Điều tra đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn NLM&TT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của tỉnh

ởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 3 1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHÚNG 3 1.1.1. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 3 1.1.2. Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 6 1.2. CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG 7 1.2.1. Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT) 7 1.2.2. Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN) 11 1.2.3. Công nghệ điện gió 12 1.2.4. Phát điện từ sinh khối 14 1.2.5. Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt 15 1.2.6. Phát điện từ nguồn năng lƣợng đại dƣơng 16 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN TỪ NLM & TT 18 1.3.1. Trên thế giới 18 1.3.2. Tại Việt Nam 20 CHƢƠNG 2. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 24 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI 24 2.1.1. Vị trí địa lý. 24 2.1.2. Dân số 24 2.1.3. Địa hình – Khí hậu 26 2.1.4. Tài nguyên 26 2.2. HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN 28 2.2.1. Hiện trạng phụ tải 28 2.2.2.Dự báo nhu cầu điện 29 2.2.3.Các nguồn cung cấp điện năng 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.3. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 36 2.3.1. Vai trò của năng lƣợng mới và tái tạo 36 2.3.2. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo ở Thái Nguyên. 38 2.3.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ. 38 2.3.4.Năng lƣợng sinh khối 45 2.3.5. Năng lƣợng mặt trời 50 2.4. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG 54 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 58 3.1. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN 58 3.2. CÁC CÔNG NGHỆ ĐƢỢC ĐỀ NGHỊ 58 3.2.1. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ 59 3.2.2. Năng lƣợng sinh khối để phát điện 63 3.2.3. Năng lƣợng mặt trời 67 CHƢƠNG 4. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG 79 4.1. TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TRƢỜNG TỰ NHIÊN 79 4.2. TÁC ĐỘNG TỚI ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 LỜI NÓI ĐẦU Bước sang thế kỷ 21, cùng với nhịp độ phát triển kinh tế - xã hội ngày một gia tăng trong khuôn khổ của nguồn tài nguyên bị hạn chế, loài người đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng cổ điển và phải đương đầu với vấn đề ô mhiễm môi trường sống đã ở mức báo động trong phạm vi toàn cầu gây ra bởi lượng khí thải độc hại trong quá trình sử dụng năng lượng. Vì vậy, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng bổ sung và nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo đang được các quốc gia trên toàn thế giới quan tâm. Năng lượng mới và tái tạo là những nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng to lớn và có khả năng tái tạo hầu như vô tận. Việt Nam nói chung và Thái Nguyên nói riêng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng, nguồn năng lượng truyền thống dần dần không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng năng lượng cho con người. Do vậy, việc điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn năng lượng mới và tái tạo là vấn đề cấp bách và cần thiết. Đề tài tốt nghiệp “Điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn NLM & TT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của Tỉnh” được nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến lược phát triển năng lượng chung của Tỉnh và cả nước, hiện tại nguồn năng lượng này có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho những vùng miền núi xa xôi, hẻo lánh, những nơi chưa có điện lưới quốc gia của Thái Nguyên, phục vụ cho việc phát triển kinh tế, xã hội, xoá đói, giảm nghèo...Trong tương lai, nó có thể dần thay thế các nguồn năng lượng điện hiện nay. Khi nghiên cứu đề tài này, tôi đã có được các tài liệu liên quan hiện có về các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam và Thái Nguyên. Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực hoàn toàn mới do vậy các tài liệu còn rất hạn chế và các số liệu chưa đầy đủ, có sự sai lệch số liệu từ các nguồn khác nhau ( các bài báo, dự án, tạp chí, quy hoạch phát triển...), không phải tất cả các số liệu sử dụng đều cập nhật. Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Đặng Đình Thống – Giám đốc trung tâm năng lượng mới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, các sở Điện lực, Công nghiệp, Nông nghiệp, Tài nguyên môi trường...cùng bạn bè, đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 CHƢƠNG 1 CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHÚNG 1.1.1. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 1.1.1.1 Năng lƣợng mặt trời. Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các dạng năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông...Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên để khai thác sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó đặc biệt khi tới bề mặt quả đất. 1.1.1.2. Năng lƣợng gió Năng lượng gió là một dạng chuyển tiếp của năng lượng mặt trời, bởi chính ánh nắng ban ngày đã đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa nhiều vùng khác nhau, và các khối không khí từ những khu vực có áp suất cao sẽ dịch chuyển nhanh đến những vùng có áp suất thấp hơn, tạo ra hiện tượng gió thổi đều khắp trên bề mặt địa cầu. Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. 1.1.1.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ. Theo đánh giá chung về thủy điện nhỏ thì rất lớn, đặc biệt là ở những khu vực miền núi nơi tập trung rất nhiều sông suối nhỏ, mặt khác đây là nguồn năng lượng có giá thành rẻ nên cần có chính sách khai thác và sử dụng hiệu quả. Từ các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng về năng lượng (gọi là thuỷ năng). Thông thường nguồn thuỷ năng phụ thuộc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 vào độ dốc sông suối và lưu lượng nước chảy qua. Nguồn thuỷ năng có thể phân bố đều hoặc không đều trên một đoạn sông suối. Để tập trung năng lượng của dòng chảy, nghĩa là để tạo được độ chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu người ta sử dụng một số phương pháp kiểu trạm thuỷ điện như: Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn, phương pháp tập trung năng lượng bằng đường dẫn và phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy. 1.1.1.4. Năng lƣợng sinh khối. Sinh khối bao gồm các loài thực vật sinh trưởng và phát triển trên cạn cũng như ở dưới nước, các phế thải hữu cơ như: rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà phê..., các loại phế thải động vật như: phân người, phân gia súc, gia cầm.... Sinh khối là nguồn năng lượng đầu tiên của loài người và mặc dù ngày nay các nguồn năng lượng hoá thạch như: than đá, dầu mỏ, khí đốt là các nguồn năng lượng chính nhưng sinh khối vẫn còn được sử dụng với một khối lượng và tỉ lệ khá lớn, nhất là ở các nước đang phát triển. Sinh khối là một nguồn năng lượng có khả năng tái sinh. Nó tồn tại và phát triển được trên hành tinh chúng ta là nhờ có ánh sáng mặt trời. Các loài thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời để thực hiện các phản ứng quang hợp, biến đổi các khoáng chất, nước và các nguyên tố vô cơ khác thành các chất hữu cơ. Trong quá trình quang hợp, thực vật còn hấp thụ khí cacbonic và tạo ra oxy là chất khí tạo ra sự sống trên quả đất này. Các tính toán cho thấy rằng, hàng năm thực vật hấp thụ 0,1% tổng năng lượng bức xạ mặt trời tới quả đất, và nhờ phản ứng quang hợp, tạo ra 2x10 11 tấn chất hữu cơ và cho một nguồn năng lượng rất lớn, khoảng 3x1012J. Phần lớn các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam ta, được thiên nhiên ban tặng cho nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời rất dồi dào. Ở các nước này mật độ năng lượng mặt trời khá cao, nằm trong khoảng từ 4 đến 7KWh/m 2.ngày, là điều kiện rất thuận lợi cho thực vật phát triển. Phản ứng quang hợp còn là phản ứng cơ bản tạo ra thức ăn cho động vật. Nếu kể đến cả sản phẩm oxy của phản ứng quang hợp ta có thể nói rằng sinh khối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 nói chung và thực vật nói riêng có ý nghĩa quyết định đối với sự sống trên hành tinh chúng ta. Năng lượng sinh khối hoàn toàn có thể thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch đang bị khai thác cạn kiệt và gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề 1.1.1.5. Năng lƣợng địa nhiệt. Địa nhiệt là nguồn năng lượng tự nhiên ở trong lòng quả đất, dưới lớp vỏ không dày lắm của quả đất, nhiệt độ lên đến 10000C đến hơn 40000C, ở một số khu vực áp suất cũng rất lớn, vượt quá 130MPa. Còn ở lớp trên cùng của vỏ Trái đất chỉ có nhiệt độ bình quân trong năm là 150C, dưới lớp đó là một lớp có nhiệt độ bình quân là 540 0C, còn tại lớp