Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Năng Lượng Mặt Trời Sản Xuất Hydro Trong Điều Kiện Việt Nam

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ nhiệt nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời sản xuất hydro trong điều kiện việt nam, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Cao Minh Thiện
• Người hướng dẫn: GS. TS. Lê Chí Hiệp
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ nhiệt
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời sản xuất hydro trong điều kiện Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
• 1.1.1. Tên đề tài luận văn
• 1.1.2. Mục đích và phạm vi của luận văn
• 1.1.2.1. Thực trạng cung cấp điện tại các huyện đảo của Việt Nam
• 1.1.2.2. Thực trạng cung cấp điện tại huyện đảo Phú Quốc
• 1.1.2.3. Mục đích của đề tài luận văn
• 1.1.2.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.1.3. Ý nghĩa của đề tài luận văn
• 1.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SẢN XUẤT HYDRO
• 1.2.1. Sơ đồ Công nghệ
• 1.2.2. Quy trình Công nghệ
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG
• 2.1.1. Giới thiệu năng lượng Mặt trời
• 2.1.1.1. Tổng quan về cấu trúc Mặt trời

Tóm tắt

I. Tổng quan về năng lượng mặt trời và sản xuất hydro

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng năng lượng mặt trời để sản xuất khí hydro trong điều kiện tại Việt Nam. Năng lượng mặt trời được xem là một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, có tiềm năng lớn trong việc giải quyết các vấn đề về cung cấp điện, đặc biệt là ở các khu vực vùng sâu, vùng xa và hải đảo. Sản xuất hydro thông qua quá trình điện phân nước sử dụng năng lượng từ pin mặt trời là một phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển một mô hình kết hợp giữa năng lượng mặt trời và công nghệ hydro để cung cấp điện ổn định cho các khu vực khó khăn về nguồn điện.

1.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời với số giờ nắng trung bình từ 1.800 đến 2.500 giờ/năm. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các hệ thống pin mặt trời để sản xuất điện. Tuy nhiên, việc khai thác và ứng dụng năng lượng mặt trời vẫn còn hạn chế do thiếu cơ sở hạ tầng và công nghệ phù hợp. Nghiên cứu này đề xuất các giải pháp để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời trong sản xuất khí hydro, từ đó góp phần vào việc phát triển năng lượng sạch và bền vững tại Việt Nam.

1.2. Công nghệ sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời

Quá trình sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời được thực hiện thông qua quá trình điện phân nước. Hệ thống bao gồm các pin mặt trời để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, sau đó sử dụng điện năng này để điện phân nước thành khí hydro và oxy. Khí hydro được lưu trữ và sử dụng làm nhiên liệu cho pin nhiên liệu để sản xuất điện khi pin mặt trời không hoạt động. Công nghệ này không chỉ giúp tận dụng tối đa năng lượng mặt trời mà còn tạo ra một nguồn năng lượng sạch và bền vững.

II. Ứng dụng thực tế và tính khả thi

Nghiên cứu này đã xây dựng một mô hình thử nghiệm để ứng dụng năng lượng mặt trời trong sản xuất hydro tại huyện đảo Phú Quốc. Mô hình bao gồm hệ thống pin mặt trời, thiết bị điện phân nước, và pin nhiên liệu để cung cấp điện 24/24 cho phòng cấp cứu của bệnh viện. Kết quả cho thấy mô hình này có tính khả thi cao và có thể được nhân rộng tại các khu vực khác có điều kiện tương tự. Việc ứng dụng công nghệ hydro từ năng lượng mặt trời không chỉ giải quyết vấn đề cung cấp điện mà còn góp phần vào việc phát triển năng lượng xanh và bền vững tại Việt Nam.

2.1. Tính toán và mô hình hóa hệ thống

Nghiên cứu đã sử dụng phần mềm FORTRAN để mô hình hóa và tính toán hiệu suất của hệ thống pin mặt trời, thiết bị điện phân, và pin nhiên liệu. Các thông số đầu vào được tham khảo từ dữ liệu thực tế và tiêu chuẩn kỹ thuật. Kết quả tính toán cho thấy hệ thống có thể sản xuất khí hydro với công suất 72Nm3/ngày, đáp ứng nhu cầu điện cho phòng cấp cứu của bệnh viện. Điều này chứng minh tính khả thi của mô hình trong việc ứng dụng thực tế.

