Chương 1: Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo và các chế độ làm việc của hệ thống năng lượng mặt trời. Chương này giới thiệu tính cấp thiết, mục tiêu nội dung chính của đề tài và tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là năng lượng mặt trời. Chương 2: Mô hình bài toán phân tích kinh tế - kĩ thuật cho hệ thống năng lượng mặt trời độc lập cấp điện cho phụ tải. Trong chương này, mô hình của hệ thống nghiên cứu được trình bày bao gồm: Mô hình tổng quan hệ thống, mô hình PV, mô hình diesel Chương 3: Giới thiệu phần mềm HOMER.
Nghiên cứu đề xuất sử dụng phần mềm để phục vụ giải quyết bài toán đặt ra. Chương 4: Phân tích kinh tế kỹ thuật tính toán dung lượng tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp cho phụ tải khu công nghiệp Sài Đồng 2 - Hà Nội. Trong chương này, bài toán về tính toán dung lượng tối ưu cho hệ thống PV/diesel/battery/converter và phân tích độ nhạy được mô phỏng tính toán. 10 Chương 5: Kết luận.
Chương này trình bày các kết luận về kết quả thu được. Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo 1. Năng lượng mặt trời Mặt Trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng được: sạch, mạnh mẽ, dồi dào, đáng tin cậy, gần như vô tận, và có ở khắp nơi dù ít hay nhiều. Việc thu giữ năng lượng Mặt Trời (NLMT) gần như không có ảnh hưởng tiêu cực gì đến môi trường.
Việc sử dụng NLMT không thải ra khí và nước độc hại, do đó không góp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính [1]. Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và trữ năng lượng Mặt Trời là phương pháp thụ động và phương pháp chủ động. Phương pháp thụ động sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các công trình xây dựng. Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạ nhiệt và sử dụng các hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt.
Phương pháp thụ động có lịch sử phát triển dài hơn hẳn, trong khi phương pháp chủ động chỉ mới được phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20. Hai ứng dụng chính của NLMT là: - Nhiệt Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện - Điện Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng (hay còn gọi là quang điện-photovoltaics) Hai dạng hệ thống dân dụng sử dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống sưởi nhiệt Mặt Trời và hệ thống Quang Điện cá nhân. Các hệ thống khác bao gồm: hệ thống đun nước Mặt Trời, máy bơm NLMT, và Điện MT dùng tại các trạm TT Vô Tuyến ở vùng xâu vùng xa. Chi tiết về năng lượng mặt trời sẽ được trình bày tại mục 1.
Năng lượng gió Năng lượng gió là một nguồn năng lượng quan trọng và có tiềm năng rất lớn. Đây là dạng năng lượng sạch, phong phú và là nguồn cung cấp năng lượng gần như vô tận. 11 Công nghệ và kỹ thuật khai thác năng lượng gió phát triển vượt bậc trong 2 thập kỷ vừa qua, ví dụ như công suất turbin gió hiện nay lớn gấp 100 lần so với 20 năm trước. Do đó, năng lượng gió được liệt vào một trong những dạng năng lượng hoàn nguyên sản xuất điện năng phát triển nhanh nhất trong thời gian gần đây, với tốc độ gia tăng trung bình mỗi năm là 26%.
Cho đến cuối năm 2003, điện gió được phát triển tại hơn 50 quốc gia trên thế giới, với tổng công suất điện toàn cầu đạt tới 40.300 MW, trong đó Châu Âu chiếm 73%. 5 quốc gia đứng đầu về sản xuất điện gió là Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Đan Mạch và Ấn Độ, chiếm 84% tổng công suất toàn cầu. Các lợi thế chính của năng lượng gió: • Sạch, không gây ô nhiễm: năng lượng gió không thải khí và suy kiệt theo thời gian. • Tăng cường phát triển kinh tế địa phương: các nông trại gió có khả năng nâng cao thu nhập của chủ đất qua các hình thức cho thuê đất để phát triển trại gió, đưa tới việc tăng lợi tức từ thuế cho cộng đồng địa phương.
• Đa dạng về hình thức và qui mô: ứng dụng năng lượng gió gồm nhiều hình thức và qui mô từ nhỏ đến lớn, từ các trại gió tập trung đến các hệ thống phát điện gia dụng. • Ổn định giá năng lượng: với khả năng đóng góp và đa dạng hóa năng lượng, năng lượng gió có thể góp phần giảm sự phụ thuộc vào các dạng năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) vốn thay đổi theo giá thành và khả năng cung cấp. • Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa và hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu từ nước ngoài. Với vai trò và khả năng giảm thiểu tỷ lệ khí nhà kính của năng lượng gió, các nước phát triển đang đẩy mạnh các kế hoạch khai triển điện gió đầy tham vọng.
Trong đó gần đây nhất là các dự án phát triển điện gió ngoài khơi, cho dù dạng điện gió ngoài khơi thường có chi phí khai thác cao hơn nhưng nguồn gió rất dồi dào và ít các tác động môi trường hơn. Điện gió cũng đang thu hút dần dần sự chú ý của các nước đang phát triển do nó có thể được khai triển tương đối nhanh chóng ở những khu vực đang có nhu cầu cấp bách về 12 điện năng. Điện gió cũng có thể là giải pháp có hiệu quả kinh tế để thay thế một khi các nguồn nhiên liệu truyến thống bị khan hiếm hoặc giá cả dao động mạnh, bất ổn. Điện gió cũng có những ứng dụng rất phù hợp ở các địa phương vùng sâu vùng xa do khả năng linh hoạt của nó trong qui mô khai triển.
