Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển AVR để thiết kế bộ inverter trong hệ thống năng lượng mặt trời

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế bộ inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời.

• Tác giả: Bùi Thiện Long
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trọng Các
• Trường học: Trường Đại học Sao Đỏ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế bộ inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Dương

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG DỰ PHÒNG
• 1.1. Tình hình khai thác năng lượng hiện nay
• 1.2. Năng lượng gió
• 1.2.1. Ưu điểm
• 1.2.2. Nhược điểm
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ CHUYỂN ĐỔI INVERTER
• 2.1. Các loại inverter độc lập
• 2.2. Tính toán lựa chọn thiết bị mạch động lực
• 2.3. Tính toán lựa chọn mạch điều khiển
• 2.4. Giới thiệu tổng quan về Atmega16
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 3.1. Yêu cầu khi đấu nối, lắp đặt bộ inverter
• 3.2. Sơ đồ khối bộ kích điện
• 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điện
• 3.4. Lắp ráp sản phẩm
• 3.5. Mô phỏng mạch điện
• 3.6. Sản phẩm khi hoàn thiện
• 3.7. Thực nghiệm mô hình
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng vi điều khiển AVR trong bộ inverter

Việc ứng dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế bộ inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời đang trở thành xu hướng quan trọng trong ngành công nghệ năng lượng. Bộ inverter có vai trò chuyển đổi điện một chiều (DC) từ các tấm pin mặt trời thành điện xoay chiều (AC) để sử dụng cho các thiết bị điện trong gia đình. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

1.1. Ứng dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế inverter

Việc sử dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế bộ inverter giúp cải thiện khả năng điều khiển và giám sát hệ thống. Các vi điều khiển này có khả năng xử lý tín hiệu nhanh chóng, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng inverter trong năng lượng mặt trời

Sử dụng bộ inverter trong hệ thống năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm chi phí điện năng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường tính bền vững cho nguồn năng lượng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay.

II. Thách thức trong thiết kế bộ inverter cho năng lượng mặt trời

Mặc dù việc thiết kế bộ inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải không ít thách thức. Các vấn đề như hiệu suất, độ tin cậy và chi phí sản xuất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Đặc biệt, việc tối ưu hóa hiệu suất inverter là một trong những thách thức lớn nhất mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt.

2.1. Vấn đề hiệu suất trong bộ inverter

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo hiệu suất inverter cao trong mọi điều kiện hoạt động. Việc tối ưu hóa thiết kế mạch và lựa chọn linh kiện phù hợp là rất quan trọng để đạt được mục tiêu này.

2.2. Chi phí sản xuất và khả năng cạnh tranh

Chi phí sản xuất bộ inverter cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh trên thị trường. Việc tìm kiếm các giải pháp tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng là một thách thức lớn cho các nhà sản xuất.

III. Phương pháp thiết kế bộ inverter hiệu quả

Để thiết kế một bộ inverter hiệu quả cho hệ thống năng lượng mặt trời, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ tiên tiến. Việc lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch và lập trình vi điều khiển là những bước quan trọng trong quá trình này.

3.1. Lựa chọn linh kiện cho bộ inverter

Việc lựa chọn linh kiện phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất inverter. Các linh kiện như transistor, diode và tụ điện cần được chọn lựa kỹ lưỡng để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

3.2. Thiết kế mạch điều khiển cho inverter

Thiết kế mạch điều khiển cho bộ inverter cần đảm bảo tính ổn định và khả năng điều chỉnh linh hoạt. Sử dụng vi điều khiển AVR giúp đơn giản hóa quá trình này và nâng cao hiệu suất hoạt động.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ inverter trong năng lượng mặt trời

Bộ inverter được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay. Chúng không chỉ được sử dụng trong các hộ gia đình mà còn trong các dự án năng lượng quy mô lớn. Việc ứng dụng này giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo và giảm thiểu chi phí điện năng.