2.2. Đề xuất ứng dụng rộng rãi

Nghiên cứu đề xuất việc ứng dụng rộng rãi mô hình sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời tại các khu vực vùng sâu, vùng xa và hải đảo của Việt Nam. Việc triển khai mô hình này không chỉ giúp giải quyết vấn đề cung cấp điện mà còn góp phần vào việc phát triển năng lượng sạch và bền vững. Ngoài ra, khí hydro sản xuất từ năng lượng mặt trời còn có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông và các ứng dụng công nghiệp khác, mở ra nhiều cơ hội phát triển trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng cung ứng năng lượng tại mười huyện đảo ven biển Việt Nam luôn đối mặt với nhiều thách thức to lớn khi phần lớn nguồn điện phụ thuộc vào các cụm máy phát diesel công suất nhỏ lẻ từ 0,8 MW đến 1,32 MW. Điển hình tại huyện đảo Cô Tô, thời gian cấp điện sinh hoạt chỉ duy trì khoảng 4 đến 5 giờ mỗi ngày, trong khi tại đảo Lý Sơn mức tiêu thụ điện bình quân năm 2006 chỉ đạt xấp xỉ 58 kWh/người. Việc duy trì nguồn phát diesel cũ nát khiến Công ty Điện lực 2 phải gánh khoản bù lỗ nghiêm trọng, riêng tại đảo Phú Quốc giai đoạn 2003 - 2005 đã bù lỗ tới 50 tỷ đồng và năm 2006 tiếp tục bù lỗ hơn 45 tỷ đồng. Trước tình hình cấp bách về an ninh năng lượng và nhu cầu cấp điện liên tục 24/24 giờ cho các cơ sở hạ tầng trọng yếu, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ Nhiệt của tác giả Cao Minh Thiện, dưới sự hướng dẫn khoa học của Giáo sư, Tiến sĩ Lê Chí Hiệp tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 6 năm 2012), đã tập trung giải quyết bài toán tự chủ nguồn điện sạch cho hải đảo.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng mô hình toán học và tính toán thiết kế hệ thống sản xuất khí Hydro bằng năng lượng mặt trời với công suất định mức 72 Nm3/ngày, phục vụ làm nguồn nhiên liệu dự trữ cho hệ thống pin nhiên liệu phát điện. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng được định hướng triển khai trực tiếp cho hệ thống phụ tải phòng cấp cứu Bệnh viện Đa khoa huyện đảo Phú Quốc. Nghiên cứu mang ý nghĩa chiến lược sâu sắc khi kết hợp đồng bộ công nghệ quang điện (PV), công nghệ điện phân màng trao đổi proton (PEM) và pin nhiên liệu polymer (PEMFC), tạo ra giải pháp cấp điện không phát thải, chấm dứt tình trạng gián đoạn y tế và giảm thiểu chi phí trợ giá năng lượng hàng chục tỷ đồng mỗi năm cho ngân sách quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng tích hợp giữa lý thuyết quang bán dẫn, nhiệt động học điện hóa và định luật truyền khối. Lý thuyết biến đổi quang điện dựa trên hiệu ứng quang điện bên trong của chất bán dẫn Silic (Si), mô tả quá trình photon ánh sáng mang năng lượng $h\nu$ kích thích electron chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn để tạo ra cặp hạt dẫn electron và lỗ trống với hiệu suất chuyển đổi lý thuyết giới hạn không quá 44%.

Cơ sở điện phân sản xuất Hydro được thiết lập từ định luật Faraday, tính toán chính xác đương lượng khối lượng và số mol khí sinh ra tại điện cực catot theo cường độ dòng điện một chiều và thời gian phản ứng. Mô hình ứng dụng công nghệ điện phân màng trao đổi proton cố định (PEM), trong đó cấu trúc màng polymer chứa các nhóm ion sulfonic $\text{SO}_3^-$ đóng vai trò chất điện ly rắn dẫn truyền proton $\text{H}^+$ từ anot sang catot mà không cần dung dịch hóa chất ăn mòn.