lõi trong nhiệt độ bình quân là 70000C. Khối năng lượng khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn năng lượng vô hạn sinh ra từ các chuỗi phản ứng hạt nhân, sự phân hủy các chất phóng xạ tiến hành thường xuyên trong lòng Trái đất như Thori (Th), Protactini (Pa), Urani (U)...vv, năng lượng do các phản ứng phóng xạ được tích tụ trong lòng quả đất hàng triệu năm với một lượng khổng lồ làm nóng chảy lõi quả đất dưới áp suất cao. Đi sâu xuống lòng đất 2-40m (tùy địa điểm) ta sẽ gặp tầng Thường ôn, tức là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Mặt Trời. Dưới tầng Thường ôn càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng. Người ta gọi địa nhiệt cấp là độ sâu tính bằng mét đủ để nhiệt độ tăng lên 1 0C. Trị số trung bình là 33m. Nếu xuống sâu được đến 60km thì có nhiệt độ tới 1800 0C. Thường thường để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 2000C. Nước được làm sôi lên sẽ theo ống dẫn lên và có thể làm chạy các máy phát điện...vv. Theo đánh giá của các chuyên gia, có khoảng 10% diện tích vỏ quả đất có chữa các nguồn địa nhiệt có thể đánh giá được tiềm năng của nó. Các nguồn này có thể cung cấp cho nhân loại một nguồn năng lượng rất lớn. 1.1.1.6. Năng lƣợng đại dƣơng. Tiềm năng năng lượng của các đại dương chứa trong sóng và thuỷ triều cũng như trong sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng trên bề mặt và các lớp nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 lạnh ở dưới đáy các đại dương là vô cùng to lớn. Gió thổi trên một khoảng không gian bao la trên các đại dương sẽ tạo ra sóng biển dữ dội, liên tục và mang theo một nguồn năng lượng có thể nói là vô tận. Thuỷ triều là kết quả giữa lực hút của mặt trời, mặt trăng với quả đất và do sự chuyển động của quả đất xung quanh mặt trời, cũng như sự quay xung quanh trục nghiêng của quả đất. Ở một số khu vực trên thế giới, mức nước biển dâng lên và hạ xuống trên 12m hai lần trong một ngày. Đại dương còn là một bộ thu năng lượng khổng lồ, hấp thụ năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng làm nóng lớp nước ở bề mặt và tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng ở bề mặt và nước lạnh dưới sâu. 1.1.2. Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 1.1.2.1. Đặc tính phong phú và có thể tái sinh: Có thể nói các nguồn năng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) rất phong phú và có sẵn do thiên nhiên ban tặng cho chúng ta, không những thế hầu hết các nguồn năng lượng này đều có thể tái tạo được. Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời hết sức dồi dào, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt cũng có trữ lượng khá lớn nếu không muốn nói là khó có thể cạn kiệt được. Tiềm năng của năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất. Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng truyền thống mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh, khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này. 1.1.2.2. Nguồn năng lượng sạch và không gây ô nhiễm môi trường Tất cả các nguồn NLM & TT đều sạch nên việc sử dụng các nguồn năng lượng này sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho kinh tế. So sánh với các nguồn năng lượng truyền thống như: Than đá, hoá thạch hay thuỷ điện, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến môi trường. Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước. Ngoài ra, việc di dân cũng như việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những người dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài toán khó đối với các nhà hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các đập nước tại Việt Nam cũng không còn nhiều. Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến cuộc sống của người dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rò rỉ hạt nhân cộng thêm chi phí đầu tư cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng này. Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe người dân. Hơn thế nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao. Theo báo cáo từ Tổ chức Hoà Bình Xanh và Hội đồng Năng lượng Tái tạo châu Âu việc đầu tư vào năng lượng xanh tới năm 2030 sẽ giảm một nửa lượng phát thải CO2. Bản báo cáo này cung cấp một luận cứ kinh tế về sự luân chuyển các khoản đầu tư toàn cầu sang năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt và năng lượng sinh khối trong hơn nửa thế kỷ tới. 1.2. CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG 1.2.1. Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 Có thể xem mặt trời là một quả cầu cách quả đất 150 triệu km. Đường kính mặt trời 1,39 triệu km, lớn hơn 109 lần đường kính quả đất, áp suất ở phần trong mặt trời rất cao, cao hơn áp suất khí quyển ở quả đất khoảng chục triệu lần. Nhiệt độ trên mặt trời biến đổi từ hơn 15 triệu độ ở trong lõi tới 6 000 độ ở mặt ngoài của nó. Khí quyển mặt trời chứa khoảng 78,4% khí Hydro (H2), 19,8% Heli (He), các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%. Các điều kiện về áp suất, nhiệt độ và thành phần khí quyển trên mặt trời là điều kiện lý tưởng cho phản ứng nhiệt hạt nhân và tạo ra nguồn năng lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra năng lượng tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá. Tuy nhiên bề mặt quả đất chỉ nhận được 17,57.1016 W, tương đương năng lượng đốt cháy hết 6 triệu tấn than đá. NLMT rất lớn, nhưng phân bố lại mỏng, chỉ khoảng 800-1000W/m2 nên việc khai thác khá khó khăn. Bản chất bức xạ mặt trời (BXMT) là sóng điện từ có phổ bước sóng rất rộng, từ hàng km đến phần tỷ m. ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0.4 đến 0,7 m, chỉ chiếm một phần rất nhỏ phổ BXMT (hình 1.1). Hình 1.1. Phổ BXMT Tuy nhiên khi BXMT xuyên qua lớp khí quyển tới bề mặt quả đất, do các phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi,… làm tán xạ, hấp thụ, nên phổ và cường độ BXMT trên mặt đất bị giảm đi rất đáng kể. 1.2.1.1. Công nghệ nhiệt mặt trời (NMT) 10 -10 10 -8 10 -6 10 10 10 -4 10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 12 10 14 Tia vũ trụ Tia Rơnghen Tia tử ngoại Tia nhìn thấy Tia hồng ngoại Sóng ngắn Sóng vô tuyến điện ( ) m) Tia Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 a. Hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính là một trong những hiệu ứng quan trọng nhất được ứng dụng để khai thác năng lượng mặt trời. Nguyên lý hoạt động như sau: Các loại kính xây dựng cho các tia BXMT có bước sóng truyền qua một cách dễ dàng, trong khi đó các bức xạ có > 0,7 m (các tia này còn được gọi là tia nhiệt) thì bị kính phản xạ trở lại. Trước hết ta khảo sát một hộp thu nhiệt mặt trời như hình 1.2. Mặt trên hộp được đậy bằng tấm kính (1). Thành xung quanh và đáy hộp có lớp vật liệu cách nhiệt dày (2). Đáy trong của hộp được làm bằng tấm kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt trên của nó phủ một lớp sơn đen, hấp thụ nhiệt tốt và được gọi là tấm hấp thụ (3). Hình 1.2. Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính Các tia bức xạ mặt trời (BXMT) có bước sóng < 0,7 m tới mặt hộp thu, đi qua tấm kính phủ phía trên (1), tới bề mặt tấm hấp thụ (3). Tấm này hấp thụ năng lượng BXMT và chuyển hoá thành nhiệt làm cho tấm hấp thụ nóng lên, khi đó nó trở thành nguồn phát xạ thứ cấp phát ra các tia bức xạ nhiệt có bước sóng m7,0 , hướng về mọi phía. Các tia đi lên phía trên bị tấm kính ngăn lại, không ra ngoài được. Nhờ vậy, hộp thu liên tục nhận BXMT nên tấm hấp thụ được nung nóng dần lên và có thể đạt đến nhiệt độ hàng trăm độ. Như vậy năng lượng nhiệt mặt trời bị "giam" trong hộp, giống như một cái bẫy nhiệt - năng lượng vào được nhưng không thể ra được. Đó là nguyên lý “hiệu ứng nhà kính”. Nhiệt độ của tấm hấp thụ càng cao, phát xạ nhiệt từ mặt hấp thụ càng lớn, cho đến khi năng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 lượng mà tấm hấp thụ nhận được từ BXMT cân bằng với năng lượng mất mát cho môi trường xung quanh thì trạng thái cân bằng nhiệt được thiết lập. b. Bộ thu phẳng Bộ thu phẳng có cấu tạo dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính như đã mô tả trên, nhưng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng nhiệt khác nhau phần thu nhiệt có thể có các dạng kết cấu khác nhau. Bộ thu Năng lượng mặt trời (NLMT) có thể được ứng dụng trong nhiều mục đích khác nhau như để sản xuất nước nóng, sấy nông hải sản phẩm, chưng cất nước, sưởi ấm nhà cửa v.v…Nó có thể có nhiều hình dạng khác nhau được thiết kế cho phù hợp với mục đích sử dụng. 1.2.1.2. Công nghệ điện mặt trời (ĐMT) Hiện nay có hai công nghệ để sản xuất điện bằng NLMT. Đó là công nghệ Nhiệt điện mặt trời và công nghệ Pin mặt trời (hay pin quang điện). Trong công nghệ thứ nhất, năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ như máng parabol, đĩa parabol, gương cầu...