4.1. Ứng dụng trong hộ gia đình

Nhiều hộ gia đình đã lắp đặt bộ inverter để sử dụng năng lượng mặt trời, giúp tiết kiệm chi phí điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.2. Ứng dụng trong các dự án năng lượng lớn

Các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn cũng sử dụng bộ inverter để chuyển đổi điện năng. Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho lưới điện quốc gia.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của bộ inverter

Việc nghiên cứu và ứng dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế bộ inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời đang mở ra nhiều triển vọng trong tương lai. Công nghệ này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững nguồn năng lượng tái tạo.

5.1. Tương lai của công nghệ inverter

Công nghệ bộ inverter sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến về hiệu suất và chi phí. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường năng lượng.

5.2. Đóng góp vào phát triển năng lượng tái tạo

Việc phát triển bộ inverter hiệu quả sẽ góp phần quan trọng vào việc thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ ngày càng cạn kiệt và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo trở thành nhiệm vụ cấp bách toàn cầu. Theo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), dự kiến đến năm 2050, năng lượng tái tạo sẽ chiếm gần 50% sản lượng điện toàn cầu, trong đó năng lượng mặt trời có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất. Tại Việt Nam, tiềm năng năng lượng mặt trời rất lớn với tổng số giờ nắng trên 2.500 giờ/năm và lượng bức xạ trung bình hàng năm khoảng 230-250 kcal/cm², tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển các công nghệ khai thác năng lượng sạch này.

Tuy nhiên, nguồn điện từ năng lượng mặt trời là dòng điện một chiều (DC), trong khi hầu hết các thiết bị điện dân dụng sử dụng điện xoay chiều (AC). Do đó, việc thiết kế bộ chuyển đổi inverter để biến đổi nguồn DC thành AC là rất cần thiết, đặc biệt trong các hệ thống năng lượng mặt trời dùng làm nguồn dự phòng cho các khu vực vùng sâu, vùng xa, nơi chưa có điện lưới quốc gia. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng vi điều khiển AVR để thiết kế và chế tạo bộ inverter điều biến độ rộng xung (PWM) trong hệ thống năng lượng mặt trời, nhằm cung cấp nguồn điện xoay chiều ổn định, hiệu quả và tin cậy.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế mạch inverter công suất trung bình sử dụng vi điều khiển ATmega16, linh kiện MOSFET IRF3205 làm khóa chuyển mạch, và biến áp xung để nâng điện áp từ 12V lên 310V. Thời gian thực hiện nghiên cứu từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2019 tại Trường Đại học Sao Đỏ, Hải Dương. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ inverter phục vụ năng lượng tái tạo, góp phần nâng cao an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật điện tử liên quan đến:

• Inverter điều biến độ rộng xung (PWM): Là phương pháp điều khiển điện áp đầu ra của inverter bằng cách thay đổi độ rộng xung tín hiệu điều khiển, giúp tạo ra dạng sóng điện áp gần với sóng sin, giảm thành phần sóng hài và tăng hiệu suất chuyển đổi.

• Mạch cầu H sử dụng MOSFET: Mạch cầu H gồm bốn linh kiện bán dẫn (MOSFET IRF3205) được điều khiển đóng mở luân phiên để tạo điện áp xoay chiều từ nguồn một chiều. MOSFET được chọn vì có tốc độ chuyển mạch cao, tổn hao thấp và khả năng làm việc ở tần số cao.

• Vi điều khiển AVR ATmega16: Vi điều khiển 8 bit với kiến trúc RISC, bộ nhớ Flash 16KB, hỗ trợ nhiều tính năng ngoại vi như timer/counter, ADC, giao tiếp USART, giúp lập trình điều khiển chính xác tần số và độ rộng xung PWM.

Các khái niệm chính bao gồm: tần số chuyển mạch, góc mở xung PWM, điện áp đầu ra, dòng điện tải, và hiệu suất chuyển đổi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các tài liệu kỹ thuật, báo cáo ngành năng lượng, và thực nghiệm mô hình inverter do tác giả thiết kế. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Thiết kế mạch điện tử: Tính toán lựa chọn linh kiện như biến áp xung, MOSFET, IC ổn áp (LA7805), opto cách ly (PC817), và IC tạo xung (TL494).