Việt Nam có một vị trí địa lý tương đối thuận lợi để khai triển điện gió, trong đó phải nhắc đến vai trò quan trọng của hệ thống gió mùa trong khu vực. Theo Tài liệu "Bản đồ Năng Lượng Gió Khu Vực Đông Nam Á" công bố vào năm 2001, Việt Nam có một tiềm năng vô cùng lớn cho việc khai triển điện gió thương mại. Trong các nghiên cứu gần đây, tiềm năng điện gió qui mô lớn được đánh giá có công suất lý thuyết lên đến 120-160 GW, với phần lớn các tiềm năng khai thác nằm dọc ở khu vực bờ biển Đông- Đông Nam. Bảng tóm tắt công suất tiềm năng của các vận tốc gió khác nhau ở một số địa bàn trong cả nước, trong đó cho thấy hầu hết tiềm năng công suất của năng lượng gió ở Việt Nam tập trung ở vận tốc gió trong khoảng 7-8 m/s (thích hợp cho việc khai triển turbine công suất lớn).
Bảng 1: Tóm tắt tiềm năng gió ở Việt Nam, dựa theo bản đồ gió khu vực ở độ cao trung bình 65 m trên mặt đất (Nguồn: Bản đồ Năng Lượng Gió Khu Vực Đông Nam Á) Gió tốt (7-8 m/s) Gió rất tốt(8-9 m/s) Gió cực tốt (> 9 m/s) Khu vực ĐBSCL, Nam Trung Đảo Côn Sơn, Qui Phan Rang, dãy Bộ (Bảo Lộc), Tây Nhơn, Tuy Hòa, Trường Sơn Nguyên (Pleiku, biên giới Việt- Buôn Ma Thuột), Trung, dãy Trường Huế, khu vực biên Sơn, Vinh giới Việt-Lào, Hải Phòng Diện tích 25679 2187 113 khai thác (km2) 13 Công suất 102716 8748 452 tiềm năng (MW) 1. Thủy điện nhỏ Thủy điện nhỏ là một nguồn năng lượng sạch và tái tạo. Với tiềm năng khá lớn, Việt Nam cần triệt để khai thác, phát triển bền vững nguồn tài nguyên này để phục vụ công cuộc phát triển kinh tế, xã hội của đất nước, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Hệ thống sông ngòi của Việt Nam dày đặc, được phân bố trên nhiều vùng lãnh thổ khác nhau.360 con sông dài trên 10km.
Trong đó 90% là các sông suối nhỏ, đây là cơ sở thuận lợi cho phát triển TĐN. Hiện tại, thuỷ điện ở Việt Nam được “phân chia” thành bốn loại chính, đó là: - Các hệ thống thuỷ điện cực nhỏ, sở hữu bởi các hộ gia đình ở các khu vực nông thôn miền núi, có công suất trong khoảng 200 - <1000W, loại này chỉ đủ cho thắp sáng vào thời vụ có nguồn nước. - Các hệ thống thuỷ điện không hòa điện lưới chỉ cung cấp điện cho các hệ thống lưới mini độc lập, có công suất đặc trưng từ 1kW đến 1MW. - Các hệ thống thuỷ điện hòa lưới có dải công suất từ 1MW đến 30MW.
- Thuỷ điện lớn, có công suất trên 30MW. Nguồn thủy điện nhỏ tập trung tại Bắc Bộ và Trung Bộ, gần biên giới với Lào và Campuchia. Tiềm năng thủy điện nhỏ (công suất dưới 10 MW) của nước ta được ước đoán vào khoảng 800-1.400 MW, trong đó bao gồm i) 400-600 MW hệ thống thủy điện mini hòa mạng; ii) 300-600 MW hệ thống thủy điện micro cá nhân và iii) 90-150 MW hệ thống thủy điện pico. Toàn quốc hiện đã xây dựng và đưa vào khai thác trên 500 trạm thủy điện vừa và nhỏ có quy mô công suất từ 5 kW đến hàng chục MW với tổng công suất lắp đặt hơn 100 MW và sản lượng điện hàng năm từ 120-150 GWh.
Qua khảo sát 28 tỉnh có tiềm năng về thủy điện cho thấy, số trạm trên 100 kW hiện chỉ chiếm 44% với công suất đang vận hành hơn 87.400 kW, còn lại phần lớn đã ngừng hoạt động. Cho đến nay có khoảng 48 14 trạm thủy điện cỡ nhỏ hòa mạng đã được xây dựng và vận hành trên khắp cả nước, với tổng công suất là 60 MW (tương đương với 3% tiềm năng ước lượng). Tuy nhiên, hơn 1/3 số trạm (20 MW) cần được bão dưỡng do những trục trặc kỹ thuật. Có khả năng là các trạm này sẽ được nâng công suất sau khi được bảo dưỡng.
Các trạm thủy điện micro là dạng hệ thống thủy điện cho các cộng đồng dân cư phân tán, với công suất khoảng từ 5-200 kW. Hiện nay có khoảng 300 địa phương ở Bắc và Trung Bộ đã lắp đặt hệ thống thủy điện micro, với tổng công suất khoảng 20 MW. Hệ thống thủy điện pico là hệ thống phát điện cá nhân, bao gồm turbin, máy phát điện, dây dẫn và cầu dao/công tắc. Turbin có công suất từ 100-1000 kW.
Ước tính có khoảng 100- 150 ngàn thiết bị thủy điện cá nhân được bán trên cả nước, với tổng công suất là 30-75 MW.000 thiết bị được bán trên thị trường, trong đó 50% là mua mới và 50% là tân trang/thay thế. Thiệt bị thủy điện pico này được sử dụng chủ yếu ở Cao Nguyên Trung Bộ và các tỉnh miền núi Bắc Bộ.