để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng và do đó có nhiệt độ rất cao, có thể làm bốc hơi nước ở nhiệt độ và áp suất lớn và sau đó hơi làm quay các Tuabin để sản xuất ra điện năng. Còn trong công nghệ pin mặt trời, năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn điện. Các pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn bức xạ mặt trời tới nó. Các hệ thống pin mặt trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không đòi hỏi phải bảo dưỡng chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng khác, nên các hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng. Ngay từ năm 1950 các pin mặt trời đã trở thành nguồn điện rất tin cậy cho các vệ tinh nhân tạo và hiện nay là các tàu vũ trụ. Đặc biệt từ cuộc khủng hoảng dầu lửa năm 1973, các hoạt động nghiên cứu hoàn thiện công nghệ pin mặt trời đã phát triển mạnh mẽ. Hiện nay sản xuất pin mặt trời đã trở thành một trong các ngành công nghiệp quan trọng ở nhiều nước công nghiệp phát triển trên thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 1.2.2. Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN) 1.2.2.1. Công nghệ thuỷ năng và các đặc điểm Các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng về năng lượng (gọi là thuỷ năng). Thông thường các nguồn thuỷ năng phụ thuộc vào độ dốc sông suối và lưu lượng nước chảy qua. Nguồn thuỷ năng có thể phân bố đều hoặc không đều trên một đoạn sông suối. Để tập trung năng lượng của dòng chảy, nghĩa là để tạo được độ chênh mực nước giữa thượng lưu (TL) và hạ lưu (HL) người ta sử dụng ba phương pháp ứng với ba kiểu trạm thuỷ điện sau đây: a. Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn Phương pháp này là đắp đập tạo nên độ chênh mực nước giữa TL và HL. Đập có nhiều loại: đập đất, đập đá và đập bêtông. Còn trạm thuỷ điện có thể bố trí sau đập hay trong lòng đập. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện sau đập hay trạm thuỷ điện trong lòng đập. Vì độ cao đập hạn chế nên phương pháp này được sử dụng chỉ cho các đoạn sông suối có độ dốc nhỏ. Cột nước toàn phần của trạm thuỷ điện được xác định bằng hiệu mực nước TL và HL. b. Phương pháp tập trung năng lượng bằng đường dẫn Phương pháp này sử dụng đường dẫn để tạo độ chênh mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện đường dẫn. Đường dẫn có thể bằng đường ống hoặc kênh dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này thích hợp với các con sông, suối có độ dốc lớn hay có bậc thác. c. Phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy Phương pháp này tạo độ chênh mực nước bằng đập ngăn và bằng đường dẫn đối với đoạn sông có độ dốc khác nhau. Độ chênh mực nước của trạm bằng tổng độ chênh mực nước đập tạo nên và độ chênh của đường dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này gọi là trạm thuỷ điện tổng hợp. Cột áp toàn phần được xác định bằng tổng cột áp do đập và đường dẫn tạo nên. 1.2.2.2. Các ứng dụng Đối với một trạm thuỷ điện nhỏ quan trọng nhất là phương pháp xác định kích thước tuabin. Tuabin nước được sử dụng chủ yếu để kéo máy phát điện nhằm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 cung cấp điện cho các hộ sử dụng. Ở các vùng miền núi, tuabin nước còn được sử dụng để làm quay trực tiếp máy bơm cấp nước sinh hoạt và tưới cây. Ngoài ra tuabin nước còn được sử dụng để chạy các máy công cụ khác: Máy gia công cơ khí, máy xay xát, ...vv. a. Tuabin nước chạy máy phát điện Tuabin được nối trực tiếp với máy phát điện hoặc gián tiếp thông qua các bộ truyền động. Công suất của máy phát điện sẽ được xác định theo công suất của tuabin, còn vòng quay của máy phát được chọn theo số vòng quay đồng bộ. * Tuabin kéo trực tiếp máy phát Loại này có số vòng quay của tuabin bằng số vòng quay của máy phát * Tuabin kéo máy phát qua bộ truyền Loại này thì số vòng quay của tuabin thường nhỏ hơn vòng quay của máy phát và được xác xác định theo tỷ số truyền của bộ truyền đai hay hộp số cơ khí. b. Tuabin kéo bơm Để phục vụ cho việc cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới cho vùng sâu, vùng xa, nơi có nguồn thuỷ năng nhỏ, người ta sử dụng tuabin để trực tiếp kéo bơm. Tổ hợp như vậy gọi là bơm thuỷ luân. Tuabin kéo bơm có hai loại: Buồng hở và buồng kín * Tuabin buồng hở cột nước thấp 0,4 đến 4m, cột áp bơm đạt 2 đến 24m. Loại này thường là tuabin hướng trục, được nối trực tiếp với máy bơm. Máy bơm được sử dụng có thể là bơm ly tâm một cấp hay nhiều cấp * Tuabin buồng kín cột nước tuabin từ 2m trở lên, cột áp bơm từ 7m đến hàng trăm mét. Loại này có thể nối trực tiếp hay gián tiếp với máy bơm qua bộ truyền đai hay hộp số. Bơm sử dụng có thể là bơm một cấp hay nhiều cấp, bơm thường có lưu lượng nhỏ và cột áp cao, có thể sử dụng bơm xoáy hay bơm ly tâm, trường hợp bơm nước sạch cho sinh hoạt có thể dùng bơm piston. 1.2.3. Công nghệ điện gió 1.2.3.1. Năng lượng gió (NLG) và đặc điểm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 Năng lượng gió thường được khai thác từ các trạm đặt ở độ cao (20-70)m so với bề mặt trái đất. Trên độ cao lớn (8-12)km gọi là tầng đối lưu, có gió thường xuyên hơn và gọi là dòng chảy luồng (hay luồng khí). Gió loại này có vận tốc lớn (25-80)m/s. Tiềm năng năng lượng của chúng lớn hơn nhiều. Đặc tính gió ở tầng này khác nhiều so với đặc tính gió trên mặt đất. Song sử dụng gió ở độ cao này gặp phải một số khó khăn rất lớn về mặt kỹ thuật khi chuyển tải điện từ độ cao lớn tới mặt đất. Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh hưởng của một loạt các yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay đổi tác động của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt đất...), đồng thời các điều kiện địa hình tại chỗ, tốc độ gió thay đổi cả về giá trị và hướng. Hướng véctơ vận tốc cho thấy vị trí tính theo góc của nó ứng với hướng được lấy làm gốc tính toán (thường là hướng Bắc). Vận tốc gió có tác động đáng kể tới động cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống điều chỉnh tự động, việc sản sinh ra năng lượng phụ thuộc trước hết vào vận tốc gió trung bình theo thời gian và diện tích bề mặt bánh công tác động cơ gió. Vận tốc gió trung bình theo thời gian xác định bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc gió tức thời đo được với số lần đo trong khoảng thời gian đo. Vận tốc gió trung bình thay đổi đáng kể trong thời gian khác nhau trong ngày, trong các tháng và các mùa. Do vậy người ta phân biệt diễn biến vận tốc theo ngày, tháng, mùa đặc trưng cho xu hướng chung thay đổi vận tốc trong các chu kỳ thời gian kể trên. Việc nghiên cứu sự biến đổi của vận tốc sẽ thuận lợi hơn nhờ sự phân tích tổng hợp tính quy luật và sự biến đổi ngẫu nhiên cường độ gió trong một khoảng thời gian chọn trước cũng như trên một diện tích không gian hữu hạn. Thông thường ở các trạm khí tượng vận tốc gió trung bình được xác định trong khoảng thời gian là 2 phút. Đặc trưng của NLG là tập hợp các dữ liệu cần thiết và đủ độ tin cậy đặc trưng cho gió như là một nguồn năng lượng và cho phép làm rõ giá trị năng lượng của nó. Đó cũng là một hệ thống các dữ liệu đặc trưng cho chế độ gió ở các vùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 khác nhau, trên cơ sở đó có thể tính toán các chế độ và thời gian làm việc của tổ máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác được. Đặc tính đặc trưng quan trọng nhất là mật độ phân bố các vận tốc gió khác nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế độ vận tốc cực đại (bão). Các giá trị vận tốc gió trung bình năm và trung bình mùa cũng là những đặc trưng quan trọng, thuận lợi để đánh giá tiềm năng NLG. Đặc tính quan trọng hơn cần phải kể đến là hàm quy luật thống kê tần số biến đổi vận tốc gió trong khoảng thời gian xác định. Khi biết quy luật xác định và thông số của hàm này và khi có các đặc tính của các tổ máy NLG, có thể đánh giá được năng lượng sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp đặt, hiệu quả kinh tế...vv. Trong lĩnh vực NLG, mô hình toán có ý nghĩa quan trọng để đánh giá dung lượng thiết bị Ắcquy, dự trữ công suất và đồng thời các biểu đồ cung cấp năng lượng của tổ máy, vì rằng không thể tích trữ năng lượng gió cho tới khi nó thực hiện được công hữu ích. Nói cách khác động cơ gió không có Ắcquy chỉ có thể làm việc theo biểu đồ không điều khiển. Gió là một nguồn năng lượng có đặc tính ưu việt là có ở tất cả mọi nơi. Song việc ứng dụng NLG trong các quá trình sản suất là hết sức khó khăn, để nhận được công suất lớn cần có động cơ gió kích thước rất lớn. Thêm vào đó là NLG không ổn định theo thời gian nên khó sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông. 1.2.3.2. Các ứng dụng Từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng gió để tạo ra cơ năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc, điển hình như các thuyền buồm chạy bằng sức gió, cối xay gió...Ngày nay việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió được rất nhiều nước quan tâm. Ứng dụng quan trọng nhất của năng lương gió là dùng để sản xuất ra điện năng thông qua các động cơ gió, ứng dụng quan trọng thứ hai là bơm nước. Người ta sử dụng các loại bơm khác nhau ghép nối với động cơ gió để bơm nước. 1.2.4. Phát điện từ sinh khối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Có hai công nghệ để làm biến đổi sinh khối ra các dạng năng lượng. Đó là công nghệ nhiệt hoá và công nghệ sinh hoá. Công nghệ sinh hoá sử dụng các phản ứng lên men sinh khối như lên men rượu, lên men kỵ khí nhờ các chủng loại vi sinh để biến đổi sinh khối ở áp suất và nhiệt độ thấp thành các loại nhiên liệu khí (khí sinh học) hoặc lỏng (ethanol, methanol…). Ngược lại công nghệ nhiệt hoá sử dụng các quá trình nhiệt độ cao để biến đổi sinh khối nhờ các quá trình đốt cháy, nhiệt phân, khí hoá, chất lỏng. Khí sinh học có rất nhiều ứng dụng như thắp sáng, dùng làm nhiên liệu đun nấu, phát điện, v.v... Ngoài ra công nghệ khí sinh học còn là một công nghệ làm sạch môi trường. 