• Lập trình vi điều khiển: Sử dụng ngôn ngữ C để lập trình ATmega16 tạo tín hiệu PWM điều khiển đóng mở MOSFET.

• Thực nghiệm mô hình: Lắp ráp mạch inverter, đo đạc điện áp, dòng điện đầu ra, kiểm tra dạng sóng và hiệu suất hoạt động.

• Phân tích kết quả: So sánh điện áp đầu ra với yêu cầu, đánh giá độ ổn định, hiệu suất và khả năng ứng dụng thực tế.

Cỡ mẫu nghiên cứu là một mô hình inverter công suất trung bình, phù hợp với nhu cầu sử dụng điện dự phòng tại hộ gia đình hoặc các thiết bị nhỏ. Phương pháp chọn mẫu là thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật và khả năng thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm của trường đại học. Timeline nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả chuyển đổi điện áp: Mạch inverter sử dụng MOSFET IRF3205 và biến áp xung đã chuyển đổi thành công điện áp 12V DC từ pin mặt trời lên 310V AC với tần số 20kHz. Điện áp đầu ra ổn định trong khoảng ±5% so với giá trị thiết kế, đáp ứng yêu cầu sử dụng.

2. Dạng sóng đầu ra gần sin: Sử dụng phương pháp điều biến độ rộng xung PWM, dạng sóng điện áp đầu ra có thành phần sóng hài bậc cao được giảm tối thiểu, giúp tăng hiệu suất và giảm tổn hao cho tải. So với inverter dạng sóng chữ nhật truyền thống, sóng PWM cải thiện chất lượng điện áp lên đến 30%.

3. Tính ổn định và tin cậy: Vi điều khiển ATmega16 hoạt động ổn định với tần số xung PWM chính xác, mạch điều khiển có khả năng tự động chuyển đổi nguồn khi mất điện lưới, đảm bảo cung cấp điện liên tục. Thời gian chết giữa các xung được thiết kế hợp lý, tránh hiện tượng ngắn mạch pha.

4. Tổn hao và làm mát: MOSFET IRF3205 có tổn hao chuyển mạch thấp, nhiệt độ hoạt động trong giới hạn cho phép (dưới 75°C) khi sử dụng tản nhiệt phù hợp. So với BJT truyền thống, MOSFET giảm tổn hao khoảng 20-25%, giúp tăng tuổi thọ thiết bị.

Thảo luận kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy việc ứng dụng vi điều khiển AVR trong thiết kế inverter PWM là phù hợp và hiệu quả. Dữ liệu đo đạc có thể được trình bày qua biểu đồ dạng sóng điện áp đầu ra so sánh giữa inverter PWM và inverter truyền thống, cũng như bảng thống kê hiệu suất chuyển đổi và tổn hao nhiệt.

So với các nghiên cứu trước đây về inverter sử dụng BJT hoặc các phương pháp điều khiển khác, giải pháp sử dụng MOSFET IRF3205 và vi điều khiển ATmega16 cho phép đạt tần số chuyển mạch cao hơn (20kHz so với khoảng 10kHz), giảm nhiễu và tăng độ chính xác điều khiển. Điều này phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ inverter hiện đại.

Ngoài ra, việc lựa chọn biến áp xung có công suất 750W và tần số 20kHz giúp giảm kích thước và trọng lượng thiết bị, thuận tiện cho ứng dụng thực tế tại các hộ gia đình hoặc các khu vực khó tiếp cận điện lưới. Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống là chi phí đầu tư ban đầu còn cao và yêu cầu kỹ thuật lắp đặt, bảo trì tương đối phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu và phát triển phần mềm điều khiển: Cải tiến thuật toán điều khiển PWM trên vi điều khiển AVR để tối ưu hóa hiệu suất và giảm tổn hao năng lượng, hướng tới tích hợp các chức năng giám sát và tự động điều chỉnh theo tải.

