CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG PHÂN TÁN VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI FUJIWARA - BÌNH ĐỊNH 1. Các nguồn năng lượng phân tán Những năm gần đây, vấn đề về an ninh năng lượng và biến đổi khí hậu là một trong những ưu tiên và mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia trên thế giới. Hai vấn đề này luôn mâu thuẫn với nhau, với một thế giới ngày càng phát triển thì năng lượng luôn luôn phải đi trước một bước để đáp ứng sự phát triển của xã hội, tuy nhiên việc sử dụng ngày càng nhiều năng lượng hóa thạch lại dẫn đến lượng khí thải CO2 ngày càng nhiều gây nên hiệu ứng nhà kính gây ra biến đổi khí hậu, gây tác hại đến môi trường sống của con người. Mặt khác dự trữ năng lượng hóa thạch cũng có hạn, vì vậy việc tăng cường nghiên cứu, khai thác và tận dụng triệt để các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối… là thực sự cần thiết, nhằm hạn chế việc khai thác cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên không thể tái sinh, và giảm lượng khí phác thải khí CO2 phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
Nguồn điện sinh khối Với điều kiện là nước nông nghiệp đang phát triển và có khí hậu thuận lợi, Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn cung sinh khối, có thể khai thác cho sản xuất năng lượng. Các cơ sở sản xuất nông nghiệp, các hộ nông dân sẽ có thêm lợi nhuận khi họ tham gia vào chuỗi cung cấp nhiên liệu sinh khối (bán phế thải - phụ phẩm nông - lâm nghiệp làm nhiên liệu đốt). Sản xuất năng lượng sử dụng sinh khối sẽ làm giảm áp lực cho năng lượng hóa thạch. Vì vậy để khuyến khích sản xuất nguồn điện sinh khối Chính phủ đã xây dựng và thiết lập lộ trình phát triển điện sinh khối giai đoạn đến năm 2020, có xét đến năm 2030 thể hiện trong Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 điều chỉnh (gọi tắt là Quy hoạch điện VII điều chỉnh).
Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, tỷ trọng điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng sinh khối trong giai đoạn đến năm 2020 chiếm 1% tổng sản lượng điện và khoảng 1,2% vào năm 2025 và khoảng 2,1% vào năm 2030. Tuy nhiên, nếu chỉ dừng ở việc thiết lập mục tiêu mà không có quy hoạch phát triển quy mô toàn quốc cũng như cơ chế hỗ trợ cụ thể cho điện sinh khối thì nguồn 5 điện này vẫn chỉ dừng lại ở trạng thái tiềm năng và khi đó chỉ tiêu của Chính phủ đặt ra cho phát triển loại hình nguồn điện này sẽ khó đạt được kết quả. Tính đến thời điểm hiện tại, tổng công suất lắp đặt nguồn điện từ bã mía tại 41 nhà máy đường đạt 368,088 MW. Dải công suất của các nhà máy này nằm trong khoảng từ 1,5MW đến 55MW.
Nhà máy đường Khánh Hoà có tổng công suất lắp đặt điện lớn nhất với 2 tổ máy, một tổ có công suất 25 MW, tổ còn lại có công suất 30 MW. Nguồn thủy điện nhỏ Ở nước ta có địa hình nhiều đồi núi và nhiều sông suối nên có nhiều điều kiện để phát triển thủy điện. Ngoài các công trình thủy điện có công suất lớn còn có tiềm năng thuỷ điện nhỏ phong phú. Dự trữ năng lượng của thuỷ điện nhỏ vào khoảng 1,6 – 2x106 kW lắp máy, có khả năng cung cấp 6 – 8x109 kWh mỗi năm.
Nguồn thủy điện nhỏ đóng vai trò ngày càng lớn trong hệ thống lưới điện phân phối, với công suất lắp đặt ngày càng gia tăng và số điểm khai thác ngày càng nhiều. Nguồn sông suối tập trung ở vùng núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên, cho nên việc xây dựng các thủy điện nhỏ rất thuận lợi cho việc cấp điện cho các khu vực vùng xa, vùng sâu phục vụ cho quá trình phát triển kinh tế, xã hội ở những vùng này. Thuỷ điện nhỏ ở nước ta với đặc điểm sử dụng trực tiếp dòng chảy để phát điện, không tạo thành hồ chứa hoặc hồ chứa dung tích rất nhỏ. Vì thế các thuỷ điện này thường có các đập nhỏ và hầu như không gây ảnh hưởng đến môi trường.
Những nhà máy thuỷ điện nhỏ được thiết kế với cột nước thấp, nằm trên những dòng sông nhỏ với độ dốc không lớn lắm, và có thể sử dụng toàn bộ lưu lượng sông hoặc một phần lưu lượng. Như vậy, việc phát triển thuỷ điện nhỏ không vấp phải các vấn đề về môi trường như ở các hồ chứa thuỷ điện lớn. Việc xây dựng một trạm thuỷ điện nhỏ không ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống dân cư xung quanh, ảnh hưởng môi trường. Ðối với các hồ chứa thuỷ điện công suất nhỏ hơn 30 MW thì các hồ chứa thuỷ điện thu thập nước mưa để sau đó có thể sử dụng cho sinh hoạt và tưới tiêu.