Hệ thống pin nhiên liệu màng polymer (PEMFC) được phân tích dựa trên nguyên lý phản ứng điện hóa nghịch của quá trình điện phân nước, trong đó Hydro và Oxy kết hợp tạo thành dòng điện một chiều, nhiệt năng và nước sạch với điện áp lý thuyết của pin đơn đạt khoảng 1,1 V. Bốn khái niệm trọng tâm xuyên suốt bao gồm: bức xạ trực xạ và tổng xạ mặt trời, mật độ dòng đoản mạch, màng trao đổi proton rắn PEM, và hiệu suất điện hóa pin nhiên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu đầu vào của mô hình được trích xuất từ quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng QCXDVN 02:2008/BXD, kết hợp với chuỗi số liệu đo bức xạ mặt trời thực tế tại trạm đo Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. Các thông số kỹ thuật của thiết bị điện phân và pin nhiên liệu được đối sánh từ tài liệu của các nhà chế tạo hàng đầu thế giới như Giner Inc, Proton Energy và H-Tec GmbH.

Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là mô hình hóa toán học hệ thống kết hợp lập trình giải thuật trên ngôn ngữ FORTRAN. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm bộ dữ liệu 8.760 giờ bức xạ và nhiệt độ môi trường trong suốt 12 tháng tại tọa độ huyện đảo Phú Quốc và khu vực phía Nam. Phương pháp chọn mẫu theo chuỗi thời gian liên tục được áp dụng nhằm bao quát toàn diện các kịch bản thời tiết từ ngày nắng cực đại với bức xạ đạt trên 1000 W/m2 đến các giai đoạn mưa bão, mây mù kéo dài. Việc lựa chọn phương pháp mô phỏng cân bằng năng lượng theo giờ trên FORTRAN cho phép đánh giá chính xác động học nạp - xả khí Hydro, xác định dung lượng tối ưu của bồn chứa áp suất từ 5 đến 40 bar và ngăn ngừa rủi ro thiếu hụt công suất trong các trường hợp cấp cứu y tế khẩn cấp. Timeline nghiên cứu được thực hiện đồng bộ từ tháng 07 năm 2011 đến tháng 06 năm 2012.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình tính toán và mô phỏng trên FORTRAN đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả vượt trội của hệ thống năng lượng mặt trời sản xuất Hydro với bốn phát hiện then chốt:

Thứ nhất, hệ thống điện phân màng trao đổi proton PEM đạt công suất thiết kế 72 Nm3 Hydro/ngày với hiệu suất vận hành thực tế đạt khoảng 70% đến 80% (trong điều kiện lý tưởng có thể tiệm cận 90% đến 93%), tạo ra dòng khí Hydro có độ tinh khiết cao trên 99,9% mà hoàn toàn không cần hóa chất kiềm KOH nồng độ 15% đến 25% như các hệ thống điện phân dung dịch truyền thống.

Thứ hai, dàn pin quang điện công nghệ tinh thể kết hợp màng mỏng tạo ra mật độ dòng đoản mạch đạt từ 25 đến 30 mA/cm2 ở điều kiện bức xạ chuẩn 1000 W/m2 và điện thế hở mạch 0,55 V, vừa cung cấp đủ điện năng cho tải tiêu thụ ban ngày vừa cấp dòng điện một chiều vận hành máy điện phân nạp đầy hệ thống bình chứa khí.

Thứ ba, cụm pin nhiên liệu PEMFC vận hành ở dải nhiệt độ tối ưu 60°C đến 80°C (tương đương 175°F) đạt hiệu suất biến đổi năng lượng từ 40% đến 50%, cung cấp điện áp ổn định để duy trì phụ tải y tế phòng cấp cứu 24/24 giờ mà không gây tiếng ồn, không rung chấn cơ học và không phát thải khói độc.

Thứ tư, nghiên cứu kiểm chứng các chỉ số an toàn vật lý của nhiên liệu Hydro: giới hạn nồng độ bốc cháy của Hydro trong không khí là 4% (cao hơn gấp 4 lần so với mức 1% của hơi xăng dầu), tốc độ khuếch tán nhanh cho phép khí tiêu tán hoàn toàn sau 60 đến 100 giây khi xảy ra rò rỉ, giảm thiểu tối đa nguy cơ cháy lan kéo dài 20 đến 30 phút như các vụ cháy dầu diesel thông thường.