2. Ứng dụng công nghệ MOSFET thế hệ mới: Sử dụng các MOSFET có điện áp chịu đựng và dòng điện lớn hơn, tổn hao thấp hơn để nâng cao công suất và độ bền của inverter, đồng thời giảm kích thước tản nhiệt.

3. Phát triển mô hình inverter đa pha và công suất lớn: Mở rộng nghiên cứu sang inverter ba pha hoặc công suất lớn hơn để phục vụ các ứng dụng công nghiệp và lưới điện thông minh.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho kỹ sư và kỹ thuật viên về thiết kế, lắp đặt và bảo trì inverter sử dụng vi điều khiển AVR, nhằm nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ trong thực tế.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tới, phối hợp giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện tử, điện công nghiệp: Nghiên cứu sâu về thiết kế mạch inverter, ứng dụng vi điều khiển và công nghệ MOSFET trong hệ thống năng lượng tái tạo.

2. Kỹ sư thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời và UPS: Áp dụng kiến thức thiết kế inverter PWM để phát triển các sản phẩm nguồn dự phòng hiệu quả, tiết kiệm chi phí.

3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện tử công suất: Tham khảo để cải tiến sản phẩm inverter, nâng cao chất lượng và tính cạnh tranh trên thị trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Hiểu rõ công nghệ inverter trong hệ thống năng lượng mặt trời, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển AVR có ưu điểm gì trong thiết kế inverter?
   Vi điều khiển AVR như ATmega16 có kiến trúc RISC, tốc độ xử lý nhanh, bộ nhớ Flash lớn, hỗ trợ nhiều ngoại vi như timer, ADC, giúp tạo tín hiệu PWM chính xác và linh hoạt, từ đó nâng cao hiệu suất inverter.

2. Tại sao chọn MOSFET IRF3205 làm linh kiện đóng cắt?
   MOSFET IRF3205 có điện áp chịu đựng 55V, dòng chịu đựng 110A, tổn hao thấp, tốc độ chuyển mạch cao, phù hợp cho inverter công suất trung bình, giúp giảm tổn hao và làm mát dễ dàng.

3. Điều biến độ rộng xung (PWM) giúp gì cho inverter?
   PWM giúp điều chỉnh điện áp đầu ra gần với dạng sóng sin, giảm thành phần sóng hài, tăng hiệu suất chuyển đổi và giảm tổn hao nhiệt, cải thiện chất lượng nguồn điện cho tải.

4. Biến áp xung có vai trò gì trong mạch inverter?
   Biến áp xung nâng điện áp từ 12V DC lên 310V AC, hoạt động ở tần số cao (20kHz), giúp giảm kích thước và trọng lượng so với biến áp truyền thống, tăng hiệu suất và ổn định điện áp đầu ra.

5. Làm thế nào để đảm bảo mạch inverter hoạt động ổn định khi mất điện lưới?
   Mạch điều khiển được lập trình để tự động chuyển đổi nguồn từ điện lưới sang ắc quy khi mất điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho tải, đồng thời có cơ chế bảo vệ và cách ly an toàn.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và chế tạo thành công bộ inverter điều biến độ rộng xung sử dụng vi điều khiển AVR ATmega16 và MOSFET IRF3205, đáp ứng yêu cầu chuyển đổi nguồn điện mặt trời thành điện xoay chiều ổn định.
• Kết quả thực nghiệm cho thấy điện áp đầu ra đạt 310V AC với dạng sóng gần sin, hiệu suất chuyển đổi cao và tổn hao thấp.
• Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ inverter phục vụ năng lượng tái tạo, đặc biệt cho các khu vực chưa có điện lưới.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu về phần mềm điều khiển, công nghệ linh kiện và ứng dụng công suất lớn trong 1-2 năm tới.
• Khuyến khích các đối tượng liên quan như sinh viên, kỹ sư, doanh nghiệp và cơ quan quản lý tham khảo để ứng dụng và phát triển công nghệ.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tổ chức đào tạo và chuyển giao công nghệ để nâng cao hiệu quả ứng dụng inverter trong hệ thống năng lượng mặt trời tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG DỰ PHÒNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG DỰ PHÒNG 1. Tình hình khai thác năng lượng hiện nay a.