Nhờ việc tích trữ nước, các hồ chứa ngăn chặn việc ngập úng do xả toàn bộ khối nước và giảm khả năng ngập lụt và hạn hán. Hơn nữa, điện năng được phát từ các nhà máy thuỷ điện nhỏ có thể được đưa vào lưới nhanh hơn các nguồn năng lượng khác. Khả năng tăng công suất của thủy điện từ 0 lên cực đại là nhanh chóng và có thể dự đoán trước, cho phép thuỷ điện đáp ứng các mức thay đổi phụ tải và cung cấp các dịch vụ phụ thuộc điện năng để giữ cân bằng giữa nguồn cấp và nhu cầu phụ tải. Nguồn điện gió Ưu điểm dễ thấy nhất của điện gió là chỉ sử dụng sức gió, vì vậy sẽ không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường như các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, lựa chọn địa điểm dễ dàng và tiết kiệm đất xây dựng.
Các trạm điện bằng sức gió có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, do vậy sẽ giảm chi phí cho việc xây dựng đường dây truyền tải điện. Nguồn điện gió đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công nghệ lắp ráp đã hoàn thiện, nên để hoàn thành một trạm điện bằng sức gió hiện nay chi phí chỉ bằng 1/5 so với năm 1986. Việt Nam là một trong những nước có nhiều tiềm năng về phát triển các nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo. Báo cáo đánh giá tiềm năng gió và mặt trời do tổ chức AWS Truewind (Mỹ) thực hiện cho thấy, Việt Nam có 128.000 km2 tương đương với 8% diện tích lãnh thổ đạt tốc độ gió là trên 7 m/s, ước tính, tổng công suất tiềm năng về điện gió trên toàn lãnh thổ Việt Nam khoảng 110.
Các trạm điện gió có thể đặt ở những địa điểm và vị trí khác nhau, với những giải pháp rất linh hoạt và phong phú. Các trạm điện gió cũng có thể lắp đặt ở biển vì thường có gió mạnh và cho sản lượng cao hơn các trạm trong đất liền. Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn trên bộ. Dải bờ biển VN trên 3.000km có thể tạo ra công suất hàng tỉ kW điện bằng sức gió.
Ðặt một trạm điện bằng sức gió bên cạnh các trạm bơm thủy lợi ở xa lưới điện quốc gia sẽ tránh được việc xây dựng đường dây tải điện với chi phí lớn gấp nhiều lần chi phí xây dựng một trạm điện bằng sức gió. Việc bảo quản một trạm điện bằng sức gió cũng đơn giản hơn việc bảo vệ đường dây tải điện rất nhiều. Tuy nhiên, gió là dạng năng lượng mang tính bất định cao, nên khi đầu tư vào lĩnh vực này cần có các số liệu thống kê đủ tin cậy. Nhưng chắc chắn chi phí đầu tư cho điện bằng sức gió thấp hơn so với thủy điện.
Nguồn điện mặt trời 1. Công nghệ điện năng lượng mặt trời [9, 10] Hiện nay, công nghệ chuyển năng lượng mặt trời thành điện năng đang được sử dụng trên thế giới bao gồm: + - ), sự chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện này sẽ tạo nên dòng điện; 7 + Công nghệ nhiệt mặt trời hội tụ (Concentrated Solar Power - CSP): công nghệ này sử dụng những tấm gương để hội tụ năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành hơi ở nhiệt độ cao trước khi được đưa vào các tuabin nhiệt và tạo ra điện năng. Công nghệ điện mặt trời SPV Công nghệ điện mặt trời CSP Nhà máy điện mặt trời sử dụng công nghệ quang điện SPV có hiệu suất chuyển đổi khá thấp, trong khoảng từ 15% ÷ 19% đối với các hệ thương mại. Tuy nhiên, hệ nguồn này có cấu trúc đơn giản, hoạt động tin cậy và lâu dài, công việc vận hành và bảo trì bảo dưỡng cũng đơn giản và chi phí rất thấp.
Nhà máy điện mặt trời sử dụng công nghệ CSP có hiệu suất khá cao, khoảng 25%, nhưng nó chỉ có hiệu quả ở các khu vực có bức xạ mặt trời cao hơn 5,5 kWh/m2/ngày và công suất nhà máy không nhỏ hơn 5 MW. Hệ thống này có cấu trúc phức tạp (cần có thiết bị điều khiển các bộ thu luôn dõi theo chuyển động của mặt trời), công việc vận hành và bảo trì bảo dưỡng phức tạp và chi phí cao. Với điều kiện công nghệ hiện tại của Việt Nam, có thể nhận thấy công nghệ nhà máy điện mặt trời CSP hiện tại chưa phù hợp và sẽ được xem xét áp dụng trong tương lai. Trong giai đoạn này của dự án, sơ bộ lựa chọn công nghệ quang điện SPV sẽ được áp dụng cho dự án bởi đây là công nghệ đã được thương mại hoá và kiểm chứng thực tế trên thế giới.
Sau đây là sơ đồ nguyên lý tổng thể nhà máy điện mặt trời nối lưới sử dụng công nghệ quang điện SPV.1 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện mặt trời PV nối lưới 1. Xu hướng phát triển điện năng lượng mặt trời [16] Với sự phát triển tiến bộ không ngừng về công nghệ, mức chi phí đầu tư ban đầu ngày càng giảm, chi phí vận hành và bảo dưỡng nhỏ nên giá thành sản xuất điện từ mặt trời đang dần cạnh tranh với các nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch. Hiện nay, điện từ nguồn năng lượng mặt trời đang phát triển mạnh với tốc độ rất cao, mức tăng trưởng chưa từng có từ trước tới nay. Năm 2016, Điện mặt trời PV, với ít nhất 75 GWp đã được lắp đặt thêm trên toàn thế giới (tương đương với khoảng hơn 31.000 tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt thêm mỗi giờ), lần đầu tiên trở thành dạng công nghệ đi đầu về mặt công suất mới được lắp đặt trong các công nghệ năng lượng tái tạo.