Thảo luận kết quả

Cơ chế vận hành của công nghệ PEM đạt độ tin cậy cao nhờ việc loại bỏ hoàn toàn dung dịch kiềm lỏng, giúp thiết bị có kích thước nhỏ gọn và thời gian khởi động nhanh. Khí Hydro sở hữu mật độ năng lượng theo trọng lượng cực cao, trở thành chất mang năng lượng lý tưởng để khắc phục tính bất định của bức xạ mặt trời.

Khi so sánh với hiện trạng phát điện diesel tại Phú Quốc vốn sở hữu các tổ máy như DG 800 (công suất khả dụng 700 kW), CAT 3580-G1 (khả dụng 720 kW) và CAT 3512-G2 (1.320 kW), hệ thống pin nhiên liệu Hydro thể hiện ưu thế vượt bậc về môi trường và kinh tế vận hành dài hạn. Hệ thống cắt giảm 100% lượng khí thải carbon và giải quyết dứt điểm các khoản bù lỗ hàng chục tỷ đồng phát sinh từ giá dầu nhập khẩu.

Toàn bộ dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua bảng ma trận so sánh năm công nghệ pin nhiên liệu chính: PEMFC (nhiệt độ 60 - 80°C, hiệu suất 40 - 50%), AFC (nhiệt độ 65 - 220°C, hiệu suất 70%), PAFC (nhiệt độ 150 - 205°C, hiệu suất 40 - 80%), MCFC (nhiệt độ 650°C, hiệu suất 60 - 80%) và SOFC (nhiệt độ 600 - 1000°C, hiệu suất 60%). Đồ thị đường biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ màng điện phân và điện áp đầu ra chỉ rõ dải vận hành tối ưu của PEMFC đạt đỉnh tại 80°C trước khi hiện tượng suy giảm áp suất riêng phần của oxy xảy ra ở điểm sôi của nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hiện thực hóa công nghệ sản xuất Hydro sạch trong điều kiện kinh tế – kỹ thuật Việt Nam, luận văn đưa ra bốn giải pháp mang tính chiến lược:

Thứ nhất, phê duyệt và lắp đặt dự án thí điểm hệ thống điện mặt trời – Hydro công suất 72 Nm3/ngày tại Bệnh viện Đa khoa Phú Quốc. Đơn vị chủ trì là Ủy ban nhân dân tỉnh Kiên Giang phối hợp cùng Tổng công ty Điện lực miền Nam, đặt mục tiêu đạt tỷ lệ cấp điện liên tục 100% cho khoa cấp cứu trong vòng 24 tháng kể từ ngày phê duyệt nguồn vốn.

Thứ hai, ban hành khung quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tồn trữ khí Hydro áp suất cao từ 5 đến 40 bar và tiêu chuẩn kết nối trạm pin nhiên liệu tĩnh. Bộ Công Thương cùng Bộ Khoa học và Công nghệ cần xây dựng lộ trình hoàn thiện văn bản pháp quy trong thời gian 12 đến 18 tháng nhằm tạo hành lang pháp lý an toàn cho năng lượng mới.

Thứ ba, thiết lập cơ chế ưu đãi thuế và tài chính xanh cho chuỗi cung ứng vật tư năng lượng tái tạo. Bộ Tài chính cần áp dụng mức thuế nhập khẩu ưu đãi 0% đối với màng trao đổi proton PEM, tấm xúc tác bạch kim platin và bình chứa composite chuyên dụng, hướng tới mục tiêu giảm 30% đến 35% chi phí đầu tư ban đầu cho các dự án hải đảo đến năm 2026.

Thứ tư, mở rộng thuật toán tính toán FORTRAN thành phần mềm tích hợp đa nguồn năng lượng lai (Hybrid Solar - Wind - Hydrogen Microgrid). Các trường đại học kỹ thuật và Viện Năng lượng đảm nhận nghiên cứu tối ưu hóa điều khiển tự động nhằm nhân rộng mô hình cho toàn bộ mười huyện đảo ven biển trước năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng và học thuật chuyên sâu cho bốn nhóm đối tượng:

1. Kỹ sư thiết kế hệ thống năng lượng và công nghệ nhiệt: Tiếp cận toàn bộ phương pháp tính toán cân bằng năng lượng, thông số chọn lựa pin quang điện, bình điện phân PEM và cụm pin nhiên liệu PEMFC với các công thức thực nghiệm chuẩn xác.
2. Nhà hoạch định chính sách và quản lý dự án năng lượng tại EVN: Nắm bắt cơ sở dữ liệu phân tích chi phí bù giá điện tại hải đảo và mô hình giải pháp kỹ thuật độc lập để xây dựng chiến lược chuyển đổi năng lượng xanh cho vùng biển đảo.
3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Năng lượng mới: Khai thác mã nguồn thuật toán mô phỏng FORTRAN, cơ sở lý thuyết điện hóa và tập dữ liệu bức xạ QCXDVN 02:2008/BXD phục vụ các đề tài nghiên cứu mở rộng.
4. Ban quản lý các cơ sở y tế và đơn vị quốc phòng tại vùng sâu, vùng xa, hải đảo: Ứng dụng mô hình nguồn điện dự phòng không phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho thiết bị y tế và duy trì thông tin liên lạc 24/24 giờ.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao công nghệ điện phân màng trao đổi proton PEM được ưu tiên lựa chọn thay vì điện phân dung dịch kiềm?

Công nghệ PEM vận hành hoàn toàn bằng nước sạch và dòng điện một chiều, không sử dụng dung dịch ăn mòn KOH nồng độ 15% đến 25%. Màng PEM cho độ tinh khiết khí Hydro trên 99,9%, hiệu suất đạt 70% đến 80%, vận hành an toàn và bảo dưỡng đơn giản tại các huyện đảo.

Hệ thống pin nhiên liệu PEMFC hoạt động tối ưu ở dải nhiệt độ và thông số nào?

Pin nhiên liệu PEMFC vận hành hiệu quả nhất ở nhiệt độ từ 60°C đến 80°C (tối ưu tại 80°C / 175°F). Ở dải nhiệt này, tính dẫn ion của màng đạt mức cao nhất, điện trở trong giảm và mỗi cell đơn tạo ra điện áp khoảng 1,1 V với hiệu suất chuyển đổi đạt 40% đến 50%.

Mức độ an toàn của khí Hydro khi so sánh với xăng dầu truyền thống như thế nào?

Hydro có nồng độ bắt cháy tối thiểu là 4% trong không khí, cao hơn mức 1% của xăng dầu. Nhờ tỉ trọng siêu nhẹ và tốc độ khuếch tán nhanh, Hydro tiêu tán hoàn toàn sau 60 đến 100 giây nếu rò rỉ, đám cháy chỉ kéo dài 1 đến 2 phút thay vì 20 đến 30 phút như xăng dầu.

Mô hình tính toán trong luận văn đáp ứng nhu cầu cung cấp điện thực tế ra sao?

Mô hình tính toán với công suất sinh khí 72 Nm3 Hydro/ngày kết hợp bình chứa áp suất cao và hệ thống pin nhiên liệu PEMFC đảm bảo cung cấp đủ công suất điện 24/24 giờ liên tục cho toàn bộ thiết bị y tế trọng yếu tại phòng cấp cứu Bệnh viện huyện đảo Phú Quốc.

Phần mềm và nguồn số liệu nào được sử dụng để mô phỏng hệ thống?

Nghiên cứu sử dụng ngôn ngữ lập trình FORTRAN để mô hình hóa thuật toán cân bằng năng lượng theo giờ, tích hợp số liệu bức xạ từ quy chuẩn xây dựng Việt Nam QCXDVN 02:2008/BXD cùng chuỗi số liệu đo đạc thực tế từ trạm quan trắc Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ của tác giả Cao Minh Thiện đã đóng góp một giải pháp công nghệ toàn diện cho bài toán an ninh năng lượng hải đảo với các giá trị cốt lõi:

• Xây dựng thành công mô hình toán học tích hợp năng lượng mặt trời – điện phân PEM – pin nhiên liệu PEMFC với công suất thiết kế chuẩn xác 72 Nm3 Hydro/ngày.
• Khẳng định tính khả thi kỹ thuật trong việc cung cấp điện y tế ổn định 24/24 giờ tại Bệnh viện huyện đảo Phú Quốc, xóa bỏ sự phụ thuộc vào máy phát diesel.
• Cung cấp bộ công cụ mô phỏng số hóa trên ngôn ngữ FORTRAN, hỗ trợ tính toán tối ưu hóa hệ thống lưu trữ năng lượng Hydro theo chu kỳ ngày – đêm.
• Đặt nền móng lý thuyết và thực tiễn vững chắc cho lộ trình phát triển kinh tế Hydrogen và chuyển dịch năng lượng xanh tại các vùng biển đảo Việt Nam giai đoạn tiếp theo.
• Đề xuất khung giải pháp đồng bộ từ chuyển giao công nghệ, xây dựng tiêu chuẩn an toàn bồn chứa 5 đến 40 bar đến chính sách ưu đãi tài chính xanh cho năng lượng sạch.