Tình hình thế giới [2] Theo BP Statistical (2013 và 2015): Tiêu thụ than thế giới ổn định trong giai đoạn 1991÷2002, trung bình toàn giai đoạn vào khoảng 4,4 tỷ tấn/năm. Tuy nhiên, bước qua giai đoạn 2003÷2011, tổng lượng tiêu thụ than thế giới tăng vọt với lượng tiêu thụ trung bình toàn giai đoạn vào khoảng 6,2 tỷ tấn/năm (gấp gần 1,5 lần giai đoạn trước). Từ năm 2012 tiếp tục có xu hướng tăng, trong giai đoạn 2012-2014 lượng than tiêu thụ trung bình khoảng 7,34 tỷ tấn, tăng 18,4% so với bình quân giai đoạn 2003- 2011. Trong đó, tăng chủ yếu tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương - đặc biệt là tại Trung Quốc.

Theo BP Statistical (2016): Tổng lượng than tiêu thụ thế giới năm 2015 đạt 3.839,9 triệu TOE (tương ứng khoảng 7.320 triệu tấn), giảm 1,8% so với năm 2014. Trong đó khu vực châu Á - Thái Bình Dương 2.798,5 triệu TOE (tăng 0,2% so với 2014), chiếm 72,9%; khu vực Bắc Mỹ, châu Âu và Eurasia lần lượt là 429,0 và 467,9 triệu TOE (giảm 12,1% và 2,7% so với 2014), tương ứng chiếm 11,2% và 12,2% sản lượng than tiêu thụ toàn thế giới. Trong tổng lượng than tiêu thụ khu vực châu Á - Thái Bình Dương năm 2015, các nước tiêu thụ than lớn gồm: Trung Quốc (1.920,4 triệu TOE, tương ứng khoảng 3.545,4 triệu tấn, chiếm 50% tổng than tiêu thụ toàn thế giới ); Ấn Độ (407,2 triệu TOE); Nhật Bản (119,4 triệu TOE); Hàn Quốc (84,5 triệu TOE); Indonesia (80,3 triệu TOE); Úc (46,6 triệu TOE), Đài Loan (37,8 triệu TOE); Việt Nam (22,2 triệu TOE); Malaixia và Thái Lan (đều là 17,6 triệu TOE). Riêng Trung Quốc sau thời kỳ dài liên tục tăng cao, từ năm 2014 sản lượng than tiêu thụ có xu hướng giảm (năm 2014 giảm so với 2013 là 0,76% và 2015 giảm so với 2014 là 1,5%).

Tại Bắc Mỹ, lượng tiêu thụ than của Mỹ đạt 396,3 triệu TOE, tương ứng khoảng 777,2 triệu tấn, chiếm 10,3% tổng tiêu thụ thế giới. Tại châu Âu và Eurasia, tổng lượng tiêu thụ than các nước Nga, Đức, Ba Lan lần lượt là: 88,7; 78,3; và 49,8 triệu TOE, tương ứng khoảng 166,0; 150,1 và 102,7 triệu tấn; chiếm tương ứng 2,3%; 2,0% và 1,3% tổng than tiêu thụ thế giới. Vì những ưu điểm của khoáng sản than như nguồn tiềm năng dồi dào, giá thành rẻ nên than chiếm 29,2%, đứng thứ hai trong tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp của toàn thế giới năm 2015 (dầu 33,0%; khí tự nhiên 23,0%; thủy điện 6,8%; năng lượng hạt nhân 4,4% và năng lượng tái tạo khác 2,8%). Học viên: Bùi Thiện Long 3 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ Nhìn chung, việc sử dụng than chủ yếu tùy thuộc vào tiềm năng các nguồn tài nguyên năng lượng và khả năng tiếp cận nguồn dầu mỏ, khí đốt của từng nước.

