. Hầu hết các dự án điện mặt trời trên khắp cả nước chỉ ở quy mô nhỏ và tập trung chủ yếu vào việc khai thác nhiệt năng từ năng lượng mặt trời. Chi phí đầu tư lớn là rào cản chủ yếu cho việc phát triển các dự án điện mặt trời ở Việt nam.