Quý cơ quan, viện nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm đến giải pháp lưu trữ năng lượng mặt trời bằng Hydro hãy liên hệ ngay với nhóm nghiên cứu Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM để cùng hợp tác thử nghiệm và chuyển giao công nghệ vào thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM LUẬN VĂN CAO HỌC Phòng Đào tạo Sau đại học- Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cao Minh Thiện 1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1. Tên đề tài luận văn “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SẢN XUẤT HYDRO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM”. Mục đích và phạm vi của luận văn 1.

Thực trạng cung cấp điện tại các huyện đảo của Việt Nam Hiện nay, mười (10) huyện đảo của nước ta, trong đó tám huyện đảo thuộc bảy tỉnh ven biển, do Tập đoàn Ðiện lực Việt Nam (EVN) quản lý và cung cấp điện phục vụ sinh hoạt, sản xuất. Các huyện đảo trên đều có dân cư sinh sống và có các đơn vị bộ đội làm nhiệm vụ. Các đảo này đều có nhiều tiềm năng phát triển về du lịch, kinh tế biển và giữ vị trí chiến lược đặc biệt quan trọng về an ninh quốc phòng. Trên thực tế, trong giai đoạn hiện nay, kinh tế ở các huyện đảo chưa phát triển, trong đó, nguyên nhân cơ bản do cơ sở hạ tầng kỹ thuật còn yếu kém.

Việc cung cấp điện cho tám huyện đảo hiện nay được đánh giá là không đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Vì hầu hết là được cung cấp điện bởi các cụm diezel nhỏ lẻ, công suất thấp. Tại huyện đảo Cô Tô, trong bảy năm, từ năm 2000 đến năm 2007, điện thương phẩm tăng trưởng trung bình 18%/năm, tổng điện thương phẩm năm 2006 đạt 306. Ðiện năng chủ yếu cung cấp cho nhu cầu tiêu dùng dân cư, điện cho sản xuất công nghiệp, thương mại du lịch không đáng kể.

Giá bán bình quân cho các hộ năm 2006 trung bình là 2.500 đồng/kWh, trong đó, Nhà nước đã hỗ trợ 50% giá điện. Thời gian cấp điện cho các phụ tải dân cư trung bình từ bốn đến năm giờ/ngày, buổi trưa từ 11 đến 12 giờ, buổi tối từ 18 đến 22 giờ. Hầu hết các gia đình đều có bộ ắc-quy tích điện và thường nạp khi có điện lưới. Do các nguồn điện từ máy phát điện chạy đầu Diezel vận hành không ổn định, nên năm 2001 bằng nguồn vốn Biển Ðông và hải đảo đã đầu tư thi công 53 trạm pin mặt trời cho các cơ quan hành chính sự nghiệp và các hộ dân ở thị trấn Cô Tô nhưng điện của huyện đảo vẫn chưa đáp ứng nhu cầu.

Tại huyện Bạch Long Vĩ, giá điện cũng được hỗ trợ từ ngân sách Nhà nước, giá bán bình quân cho 1kWh đối với hộ gia đình là 700 đồng, đối với hộ sản xuất kinh doanh là 1.Trạm phát điện diezel ở đảo Lý Sơn có bảy máy với tổng công suất 3.515kVA song phần lớn là máy cũ đã qua sử dụng, nên việc cấp điện chỉ đáp ứng được 50% nhu cầu tiêu dùng. Do phải cấp điện luân phiên cho hai xã An Vĩnh và An Hải nên mặc dù tỷ lệ được cấp điện cao (97-98%) nhưng điện năng tiêu thụ đầu người năm 2006 rất thấp chỉ khoảng 58kWh/người. Giá bán điện bình quân năm 2006 là 715,8đồng /kWh. Từ năm 1998 đến 2002, Chính phủ giao cho EVN mà trực tiếp là Công ty Ðiện lực 2 (PC2) đầu tư xây dựng hệ thống điện trên huyện đảo Phú Quý và Phú Quốc.