Các nước có tỷ trọng sử dụng than cao trong tổng sử dụng năng lượng sơ cấp thường là những nước có nguồn tài nguyên than dồi dào so với các nguồn tài nguyên năng lượng khác. Tuy nhiên, các nguồn năng lượng này không pahir là vô tận, một số nước như Mỹ, Trung quốc, Nhật Bản đã tìm cách nhập khẩu các nguồn năng lượng trên về dự trữ cho tương lại. Khan hiếm về năng lượng cũng là nguyên nhân gây xung đột, bất ổn tại những vùng có rữ lượng dầu mỏ lớn như khu vực Trung đông, gây hậu quả nghiêm trọng về môi trường, đạo đức và an sinh xã hội, nghèo đói, khủng bố… Việc tìm nguồn năng lượng mới thay thế là việc mà các quốc gia đang đẩy mạch nghiên cứu và phát triển. Tại Báo cáo Triển vọng Năng lượng thế giới năm 2019, vừa được công bố mới đây.

Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) nhận định “Năng lượng tái tạo sẽ chiếm gần 50% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2050” [3]. Theo báo cáo trên, dự báo đến năm 2050, các nguồn năng lượng tái tạo sẽ tăng tỷ trọng và chiếm tới 49% sản lượng điện toàn cầu, trong đó sản lượng điện từ nguồn năng lượng mặt trời sẽ có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất; thủy điện mặc dù chiếm ưu thế trong năm 2018 nhưng sẽ có tốc độ tăng trưởng chậm nhất so với các nguồn năng lượng tái tạo khác. Điện gió vẫn là một lĩnh vực chậm cải thiện sức cạnh tranh về chi phí so với điện mặt trời. Tuy nhiên, EIA nhận định công nghệ điện gió vẫn có tiềm năng phát triển khả quan do nhiều khu vực tài nguyên điện gió trên thế giới vẫn chưa được khai thác.

Cũng theo EIA, Trung Quốc có thể sẽ là quốc gia có mức tăng trưởng sản lượng điện mặt trời cao nhất do nhu cầu tiêu thụ điện năng gia tăng, các chính sách ưu tiên phát triển của chính phủ cộng với chi phí công nghệ cạnh tranh. Ngoài ra, các chính sách phát triển năng lượng tái tạo của Ấn Độ và các nước châu Âu thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OECD) trong thời gian tới sẽ giúp tăng sản lượng điện gió tại các khu vực này. Theo thống kê, trong năm 2018, khoảng 28% sản lượng điện năng toàn cầu có nguồn gốc từ năng lượng tái tạo, trong đó 96% đến từ thủy điện, năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Báo cáo Triển vọng Năng lượng thế giới được EIA thống kê hằng năm, dựa trên việc phân tích số liệu từ 8 quốc gia và 8 khu vực trên thế giới, nhằm dự báo triển vọng phát triển của các nguồn năng lượng trên thế giới.

Các yếu tố khu vực và công nghệ cụ thể khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của năng lượng tái tạo trên toàn thế giới. Tình hình viện nam [1]. Nghiên cứu của các nhà khoa học Viện Khoa học Năng lượng đã chỉ ra rằng Việt Nam sẽ phải đối mặt với nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai không xa. Chúng ta sẽ trở thành nước nhập khẩu năng lượng trước năm 2020.

Nếu không đảm bảo được kế hoạch khai thác các nguồn năng lượng nội địa hợp lý. Điều đó cho Học viên: Bùi Thiện Long 4 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ thấy vấn đề năng lượng của Việt Nam sẽ chuyển từ giới hạn trong phạm vi một quốc gia thành một phần của thị trường quốc tế và chịu sự tác động thay đổi của nó. Việc xem xét phát triển các nguồn năng lượng khác bên cạnh các nguồn năng lượng cơ bản ngày càng trở nên quan trọng trong cơ cấu nguồn năng lượng Việt Nam trong tương lai, đặc biệt là các nguồn năng lượng tái tạo. Theo đánh giá của các nhà khoa học Viện Khoa học năng lượng, trong các nguồn năng lượng tái tạo, trong tương lai, nguồn địa nhiệt có thể khai thác tổng cộng khoảng 340 MW; Năng lượng mặt trời, gió, tổng cộng tiềm năng phát triển cả hai loại hình dự báo có thể đạt tới 800-1000 MW vào năm 2025; Tiềm năng sinh khối được đánh giá vào khoảng 43-46 triệu TOE/năm.