1.2.5. Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt Địa nhiệt là nguồn năng lượng nhiệt tự nhiên ở trong lòng Quả đất. Có 5 loại nguồn địa nhiệt. Đó là: nguồn nước nóng, nguồn áp suất địa nhiệt, nguồn đá nóng khô, các núi lửa hoạt động và magma. Nhiệt từ các nguồn hay từ mỏ địa nhiệt có thể khai thác nhờ sử dụng một số chất lỏng tự nhiên của quả đất để làm chất làm việc vận chuyển nhiệt. Năng lượng nhiệt này có thể cho qua tuabin để phát điện hoặc dùng một cách trực tiếp cho các quá trình gia nhiệt hoặc chế biến nhiệt công nghiệp. Để khai thác các nguồn địa nhiệt người ta thường sử dụng phương pháp khoan như: ._.khai thác dầu hay khí đốt. Đối với các nguồn địa nhiệt nông và nhiệt độ không cao (thấp hơn 1700C) thường người ta khai thác nhiệt một cách trực tiếp hoặc sử dụng gián tiếp qua bộ trao đổi nhiệt. Để sử dụng năng lượng địa nhiệt có hiệu quả thông thường người ta sử dụng ngay tại chỗ, nơi có nguồn địa nhiệt khai thác, vì khi dẫn nhiệt đi xa (ống dẫn) hao phí nhiệt sẽ lớn. Để phát điện người ta có thể sử dụng một số hệ thống như: a. Hệ thống hơi khô: Người ta lấy hơi nước từ các giếng đá khô và sau đó cho trực tiếp qua tuabin để phát điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 b. Hệ thống hoá hơi đơn: Nước nóng từ nguồn địa nhiệt được làm bốc hơi theo kiểu xung (nổ) và sau đó dẫn qua tuabin phát điện. Nước thải còn lại được đưa trở lại nguồn (mỏ) địa nhiệt. c. Hệ thống hoá hơi kép: Trong hệ thống này hơi nước được tạo ra trong hai giai đoạn để tận dụng được nhiều hơn năng lượng địa nhiệt. Trong giai đoạn đầu hơi nước được tách ra khỏi hỗn hợp nước nóng và hơi khi lấy dưới mỏ lên và cho qua tuabin phát điện. Nước nóng được tách ra lại được hoá hơi theo kiểu xung và lại được cho qua tuabin phát điện. Cuối cùng nước nóng thải còn lại được bơm trở lại nguồn địa nhiệt. d. Hệ thống hai tầng: Để tránh được hiện tượng ăn mòn và đóng cặn sinh ra khi chất lỏng địa nhiệt đi trực tiếp qua hệ thống phát điện người ta dùng hệ thống hai tầng nhờ bộ trao đổi nhiệt. Ở tầng thứ nhất chất lỏng địa nhiệt được bơm từ giếng lên, đi qua bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt cho chất lỏng làm việc, sau đó nó được làm ngưng tụ và cho trở về nguồn địa nhiệt. Ở tầng thứ hai, một chất lỏng khác hoạt động theo chu trình kín, nhận nhiệt ở bộ trao đổi nhiệt, tới tuabin phát điện, qua bộ ngưng tụ, trở về bộ trao đổi nhiệt. Các nhà máy điện địa nhiệt hoạt động theo hệ thống hai tầng này có thể được thiết kế theo nhiều kiểu khác nhau để tận dụng tối đa nguồn năng lượng địa nhiệt. e. Hệ thống kết hợp: Là hệ thống sử dụng đồng thời cả hơi nước và áp suất địa nhiệt. Trong hệ thống này hơi nước ở áp suất cao được dẫn qua hệ thống ống dẫn với vận tốc rất lớn và cho xả vào các tuabin hơi để phát điện. Động năng rất lớn của các dòng hơi trong các ống qua tuabin đã được chuyển thành điện năng. Ngoài ứng dụng phát điện năng lượng địa nhiệt có nhiệt độ thấp hay trung bình có thể dùng để sưởi ấm hay sản xuất nước nóng cho các mục đích sinh hoạt trong các gia đình hay các cơ sở công cộng như: trường học, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn...vv. 1.2.6. Phát điện từ nguồn năng lƣợng đại dƣơng 1.2.6.1. Năng lượng thuỷ triều: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 Năng lượng thuỷ triều có tính chu kỳ, có thể là nửa ngày, nửa năm hoặc dài hơn. Các chu kỳ này ảnh hưởng đến độ chênh lệch của thuỷ triều. Để khai thác nguồn năng lượng dạng này cần hiểu biết đầy đủ các quy luật vận động của thuỷ triều. Biên độ của các chu kỳ thuỷ triều tăng lên một cách rất đáng kể, ở một số vùng biển có địa hình đặc biệt như ở các cửa sông, ở các vịnh dạng hình phễu, ở các khu vực có các đảo hay các doi đất chia mặt biển thành từng ngăn tạo ra sự phản xạ và cộng hưởng sóng biển. Các hệ thống năng lượng thuỷ triều có hồ chứa có thể được thiết kế để hoạt động theo một trong ba phương thức sau: - Phát điện khi triều lên - Phát điện khi triều xuống - Phát điện cả hai chiều 1.2.6.2. Năng lượng nhiệt đại dương Nước nóng ở bề mặt và nước lạnh ở dưới tầng sâu của đại dương, nếu đem lại gần nhau có thể sử dụng như là các nguồn nóng và nguồn lạnh trong một máy nhiệt. Một máy nhiệt hoạt động với hai nguồn nhiệt như thế cũng giống như các máy nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện, nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần dùng một loại nhiên liệu nào cả. Một điều rất quan trọng đối với các nhà máy nhiệt điện đại dương là cần phải lựa chọn sử dụng các vật liệu và thiết bị vừa phải chịu được điều kiện môi trường biển rất khắc nghiệt, lại phải vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế. 1.2.6.3.Năng lượng sóng biển Đây cũng là một nguồn năng lượng rất lớn và hấp dẫn. Tiềm năng năng lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, thậm chí ngay ở một vị trí đã cho năng lượng sóng biển cũng biến đổi theo thời gian từng giờ, từng ngày và từng mùa. Tuỳ theo nguyên lý hoạt động mà các thiết bị khai thác sóng biển được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo theo từng loại khác nhau. Trên thế giới đã có nhiều công ty nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển, nhưng nói chung số lượng cũng như công suất thiết bị còn nhỏ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN TỪ NLM & TT 1.3.1. Trên thế giới Hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng của các nguồn năng lượng mới và tái tạo đang phát triển rất mạnh mẽ. Xuất phát từ tình hình thực tiễn là nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt, thêm vào đó là nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau ngày càng tăng. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn năng lượng có thể tái sinh, các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, và đặc biệt là các nguồn năng lượng này có thể nói rất dồi dào cần được quan tâm và có chính sách cụ thể. Quốc gia đầu tiên phát triển ở lĩnh vực này đó phải kể đến là Đức. Tại quốc gia này chủ yếu ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió để phục vụ nhu cầu sử dụng. Hệ thống cung cấp điện đã tương đối ổn định dựa trên một hạ tầng cơ sở tập trung với các nhà máy phát điện lớn và mạng lưới dẫn điện đường dài. Việc cung cấp điện ngày một tăng thông qua các thiết bị dùng năng lượng gió hay quang điện có thể sẽ thay đổi hạ tầng cơ sở này trong thời gian tới. Bảng: 1.1: Tỷ lệ của năng lượng tái tạo trong sản xuất điện tại Đức Sản xuất điện tại Đức (GWh) Năm Tổng số lƣợng điện tiêu dùng Tổng số năng lƣợng tái tạo Tỷ lệ năng lƣợng tái tạo ( %) Sức nƣớc Sức gió Sinh khối Quang điện Địa nhiệt 1990 550.700 17.045 3,1 15.579,7 43,1 1.422 0,6 1991 539.600 15.142 2,8 13.551,7 140 1.450 0,7 1992 532.800 17.975 3,4 16.152,8 275,2 1.545 1,5 1993 527.900 18.280 3,5 16.264,3 443 1.570 2,8 1994 530.800 20.233 3,8 17.449,1 909,2 1.870 4,2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 1995 541.600 21.923 4,0 18.335 1.563 2.020 5,3 1996 547.400 20.392 3,7 16.151,0 2.031,9 2.203 6,1 1997 549.900 21.249 3,9 15.793 2.966 2.479 11 1998 556.700 24.569 4,4 17.264,0 4.489,0 2.800 15,6 1999 557.300 28.275 5,1 19.707,6 5.528,3 3.020 19,1 2000 576.400 35.399 6,1 21.700 9.500 4.129 70 2001 580.500 36.480 6,3 19.800 11.500 5.065 115 2002 581.700 42.697 7,3 20.200 15.900 6.417 180 2003 44.697 7,7 18.700 18.500 6.909 255 2004 55.756 9,6 20.900 25.000 9.356 500 0,4 Nguồn: Tại Nhật Bản đang nghiên cứu và sẽ tung ra thị trường các tế bào năng lượng mặt trời nhỏ hình cầu có thể nhận ánh sáng mặt trời từ mọi hướng với hiệu suất chuyển đổi quang điện cao. Các tế bào này có tên gọi Sphelar, đường kính 1 - 1,5 mm. Sphelar có thể tạo ra năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời trực tiếp hay gián tiếp và có thể thu năng lượng theo bất cứ hướng nào (không