Giá thành điện sản xuất, phân phối tăng nhanh hằng năm do giá nhiên liệu tăng nhưng giá bán Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sản xuất Hydro Trang 2 trong điều kiện Việt Nam GVHD: GS_TS. Lê Chí Hiệp Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM LUẬN VĂN CAO HỌC Phòng Đào tạo Sau đại học- Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cao Minh Thiện điện cho các hộ lại bằng giá điện bán cho các hộ dân trên đất liền. Vì vậy, hằng năm PC 2 đều phải bù lỗ cho cung cấp điện ở đảo Phú Quý: năm 2003 là 8 tỷ đồng; năm 2004 là 10,3 tỷ đồng; năm 2005 là 11,2 tỷ đồng và năm 2006 là 15,8 tỷ đồng. Tại đảo Phú Quốc, PC2 cũng thực hiện bán điện trực tiếp đến hộ dân với giá điện bằng 50% giá bán điện thực hiện trước năm 2002.

Năm 2003-2005, PC 2 bù lỗ 50 tỷ đồng. Riêng năm 2006, bù lỗ hơn 45 tỷ đồng. Theo đánh giá của EVN, hiện trạng nguồn và lưới điện tại các huyện đảo đều cũ nát, manh mún và không đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện. Giá bán điện cho các hộ dân do UBND địa phương quản lý cao hơn giá bán điện bậc thang của Chính phủ quy định, mặc dù địa phương đã phải bù lỗ 50% giá thành.

Ðối với các huyện đảo mà giá bán điện do ngành điện quản lý và kinh doanh thì tình trạng bù lỗ giá điện là quá lớn, vì vậy, sẽ không cân đối được tài chính khi cổ phần hóa các công ty điện lực. Sự phát triển kinh tế-xã hội của các huyện đảo đều nhằm mục đích nâng cao đời sống tinh thần vật chất và bảo đảm an ninh quốc phòng, trong khi, các huyện đảo đều xa đất liền không có khả năng nối lưới (trừ huyện đảo Phú Quốc), vì vậy vấn đề cung cấp điện cho các huyện đảo thật sự là vấn đề cần được nghiên cứu giải quyết, trước khi EVN tiến hành cổ phần hóa các công ty điện lực 1, 2 và 3 theo Quyết định của Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương). Đối với huyện đảo Trường Sa, hiện tại 100% các điểm đóng quân của các đơn vị bộ đội và các hộ dân sinh sống tại huyện đảo Trường Sa (tỉnh Khánh Hòa) đã được sử dụng hệ thống điện chiếu sáng, đảm bảo có điện liên tục 24/24 giờ trong ngày. Toàn địa bàn huyện cũng đã được phủ sóng truyền hình, điện thoại.

Điều đặc biệt là toàn bộ năng lượng được sử dụng tại huyện đảo đều là năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Như vậy đến thời điểm này, Trường Sa là huyện đầu tiên trong cả nước sử dụng nguồn năng lượng sạch. Kết quả nêu trên có được là nhờ từ năm 2008, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đã tài trợ vốn để xây dựng hệ thống năng lượng tái tạo và chiếu sáng Trường Sa. Hệ thống năng lượng gió và năng lượng mặt trời hiện đã hoàn thiện.

Nguồn điện ổn định đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong công tác tập luyện, sẵn sàng chiến đấu bảo vệ biển đảo và thúc đẩy phát triển sản xuất của các hộ đang sinh sống tại đây. Chỉ tính trong năm 2010 và quý 1/2011, xã Song Tử đạt trên 216 triệu đồng tổng giá trị sản xuất, xã Trường Sa đạt gần 380 triệu đồng. Kết hợp với âu tàu có sức chứa hàng chục tàu cá công suất lớn, trong tương lai gần huyện đảo Trường Sa sẽ mở ra nhiều dịch vụ tiện ích khác như thu mua, chế biến hải sản tại chỗ, sản xuất nước đá. Tại huyện đảo đã tổ chức nuôi trồng hải sản, thu mua hải sản, cung cấp nước ngọt, dầu diezzel, thực phẩm, lương thực, sửa chữa máy tàu.