Việc phát triển nguồn năng lượng mới này không chỉ giải quyết vấn đề cân bằng cung cầu năng lượng, an ninh năng lượng mà còn góp phần quan trọng giảm phát thải khí nhà kính, chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Không chỉ dầu mỏ, hiện nay còn có than đá, khí tự nhiên, và uranium. Tất cả các nguồn tài nguyên này đều có giới hạn, không thể khai thác mãi mãi. Điều đó có nghĩa là những người tin tưởng vào năng lượng hạt nhân có thể bị sốc, năng lượng hạt nhân từng được coi là nguồn thay thế hữu hiệu cho nhiên liệu tàn dư sinh học, nhưng mọi người phải đối mặt với cùng một vấn đề.

Nếu tất cả đều chuyển sang năng lượng hạt nhân, tốc độ tiêu thụ uranium sẽ tăng nhanh, chưa kể các nguy cơ về an toàn hạt nhân. Các nguồn năng lượng dự phòng 1. Năng lượng gió [4] Việt Nam là quốc gia có tiềm năng phát triển năng lượng gió nhưng hiện tại số liệu về tiềm năng khai thác năng lượng gió của Việt Nam chưa được lượng hóa đầy đủ bởi còn thiếu điều tra và đo đạc. Số liệu đánh giá về tiềm năng năng lượng gió có sự dao động khá lớn, từ 1.800MW đến trên 9.000MW, thậm chí trên 100.

Theo các báo cáo thì tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tập trung nhiều nhất tại vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây Nguyên và các đảo. * Ưu điểm - Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo, trong khi than đá và gỗ là những nguồn năng lượng không thể tái tạo được. Có một điều chắc chắn rằng, năng lượng gió sẽ luôn luôn tồn tại. Nếu có sự nỗ lực lớn hơn để đưa năng lượng gió vào khai thác, sẽ làm giảm việc sử dụng các nguồn không thể tái tạo được, mà việc khai thác các nguồn năng lượng này sẽ gây ảnh hưởng xấu đến thế hệ mai sau.

- Sự nóng lên của toàn cầu là một trong những thách thức lớn nhất đối với toàn nhân loại. Theo các báo cáo được công bố về vấn đề này, một yêu cầu cấp thiết là phải giảm phát thải các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển của Trái đất. Năng lượng gió là một lựa chọn thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta, bởi nó không gây ô nhiễm trên diện rộng như các nhiên liệu hóa thạch. Học viên: Bùi Thiện Long 5 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ Hình 1.

Năng lượng gió - Có thể phải khai phá cả một vùng đất lớn để xây dựng một nhà máy điện. Nhưng với một nhà máy điện sử dụng năng lượng gió, bạn chỉ cần một diện tích nhỏ để xây dựng. Sau khi lắp đặt các tua bin, khu vực này vẫn có thể được sử dụng cho canh tác hoặc các hoạt động nông nghiệp khác. - Một trong những lợi thế lớn nhất của năng lượng gió so với các nguồn năng lượng tái tạo khác là hiệu quả về mặt chi phí.

Không có các chi phí liên quan đến việc mua, vận chuyển nhiên liệu vào tua bin gió, như các nhà máy điện hoạt động bằng than. Thêm vào đó, với những tiến bộ trong công nghệ, năng lượng gió sẽ trở nên rẻ hơn, do đó sẽ làm giảm được lượng vốn mà các nước phải bỏ ra để đáp ứng nhu cầu năng lượng. - Các nước đang phát triển thiếu cơ sở hạ tầng cần thiết để xây dựng một nhà máy điện, có thể được hưởng lợi từ nguồn năng lượng này.