với giá bán và thu mua bằng giá trong đất liền. Thực trạng cung cấp điện tại huyện đảo Phú Quốc Hiện tại toàn huyện đảo Phú Quốc chỉ được cấp nguồn bằng các tổ máy Diesel công suất khá nhỏ chỉ khoảng từ dưới 1MW đến trên 2MW, Nhà máy điện diesel Phú Quốc do Công ty điện lực 2 (PC2) quản lý, vận hành, được xây dựng trên diện tích khoảng 7,69ha tại xã Cửa Dương, huyện Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang đã đưa vào vận hành từ tháng 7 năm 2004, gồm các tổ máy như sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sản xuất Hydro Trang 3 trong điều kiện Việt Nam GVHD: GS_TS. Lê Chí Hiệp Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM LUẬN VĂN CAO HỌC Phòng Đào tạo Sau đại học- Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cao Minh Thiện Bảng 1. Tổng hợp các nguồn Diesel hiện hữu của Phú Quốc (nguồn: EVN) Công suất thiết kế Công suất khả dụng Loại máy (kW) (kW) DG 800 800 700 DG 800 800 700 CAT 3580-G1 800 720 CAT 3512-G2 1.320 Hiện tại công suất nguồn cấp không đáp ứng được nhu cầu phụ tải, vì vậy toàn bộ các hộ tiêu thụ chính như các nhà hàng, khách sạn và các cơ sở sản xuất thường bị cắt điện vào giờ cao điểm.

Để đảm bản sản xuất kinh doanh, các cơ sở sản xuất và nhà hàng thường trang bị thêm máy phát Diesel để tự cấp điện vào các giờ cao điểm. Với điều kiện cấp điện hiện tại sẽ dẫn đến các ảnh hưởng tiêu cực đến phát triển kinh tế xã hội, như sau: − Ảnh hưởng lớn đến tình hình kinh doanh, − Khả năng thu hút khách du lịch do tâm lý e ngại về điều kiện sinh hoạt, − Không thu hút được các nhà đầu tư, − Chất lượng cuộc sống người dân không cao. Nhìn chung Phú Quốc đang trong tình trạng thiếu hụt công suất rất trầm trọng, cần phải có chính sách đặc biệt để phát triển nhanh chóng nguồn điện cho huyện đảo đáp ứng nhu cầu điện thúc đẩy kinh tế xã hội huyện đảo. Mục đích của đề tài luận văn Với thực trạng cung cấp điện như trên, việc đảm bảo nguồn điện cung cấp 24/24h tại các cơ quan, đặc biệt là bệnh viện tại huyện đảo Phú Quốc đang là vấn đề khó khăn và cấp bách.

Hiện tại, nhằm đảm bảo điện năng cung cấp cho bệnh viện của huyện đạt 24/24h, bệnh viện phải trang bị các máy phát deiezel để vận hành cung cấp điện trong trường hợp mất điện. Với thực trạng đó, việc xem xét nghiên cứu mô hình cung cấp điện năng linh hoạt và đảm bảo 24/24h cho bệnh viện nhằm đảm bảo an toàn cho bệnh nhân là vấn đề cần thiết và cần được nghiên cứu. Bên cạnh nguồn điện gió, năng lượng mặt trời, thì một dạng năng lượng sạch khác là năng lượng Hydro cũng được xem là nguồn năng lượng mang tính khả thi. Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sản xuất Hydro Trang 4 trong điều kiện Việt Nam GVHD: GS_TS.

Lê Chí Hiệp Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM LUẬN VĂN CAO HỌC Phòng Đào tạo Sau đại học- Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh Cao Minh Thiện Với mục đích đó, việc xây dựng mô hình mang tính khả thi và có thể áp dụng để cung cấp năng lượng độc lập cho các địa phương vùng xâu vùng xa, hải đảo; mô hình sản xuất Hydro kết hợp với nguồn năng lượng điện mặt trời sẽ được xem xét lựa chọn và mang tính khả thi trong tương lai nhằm đảm bảo cung cấp năng lượng điện 24/24h để phục vụ cho nhu cầu y tế, sản xuất, chiến đấu của bộ đội và nâng cao chất lượng đời sống của nhân dân tại huyện đảo Phú Quốc nói riêng, các vùng sâu vùng xa của Việt nam nói chung.