nhất thiết phải đối diện trực tiếp với mặt trời). Ngoài ứng dụng trong việc tạo năng lượng điện dùng cho sinh hoạt, các nhà nghiên cứu công ty Kyosemin hiện đang nghiên cứu ứng dụng Sphelar vào trong điện thoại di động. Điện gió đã được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và là một nguồn điện rất có tiềm năng. Đứng đầu về sản xuất điện gió ở châu Âu hiện nay là Đức, Tây Ban Nha và Đan Mạch. Mỗi năm, người ta lại cho xây dựng thêm khoảng 30% số nhà máy điện gió mới đem lại sản lượng 15 tỷ kWh. Hiện Đan Mạch là nước có nhà máy điện gió ven bờ biển lớn nhất thế giới. Hà Lan cũng có trang trại gió lớn, chạy dài 5 km ven biển. Tổ chức đa quốc gia AMEC và Năng lượng Anh tới đây sẽ lắp 300 tuốc bin gió trên các bãi hoang và đầm lầy của mũi đảo phía bắc Hebrit Scotland. Với vốn đầu tư 500 triệu bảng Anh, dự tính đây sẽ là nhà máy điện gió lớn nhất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 châu Âu, cho khoảng 1% tổng nhu cầu điện của Anh. Người ta cũng lắp đặt tuốc bin từ suốt phía Tây Ireland đến biển Baltic. Nước Mỹ đã có một số trạm gió đầu tiên tại Bắc Dakota. Chính phủ thuê đất của nhân dân với giá 2.000 USD/năm (bình thường họ thu được 500USD/năm từ nông nghiệp). Điện khí hydro chỉ vài năm nữa sẽ hết sức thông dụng. Ở Ireland, từ các năm 70, người ta đã lắp đặt các giàn địa nhiệt để tận dụng tiềm năng to lớn của các núi lửa và suối nước nóng đang hoạt động, nhằm sản xuất điện. Đến nay, họ đã tìm cách tách khí hydro nguyên chất ra khỏi hơi nước để chạy máy. Những thử nghiệm quy mô đầu tiên về loại khí này đã được các hãng Demler Critler, Shell và Liên minh châu Âu tài trợ, khoảng vài chục triệu Euro. Vào năm 2005, tại đây xe buýt, xe hơi, các tàu đánh bắt cá sử dụng nguyên liệu hydro đã được thử nghiệm và thu được kết quả tốt. Trong tương lai sẽ triển khai ứng dụng rộng rãi vào tất cả các phương tiện (khoảng 30 - 40 năm tới). Khí hydro có rất nhiều trên mặt nước các sông hồ, đại dương và sẽ là một nguồn năng lượng vô tận, sạch, không độc, không gây ô nhiễm. Điện mặt trời đem lại cho kinh tế thế giới 2,2 tỷ USD/năm. Nước đã lắp đặt giàn pin mặt trời 15 triệu Watt đầu tiên là Tây Ban Nha, rồi Đức, Mỹ. Mới đây, Nam Phi, Italia, Australia và ấn Độ đã cho lắp đặt các giàn pin mặt trời lớn, mỗi cái có thể sinh được hơn 100 triệu Watt. Một số dự án đã được hoàn thành năm 2002, phí tổn hiện tại là 0,15 USD cho 1 kWh và trong 8 - 10 năm nữa giá thành sẽ hạ xuống chỉ còn 0,08 USD cho 1 kWh. Điện hạt nhân mặc dù có những sự cố nhỏ, nhưng vẫn là một nguồn năng lượng sạch hữu hiệu nay mai (ích lợi của điện hạt nhân không phụ thuộc vào thời tiết). Theo đánh giá của các chuyên gia nguyên tử, điều quan trọng khi xây dựng các lò điện là phải cẩn thận, an toàn. Ngoài ra, xử lý, chôn cất rác thải nguyên tử rất quan trọng: nơi chôn dưới lòng đất phải thật ổn định, không xói mòn và nếu phát xạ vẫn thăm dò và tránh nhiễm độc được. 1.3.2. Tại Việt Nam Về vấn đề này hiện nay ở Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước đây thì nhà nước chưa quan tâm, nhưng 5 năm trở lại đây thì có chuyển biến khá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 mạnh về nguồn năng lượng tái tạo. Từ đó có chính sách hỗ trợ nghiên cứu và đầu tư cho nguồn này. Cũng do thiếu điện nên đây là cơ hội cho năng lượng tái tạo phát triển. Đầu tư nay cũng khá lớn như vay tiền WB, tổng kinh phí 400 triệu đô la, để điện khí hóa nông thôn, trong đó có nghiên cứu đánh giá các nguồn năng lượng tái tạo và xây dựng khai thác năng lượng tái tạo để phục vụ điện khí hóa nông thôn. Dự án này thực hiện từ năm 2000 đến 2010. Dự án ODA Phần Lan với kinh phí 30 triệu đô la. Ủy ban Dân tộc Miền Núi làm chủ đầu tư. Dự án này cung cấp điện mặt trời cho khoảng 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa. Ngoài ra những dự án dưới 10 triệu đô thì nhiều lắm. Việc hợp tác với các Tổ chức Phi chính phủ trong lĩnh vực này cũng nhiều. Hiện nay tại trung tâm Năng Lượng Mới trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chức này thì trung tâm này còn thường xuyên nghiên cứu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái tạo tại những vùng chưa có điện lưới quốc gia như: Tỉnh Bắc Giang, Tỉnh Bình Định, Tỉnh Quảng Trị hay một số địa phương khác trong cả nước. Đánh giá chung nhất ở Việt Nam các dạng năng lượng tái tạo hay năng lượng mới đều có. Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời rất phong phú, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt. Trữ lượng thì khá lớn, tiềm năng của các nguồn thì: về thủy điện nhỏ rất lớn như khu vực miền núi phía Bắc, phía Tây dọc biên giới Việt Lào. Năng lượng mặt trời là khá nhất là từ Đà Nẵng trở vào. Năng lượng sinh khối trong rừng cũng rất lớn , ngoài ra còn hai nguồn năng lượng sinh khối khác là bã mía thì chưa tận dụng hết nguồn hoàn toàn chưa sử dụng là vỏ trấu. Khí sinh học tiềm năng cũng lớn vì chăn nuôi nay cũng ở qui mô công nghiệp, trang trại. Năng lượng đại dương gồm nguồn sóng biển, thủy triều và nhiệt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 đại dương thì cho đến nay ở Việt Nam vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào để khai thác. Năng lượng gió Việt Nam thì không tốt bằng các nước châu Âu , thế nhưng dọc bờ biển và hải đảo thì Việt Nam cao nhất so với các nước trong khu vực. Nay do số liệu về gió trên độ cao 40 mét thì Việt Nam chưa có nhiều. Hiện nay đang xây dựng một số cột đo gió độ cao trên 40 mét; khi đánh giá được thì mới có thể khai thác. Năng lượng địa nhiệt của Việt Nam cũng khá nhiều nguồn, có đến 300 vị trí có thể khai thác nhưng đến nay chưa có nghiên cứu sâu để khai thác ứng dụng. Từ các đánh giá về thực trạng ngành năng lượng của Việt Nam trong thời gian qua cho thấy để đảm bảo an toàn cung cấp năng lượng, cần phải có một kế hoạch phát triển năng lượng dài hạn và đề ra các chính sách năng lượng quốc gia theo quan điểm chỉ đạo đã được nêu trong Nghị quyết Đại hội IX của Đảng: “Phát triển năng lượng đi trước một bước đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, bảo đảm an toàn năng lượng quốc gia”. Với quan điểm chỉ đạo đã được nêu trên, để góp phần thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Đảng, mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng nước ta trong giai đoạn tới là: “Khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước; Cung cấp đầy đủ năng lượng với chất lượng ngày càng cao, giá cả hợp lý cho phát triển kinh tế xã hội; đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia; Đa dạng hoá phương thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh vực năng lượng, từng bước hình thành và phát triển thị trường năng lượng cạnh tranh; Đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu, nhất là vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo. Phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, phát triển đi đôi bảo vệ môi trường”. Có chính sách ưu đãi về tài chính và mở rộng hợp tác quốc tế để tăng cường công tác tìm kiếm thăm dò nhằm nâng cao trữ lượng và khả năng khai thác than, dầu, khí đốt, năng lượng mới và tái tạo. Đảm bảo trữ lượng về nhiên liệu hoá thạch Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 trong nước (than, dầu và khí đốt), trên quan điểm tối ưu hoá sử dụng và kéo dài độ sẵn sàng trữ lượng năng lượng. Tổ chức điều tra đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mới và tái tạo, xây dựng quy hoạch sử dụng năng lượng mới. Các doanh nghiệp phát điện đến năm 2010 phải có 3%, năm 2020 có 5%, năm 2040 có 10% công suất nguồn sử dụng nguồn năng lượng và tái tạo. Các đơn vị công cộng, dịch vụ (bệnh viện, trường học, cơ quan nhà nước, nhà hàng…) có sử dụng nước nóng, có 10% được cấp từ thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời. Nhà nước khuyến khích việc khai thác, sử dụng năng lượng mới và tái tạo: hỗ trợ kinh phí cho các chương trình điều tra, nghiên cứu, chế tạo thử, xây dựng các điểm điển hình sử dụng năng lượng mới tái tạo; miễn thuế nhập khẩu, thuế sản xuất, lưu thông các thiết bị, công nghệ năng lượng mới và tái tạo. Lựa chọn công nghệ thích hợp với điều kiện của Việt Nam, đưa nhanh vào đời sống, đặc biệt là ở các vùng nông thôn, miền núi. Phối hợp, lồng ghép chương trình phát triển năng lượng mới và tái tạo với các chương trình khác ở nông thôn như chương trình điện khí hoá nông thôn, trồng rừng, xoá đối giảm nghèo, chương trình nước sạch… Tổ chức điều tra đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mới và tái tạo, xây dựng quy hoạch sử dụng năng lượng mới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 CHƢƠNG 2 TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI 2.1.1. Vị trí địa lý. Thái Nguyên là một tỉnh miền núi, nằm trong vùng Trung du và Miền núi Bắc bộ với diện tích tự nhiên là 3.541,5015 km2 Đường quốc lộ 3 từ Hà Nội lên Bắc Kạn, Cao Bằng cắt dọc toàn bộ tỉnh là cửa ngõ phía nam nối Thái Nguyên với Hà Nội, các tỉnh đồng bằng Sông Hồng, với các tỉnh khác trong cả nước, đồng thời là cửa ngõ phí bắc qua các tỉnh Bắc Kạn, Cao Bằng thông sang biên giới Trung Quốc. Với vị trí địa lý là một trong những trung tâm kinh tế chính trị của Việt Bắc nói riêng và đồng bằng Trung du miền núi Đông Bắc nói chung, Thái Nguyên là một cửa ngõ giao lưu kinh tế xã hội giữa vùng trung du miền núi và vùng đồng bằng Bắc bộ. Tóm lại, Thái Nguyên có điều kiện địa lý thuận lợi cho phát triển kinh tế, văn hoá và xã hội không chỉ hiện nay mà cả trong tương lai. 2.1.2. Dân số Theo Cục Thống kê tỉnh Thái Nguyên, dân số Thái Nguyên năm 2005 là 1.108.775 người, tốc độ tăng dân số năm 2005 là 1,17%/năm. Mật độ dân số năm 2005 là 313,08 người/km2. Cơ cấu dân số thành thị và nông thôn năm 2005 là 23,41-76,59%. Năm 2005 lao động nông nghiệp còn chiếm tỷ lệ tương đối cao 78,64%. Thái Nguyên có 8 dân tộc là: Kinh, Tày, Nùng, Dao, Sán Dìu, Cao lan, Mông & Hoa trong đó dân tộc kinh chiếm khoảng 76% và 7 dân tộc còn lại khoảng 24%. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 H ìn h 2 .1 B ản đ ồ h àn h ch ín h tỉn h T h ái N g u y ên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  26  ----- 2.1.3. Địa hình – Khí hậu Thái Nguyên có nhiều dẫy núi cao chạy theo hướng Bắc Nam, thấp dần xuống phía nam và chấm dứt ở đèo Khế. Cấu trúc ở vùng núi phía Bắc chủ yếu là đá phong hoá mạnh tạo thành nhiều hang động, thung lũng nhỏ. Mặc dù là tỉnh trung du miền núi nhưng địa hình tỉnh Thái Nguyên không phức tạp so với các tỉnh khác trong vùng. Đây cũng là một trong những thuận lợi của tỉnh trong việc canh tác nông lâm nghiệp, phát triển kinh tế - xã hội mà nhiều tỉnh trung du miền núi phía bắc khác không có. Khí hậu Thái Nguyên chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 với lượng mưa trung bình hàng năm từ 2.000 – 2.500mm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với nhiệt độ trung bình 21 – 220C. Riêng tháng 8 lượng mưa chiếm đến gần 30% tổng lượng mưa cả năm. Nhiệt độ chênh lệch giữa tháng nóng nhất (tháng 6: 38,90C) với tháng lạnh nhất (tháng 1: 15,20C) là 23,70C. Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1.300 đến 1.750 giờ và phân phối tương đối đều cho các tháng trong năm. Nhìn chung, khí hậu Thái Nguyên tương đối thuận lợi cho việc phát triển một hệ sinh thái đa dạng và bền vững, thuận lợi cho phát triển ngành nông-lâm nghiệp, là nguồn nguyên liệu phục vụ cho ngành công nghiệp chế biến nông-lâm sản, thực phẩm. Với đặc điểm trên Địa hình – Khí hậu Thái Nguyên rất thuận lợi cho việc phát triển NLTT, địa hình đồi núi, độ dốc cao, lượng mưa hàng năm lớn tạo cho Tỉnh một tiềm năng lớn về thuỷ điện nhỏ. 2.1.4. Tài nguyên 2.1.4.1. Tài nguyên đất: Tổng diện tích đất tự nhiên toàn tỉnh 354.150,15ha, trong đó: + Đất nông nghiệp: 265.386,65ha, chiếm 74,94% (trong đó đất lâm nghiệp quy hoạch đến năm 2010 là 179.883,78ha) + Đất phi nông nghiệp: 39.173,90ha, chiếm 11,21% (trong đó đất chuyên dùng đến năm 2010 là26.499ha) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  27  ----- + Đất chưa sử dụng: 49.049,60 ha, chiếm 13,85% Tài nguyên đất của Thái Nguyên rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế. 2.1.4.2. Tài nguyên nước: Thái Nguyên có hệ thống sông suối khá dày đặc với hai sông chính là: Sông Công có lưu vực 951 km2 bắt nguồn từ vùng núi Ba Lá huyện Định Hoá chạy dọc theo chân núi Tam Đảo. Sông Cầu nằm trong hệ thống sông Thái Bình có lưu vực 3480 km 2 bắt nguồn từ chợ Đồn chảy theo hướng Bắc - Đông Nam. Ngoài ra, Thái Nguyên còn có trữ lượng nước ngầm khá lớn, khoảng 3 tỷ m3, nhưng việc khai thác sử dụng còn hạn chế. Theo đánh giá của các cơ quan chuyên môn, trên các con sông chảy qua có thể xây dựng các công trình thuỷ điện kết hợp với thuỷ lợi quy mô nhỏ. Việc xây dựng các công trình này sẽ góp phần làm cho nông thôn vùng cao tiến bộ nhanh trên các mặt chế biến quy mô nhỏ, đặc biệt là bảo vệ khôi phục rừng phòng hộ đầu nguồn, góp phần đưa ánh sáng và công nghiệp nông thôn phát triển. 2.1.4.3. Tài nguyên rừng: Theo tài liệu của cục thống kê tỉnh Thái Nguyên, Thái Nguyên còn khoảng 205.816,20 ha đất lâm nghiệp, chiếm khoảng 58,10% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng tự nhiên là 103.774,03 ha, rừng trồng là 48.500,30 ha. Rừng phòng hộ là 49.473ha, rừng đặc dụng là 28.190, rừng kinh tế là 74.612ha. Diện tích đất chưa sử dụng là 53.533,60 ha, chiếm 15,10% diện tích tự nhiên, đây là diện tích đất trống, đồi trọc. Diện tích đất trống đồi trọc này (phần lớn là diện tích rừng tự nhiên trước kia bị tàn phá) có thể được coi như là một tiềm năng cho việc phát triển ngành lâm nghiệp vừa là nhiệm vụ của tỉnh trong việc nhanh chóng phủ xanh đất trống, đồi trọc. Tóm lại, Thái Nguyên có điều kiện tự nhiên – xã hội rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế và với tốc độ tăng dân số khá cao thì nhu cầu sử dụng điện của tỉnh ngày càng tăng. Hơn nữa, dân cư gồm nhiều dân tộc ít người đời sống kinh tế, văn hoá còn thấp cần được quan tâm phát triển. Do đó điện lưới quốc không đáp ứng đủ nhu cầu, việc sử dụng điện từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo sẽ khắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  28  ----- phục được tình trạng thiếu điện. Mặt khác, Thái Nguyên có nguồn năng lượng mới và tái tạo khá dồi dào. Với lượng mưa hàng năm tương đối lớn và một hệ thống sông suối khá dày đặc tạo cho Thái Nguyên một tiềm năng phong phú về thuỷ điện. Diện tích tự nhiên của tỉnh chủ yếu là rừng núi, nền kinh tế nông – lâm nghiệp là chính cung cấp cho tỉnh tiềm năng sinh khối rất lớn, nguồn năng lượng mặt trời cũng rất đáng kể. 2.2. HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN 2.2.1. Hiện trạng phụ tải Trong những năm gần đây, cơ cấu kinh tế của tỉnh phát triển đều và nhanh trên nhiều lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, nông lâm nghiệp, thương mại , dịch vụ. Bởi vậy nhu cầu sử dụng điện cũng tăng theo. Năm 2005 điện thương phẩm của tỉnh 811,2 triệu kWh, tăng 7,5 % so với năm 2004, Pmax đạt 183 MW. Tốc độ tăng điện thương phẩm 2001 – 2005 là 16,33% trong khi tốc độ tăng trưởng bình quân GDP giai đoạn 2001- 2005 là 8,92%. Bình quân điện năng thương phẩm tính theo đầu người của tỉnh năm 2005 là 733,6kWh, gấp 1,5 lần so với toàn quốc ( 560kWh/người/năm). Bảng 2.1: Hiện trạng tiêu thụ điện năng giai đoạn 2000 – 2005 Đơn vị: Triệu kWh Ngành 2000 2001 2002 2003 2004 2005 1.Công nghiệp – XD 246,62 302,72 376,52 406,73 548,32 581,94 2.Nông, lâm, thuỷ sản 0,91 1,08 1,28 1,52 1,79 2,07 3.Thương mại, dịch vụ 2,07 2,15 2,59 3,18 4,70 5,72 4.Quản lý và TDDC 122,69 127,54 143,53 166,87 185,79 205,97 5.Các nhu cầu khác 8,43 10,05 11,31 12,59 13,65 15,51 Tổng thƣơng phẩm 380,72 443,54 535,23 644,88 754,26 811,21 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Hiện trạng tiêu thụ điện thương phẩm của tỉnh trong những năm gần đây được tổng hợp một cách cụ thể trong bảng 2.1 Từ các số liệu trên ta có nhận xét: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  29  ----- - Cơ cấu tiêu thụ điện năng thương phẩm của Thái Nguyên không có sự thay đổi nhiều, điện cho Công nghiệp – Xây dựng chiếm tỷ trọng cao nhất ( trên 70%) , kế đến là điện cho quản lý và tiêu dùng dân cư, thương mại, dịch vụ và nông nghiệp. - Điện thương phẩm của các phụ tải không ngừng tăng lên theo hàng năm Nhu cầu phụ tải ngày càng tăng, trong tương lai cùng với sự phát triển kinh tế nhu cầu phụ tải sẽ tăng cao hơn. Vì vậy việc phát triển các nguồn cung cấp điện là rất quan trọng. 2.2.2.Dự báo nhu cầu điện 2.2.2.1. Lựa chọn mô hình và phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện a. Các phương pháp dự báo nhu cầu điện năng: - Phương pháp hệ số đàn hồi: Đây là phương pháp thích hợp với các dự báo trung và dài hạn. Phương pháp này dựa trên cơ sở dự báo của các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội. Nhu cầu điện năng được mô phỏng theo quan hệ đàn hồi với tốc độ tăng trưởng kinh tế. Hệ số đàn hồi ( ) được tính theo công thức sau: Tốc độ tăng nhu cầu điện (%) Hệ số đàn hồi = Tốc độ tăng trưởng GDP (%) Các hệ số đàn hồi được xác định theo từng ngành theo chuỗi phân tích qúa khứ. - Phương pháp ngoại suy theo thời gian: Nội dung của phương pháp này là nghiên cứu sự diễn biến của điện năng trong một khoảng thời gian quá khứ tương đối ổn định để tìm ra một quy luật nào đó, rồi dùng nó để dự báo cho tương lai. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ cho kết quả chính xác nếu tương lai không có nhiễu và quá khứ phải tuân theo một quy luật. - Phương pháp chuyên gia: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  30  ----- Nội dung chính là sự hiểu biết sâu sắc của các chuyên gia giỏi. Các chuyên gia sẽ đưa ra các dự báo của mình. - Phương pháp dự báo trực tiếp: Nội dung của phương pháp là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm đó và suất tiêu hao điện năng của từng loại sản phẩm hoặc suất tiêu hao trung bình cho một hộ gia đình, bệnh viện, trường học, khách sạn. Phương pháp này tỏ ra khá chính xác khi có tương đối đầy đủ các thông tin về tốc độ phát triển kinh tế - xã hội, các phụ tải dự kiến mới và phát triển mở rộng của các ngành kinh tế, mức độ áp dụng tiến bộ khoa học, kỹ thuật ... Với các ưu điểm về độ chính xác, bám sát thực tế phát triển của khu vực dự báo, không quá phức tạp nên phương pháp này được dùng phổ biến cho các dự báo ngắn hạn 1-3 năm và trung hạn từ 5-7 năm, trong các đề án quy hoạch tỉnh, thành phố ... b. Lựa chọn phương pháp dự báo nhu cầu điện năng: Phù hợp với hoàn cảnh thực tế của địa phương và số liệu điều tra, thu thập được từ các tài liệu pháp lý, nhu cầu điện của tỉnh Thái Nguyên trong giai đoạn quy hoạch được dự báo theo hai phương pháp: + Phương pháp tính trực tiếp được sử dụng cho giai đoạn 2006 - 2010, 2011-2015. + Phương pháp hệ số đàn hồi được áp dụng để kiểm chứng lại kết quả của phương pháp trực tiếp trong giai đoạn 2006 - 2010 và dự báo nhu cầu điện của tỉnh trong giai đoạn từ 2010 – 2015. Quá trình tính toán dự báo nhu cầu điện tỉnh Thái Nguyên theo cơ cấu 5 thành phần bao gồm: - Nhu cầu điện cho công nghiệp – xây dựng; - Nhu cầu điện cho nông – lâm - thuỷ sản; - Nhu cầu điện cho thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng; - Nhu cầu điện cho quản lý và tiêu dùng dân cư; - Nhu cầu điện cho phục vụ các hoạt động khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  31  ----- 2.2.2.2. Tính toán dự báo nhu cầu điện tỉnh Thái Nguyên Nhu cầu điện giai đoạn 2015 của tỉnh Thái Nguyên được dự báo theo phương pháp trực tiếp trên cơ sở dự báo nhu cầu cho từng thành phần phụ tải sau đó tổng hợp thành nhu cầu điện của toàn tỉnh. Bảng 2.2: Kết quả tính toán nhu cầu điện toàn tỉnh Thái Nguyên Năm Thành phần Nhu cầu điện 2005 Công suất (MW) 183 85 415,9 811,2 Trong đó Gang thép (MW) Điện TP không kể Gang thép (106 kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106 kWh) Điện nhận (106 kWh) 855,8 14,7% 16,3% Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép 2010 Công suất (MW) 323 110 940,6 1512,6 1598,0 17,7% 13,3% Trong đó Gang thép (MW) Điện TP không kể Gang thép (106 kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106 kWh) Điện nhận (106 kWh) Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép 2015 Công suất (MW) 510 135 1850 2685,0 2850,5 Trong đó Gang thép (MW) Điện TP không kể Gang thép (106 kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106 kWh) Điện nhận (106 kWh) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  32  ----- Năm Thành phần Nhu cầu điện Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép 14,5% 12,2% Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Sự tăng trưởng về nhu cầu điện được thể hiện ở hình 2.2 Trong đó: *Nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản Chủ yếu là nhu cầu điện cho các chạm bơm tưới tiêu, được tính theo công suất và số máy bơm được huy động theo từng giai đoạn của từng trạm bơm. Dự kiến từ nay đến năm 2010 toàn tỉnh sẽ xây dựng thêm 33 trạm bơm mới. Kết quả tính toán nhu cầu điện cho thành phần này như sau: Bảng 2.3: Nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản Năm Thành phần Nhu cầu % so với điện TP 2005 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (01-05) 1,29/0,45 2,07 17,7% 0,25% 0 500 000 1500 2000 2500 3000 Năm 2005 N ăm 2010 N ăm 2015Sản l ư ợ n g ( 1 0 6 k W h ) Hình 2.2: Tốc độ tăng trưởng điện năng thương phẩm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  33  ----- 2010 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (06-2010) 2,18/0,45 4,03 14,3% 0,3% 2015 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (11-15) 2,83/0,45 6,65 10,2% 0,2% Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010,, có xét tới 2015 *Nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư Phụ tải điện cấp cho sinh hoạt gia đình được tính theo định mức tiêu thu điện năng cho từng hộ gia đình trong một năm theo từng khu vực đặc trưng (Thành phố, thị trấn huyện, nông thôn). Định mức này được tính theo tài liệu hướng dẫn của tổng công ty Điện lực Việt Nam có căn cứ hiệu chỉnh theo tiê._. cũng được đúc bằng bêtôn hay gạch – xi măng, có nắp một ống dẫn có van để lấy khí. Phần dưới của bể phân huỷ hình trụ được nối thống với các bể nạp liệu và bể chứa nước thải, cũng xây bằng gạch- xi măng, bằng các ống bằng bêtông, sành hay ống nhựa. Nguyên liệu (như phân gia súc, gia cầm, phân người...) được cho vào bể nạp nhiên liệu trộn khuấy đều với nước và theo ống nạp vào bể phân huỷ. Quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra trong bể phân huỷ. Khí sinh học được tạo ra được đẩy lên phía trên mặt thoáng của hỗn hợp nhiên liệu - nước trong bể phân huỷ. Phần bã thải sẽ theo ống dẫn vào bể chứa nước thải. Áp suất khí sinh học ở dưới nắp hầm khá cao nên để an toàn người ta còn có thể nắp một thiết bị an toàn. Khi dùng khí người ta dùng một đường ống bằng kim loại, bằng nhựa cứng hay ống chất dẻo nối từ ống lấy khí ở nắp hầm đến bếp đun, đèn thắp sáng hay các thiết bị sử dụng khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  67  ----- Quy mô của hầm có thể vài ba mét khối đến hàng trăm mét khối phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và nhu cầu sử dụng khí. Năng suất sản xuất khí của hầm phụ thuộc rất lớn vào nguyên liệu đầu vào. Khí sinh học có rất nhiều ứng dụng như thắp sáng, dùng làm nhiên liệu đun nấu, phát điện v.v... Ngoài ra công nghệ khí sinh học còn là một công nghệ làm sạch môi trường. Trong tương lai việc ứng dụng khí sinh học để phát điện ngày càng tăng cả về số lượng và công suất. Sinh khối sau khi qua quá trình khí hoá hoặc sinh hoá tạo ra các chất khí có nhiệt trị lớn được dùng trực tiếp qua Tuabin để phát điện. Hình 3.9. Công nghệ phát điện từ sinh khối Công nghệ phát điện từ sinh khối dự tính chi phí lắp đặt khoảng 2000USD/1kW. Đến nay, các công nghệ biến đổi sinh hoá, kỹ thuật xây dựng hầm khí không còn mấy khó khăn một số mẫu đã được định hình phổ biến. Hiện tại, sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Thái Nguyên đang triển khai dự án khí sinh học do chính phủ Hà Lan tài trợ và đã tổ chức rất nhiều cuộc hội thảo, tuyên truyền, tập huấn cho người sử dụng tại tất cả các đơn vị hành chính của tỉnh, đào tạo được một đội ngũ kỹ thuật viên. Đây là một điều kiện thuận lợi để có thể đưa công nghệ phát điện từ sinh khối vào ứng dụng thực tế tại một số địa phương có tiềm năng sinh khối như các cơ sở sản xuất mía đường tại Võ Nhai, Đồng Hỷ với diện tích 700ha mía, các cơ sở chế biến lâm sản, các trang trại chăn nuôi... 3.2.3. Năng lƣợng mặt trời Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời: - Sử dụng dưới dạng nhiệt năng: dựa trên cơ sở hiệu ứng nhà kính - Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng: hệ thống pin quang điện (hay pin mặt trời) và công nghệ nhiệt điện mặt trời. 3.2.3.1. Nhiệt mặt trời Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  68  ----- Dựa trên nguyên lý “ hiệu ứng nhà kính” người ta chế tạo các bộ thu phẳng. Bộ thu phẳng có thể được ứng dụng trong nhiều mục đích khác nhau như để sản xuất nước nóng, sấy nông hải sản phẩm, chưng cất nước, sưởi ấm nhà cửa v.v…Nó có thể có nhiều hình dạng khác nhau được thiết kế cho phù hợp với mục đích sử dụng. 3.2.3.2. Điện mặt trời Hiện nay có hai công nghệ để sản xuất điện bằng NLMT. Đó là công nghệ Pin mặt trời (hay Quang- Điện) và công nghệ Nhiệt điện mặt trời. a. Công nghệ nhiệt điện mặt trời Năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ như máng Parabol, đĩa Parabol, gương cầu... để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng và do đó có nhiệt độ rất cao, có thể làm bốc hơi nước ở nhiệt độ và áp suất lớn và sau đó hơi làm quay các tuabin để phát ra điện năng. Hình 3.10. Các loại bộ hội tụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  69  ----- Đối với công nghệ nhiệt mặt trời, do sự có mặt của hệ thống quang học nên bộ thu hội tụ thường đi kèm thêm bộ dõi theo Mặt trời (Tracker) để hội tụ các tia mặt trời đúng diện tích cần thiết, nên việc thiết kế, tính toán và vận hành, bảo dưỡng phức tạp, khó khăn. Đối với các bộ thu không yêu cầu độ hội tụ cao thì sự định hướng bộ thu có thể chỉ cần điều chỉnh vài ba lần trong một ngày và có thể thực hiện bằng tay. Nhưng với các bộ thu yêu cầu độ hội tụ cao thì cần phải điều chỉnh sự định hướng bộ thu một cách liên tục nhờ một thiết bị gọi là bộ theo dõi mặt trời. Sự có mặt của các bộ theo dõi mặt trời này làm cho việc thiết kế, chế tạo các hệ bộ thu hội tụ phức tạp hơn nhiều. Yêu cầu bảo dưỡng cũng tăng lên. Tất cả những vấn đề này dẫn tới làm tăng chi phí hệ thống bộ thu. Một nhược điểm khác của bộ thu hội tụ là chỉ thu được một phần nhỏ bức xạ nhiễu xạ. Đối với địa bàn tỉnh Thái Nguyên, hiện nay nguồn NLM mới chỉ được ứng dụng để cung cấp điện cho vùng sâu, vùng xa, những nơi chưa có điện lưới quốc gia, vùng đồng bào dân tộc ít người trình độ dân trí thấp, công suất sử dụng nhỏ chủ yếu chỉ dùng để thắp sáng, nghe đài, xem Tivi.... Vì vậy công nghệ nhiệt điện mặt trời không thích hợp. Công nghệ nhiệt điện mặt trời người ta thấy chỉ có hiệu quả khi nhà máy có qui mô công nghiệp, tức là có công suất từ hàng chục đến hàng trăm MW. b. Công nghệ Pin mặt trời * Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Pin mặt trời: Một lớp tiếp xúc bán dẫn PN có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ Mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là Pin mặt trời. Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các Pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn Silicon (Si). Hình 3.11 là sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tình thể Silicon (Si). Phần chính của nó là một lớp tiếp xúc bán dẫn pn (4) giữa lớp vật liệu Si loại n (lớp (3)) và lớp vật liệu Si loại p (lớp (5)). Lớp bán dẫn loại n (3) khá mỏng, độ dày khoảng vài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  70  ----- chục m ( m = micro-mét = 1 phần triệu mét) để cho ánh sáng có thể xuyên vào sâu trong các lớp chất bán dẫn. Hình 3.11- Sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tinh thể Si Để đảm bảo độ bền cơ học cho PMT người ta phải chế tạo lớp bán dẫn p (5) khá dày, 300 500 m. Điện cực mặt trên (2) làm bằng kim loại và có dạng lưới để ánh sáng có thể lọt qua và vào được lớp (4). Điện cực mặt dưới cũng bằng kim loại (6). Trên cùng là một màng chống phản xạ ánh sáng (1) để giảm sự phản xạ ánh sáng trên bề mặt trên của Pin. Hoạt động của pin mặt trời như sau: Khi chiếu ánh sáng mặt trời vào mặt trên của pin, ánh sáng sẽ tạo ra trong các lớp bán dẫn lân cận lớp tiếp xúc pn (4) các cặp điện tử – lỗ trống. Các cặp này là các hạt dẫn điện mang điện tích âm (điện tử) và điện tích dương (lỗ trống). Do tính chất đặc biệt của lớp tiếp xúc bán dẫn, nên tại lớp tiếp xúc (4) đã có sẵn một điện trường tiếp xúc Etx. Điện trường này lập tức tách điện tử và lỗ trống trong các cặp điện tử, lỗ trống vừa được ánh sáng tạo ra và bắt chúng chuyển động theo các chiều ngược nhau để tạo thành dòng điện. Vì vậy nếu nối các điện cực trên và dưới bằng một dây dẫn có bóng đèn (7) thì sẽ có một dòng điện qua bóng đèn và đèn sáng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  71  ----- Hiện tượng chiếu ánh sáng vào lớp tiếp xúc bán dẫn pn ta thu được dòng điện ở mạch ngoài được gọi là hiệu ứng Quang - Điện. Như vậy PMT hoạt động dựa trên hiệu ứng quang- điện để sản xuất điện. Hơn 90% PMT được sản xuất và ứng dụng hiện nay là PMT làm bằng chất bán dẫn tinh thể Si. Đối với PMT loại này, thì khi chiếu ánh sáng mặt trời với cường độ Eo= và ở nhiệt độ To= 25 oC thì hiệu điện thế giữa 2 cực của pin là khoảng 0,55V và cường độ dòng điện cực đại đạt được 25 30 mA/cm2. Vì hiệu điện thế và dòng điện nhỏ như vậy, nên để ứng dụng PMT, trong thực tế người ta phải nối nối tiếp hay song song nhiều pin lại với nhau tạo thành modun PMT. Ngoài ra việc chế tạo modun còn nhằm bảo vệ PMT khỏi sự phá hoại của môi trường. Việc vận chuyển và lắp đặt các hệ thống PMT cũng thuận lợi và an toàn hơn. Hình 3.12- Sơ đồ cấu tạo PMT Si Hình 3.13- Một mô đun PMT hoàn thiện (nhìn từ mặt trên) Các PMT sau khi đã được nối điện xong (3) được đặt vào giữa 2 tấm keo EVA (Ethylene Vinyl Acetate) trong suốt (2). Trên cùng người ta đặt tấm kính (1) và dưới đáy người ta đặt tấm đế (5) bằng kính, chất dẻo hoặc vật liệu không thấm nước vào đó. Người ta nung trong buồng chân không cả hệ thống trên đến 100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  72  ----- 110 oC thì các tấm keo EVA bị nóng chảy. Sau đó người ta ép khi làm nguội cả hệ thống, các lớp keo EVA sẽ đông cứng và kết dính tất cả các lớp và các tấm thành một khối vững chắc. Các PMT do đó được cách ly hoàn toàn với môi trường và được bảo vệ trước mọi va đập cơ học. Hình 3.3 là hình ảnh một mô đun PMT đã hoàn thiện. Cho đến nay nước ta chưa sản xuất được PMT thương mại mà phải nhập của nước ngoài, giá khoảng 4USD/Wp. Công suất của modun PMT được đo bằng Oát- đỉnh (peak Watt- viết tắt là Wp) là công suất điện mà modun PMT phát ra được khi ánh sáng mặt trời có cường độ 1000W/m2 chiếu vào mặt modun và ở nhiệt độ 25oC. Ví dụ 1 modun PMT 75Wp có nghĩa là khi đặt tấm PMT dưới ánh sáng mặt trời có cường độ 1000W/m2 (nắng lúc giữa trưa vào mùa hè) thì modun đó phát ra 75W điện năng. Vào các thời gian nắng kém hơn, ví dụ buổi sáng hay buổi chiều, mùa đông,v.v.... modun không phát ra đủ 75W. * Ưu điểm của Pin mặt trời Với công nghệ Pin mặt trời năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện. Các Pin mặt trời sản xuất ra điện một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời tới nó. Các hệ thống năng lượng Pin mặt trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không đòi hỏi phải bảo dưỡng, chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng khác, nên nó là hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng. c. Ứng dụng của Pin mặt trời PMT được ứng dụng để sản xuất điện. Hiện nay có 2 phương pháp sử dụng điện mặt trời. Đó là các phương pháp nguồn điện PMT nối lưới và nguồn điện PMT độc lập. *Nguồn điện Pin Mặt trời nối lưới Hình 3.14 : là sơ đồ một hệ thống nguồn điện mặt trời nối lưới. Dàn PMT gồm nhiều modun PMT được ghép nối lại với nhau (nối nối tiếp, song song hay hỗn hợp) và lắp đặt trên mái nhà hay nơi có nắng suốt ngày. Khi có nắng dàn PMT phát ra dòng điện một chiều. Dòng điện này được cho qua Bộ biến đổi điện IN để biến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  73  ----- đổi thành dòng điện xoay chiều (ví dụ dòng điện 220V, 50Hz) và qua công tơ điện CT1 đưa vào lưới điện quốc gia (hay địa phương). Khi sử dụng người ta lấy điện trực tiếp từ lưới điện qua công tơ điện CT2 cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện như Tivi (TV), tủ lạnh (TL), quạt (Q), đèn (Đ),v.v... Như vậy công tơ điện CT1 sẽ ghi số điện năng dàn PMT phát lên lưới, còn công tơ điện CT2 ghi số điện năng mà hộ sử dụng. Căn cứ vào chỉ số CT1 và CT2 mà hộ có hệ thống điện PMT được trả hoặc phải nộp thêm tiền điện. Trong phương pháp này mạng lưới điện quốc gia hay địa phương đóng vai trò như một hệ thống tích trữ điện năng (hay một nhà băng điện năng). Phương pháp trên rất kinh tế và an toàn, nên các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Pháp, Đức,... đều sử dụng công nghệ này. Tuy nhiên phương pháp này chỉ ứng dụng được những khu vực có lưới điện. Hình 3.14 : Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới Ở các khu vực miền núi, hải đảo,... nơi không có lưới điện hay khi sử dụng với công suất nhỏ thì người ta phải dùng phương pháp hay công nghệ nguồn điện PMT độc lập. *Nguồn điện Pin mặt trời độc lập Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  74  ----- Hình 3.15 là sơ đồ khối của một hệ nguồn điện PMT độc lập. Nó bao gồm một số thành phần như Dàn PMT, Bộ điều khiển (BĐK), Bộ ác qui, Bộ biến đổi điện (BDD) và các thiết bị tiêu thụ điện (tải). Hình 3.15- Sơ đồ khối hệ nguồn điện mặt trời độc lập Dàn PMT gồm một hay một số modun PMT nối ghép lại. Hàng ngày lúc có ánh sáng mặt trời, dàn PMT hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và biến đổi thành điện năng của dòng điện một chiều. BĐK là một thiết bị điện tử, nó có nhiệm vụ kiểm soát tự động các quá trình nạp và phóng điện của ác quy, bảo vệ ác quy và bảo vệ các thiết bị tiêu thụ điện (gọi chung là tải). Khi ác quy đã được nạp điện no, dung lượng của ác quy đạt 100%, thì BĐK sẽ tự động cắt hoặc giảm dòng nạp điện cho ác quy từ dàn PMT. Nhờ vậy ác quy tránh được trạng thái “quá no” giảm tuổi thọ của nó. Ngược lại, khi ác quy bị đói quá, ví dụ dung lượng của nó chỉ còn lại 30% thì BĐK cũng tự động cắt hay giảm dòng điện cấp cho các tải, nhờ vậy ác quy không bị phóng điện quá kiệt, dẫn đến hư hỏng ác quy. Bộ ác quy là thành phần dự trữ điện năng. Vì dàn PMT chỉ phát điện lúc có nắng, trong khi đó các thiết bị điện lại có thể phải dùng vào các thời gian không có nắng (như bóng đèn chỉ dùng vào ban đêm, xem chương trình Tivi ban đêm, v.v...). Thông thường ác quy được sử dụng là ác quy chì- axit, giá không quá cao, có bán ở mọi địa phương. Nhược điểm của ác quy loại này là tuổi thọ không cao (trung bình chỉ được 2 – 3 năm nếu được chăm sóc, bảo dưỡng tốt), yêu cầu phải chăm sóc và bảo dưỡng thường xuyên. Các loại ac quy khác như ac quy kiềm, Cat-mi, v.v... Tốt hơn nhưng lại rất đắt. Thông số quan trọng của một bộ ác quy là hiệu điện thế và dung lượng của nó. Hiệu điện thế tính bằng V, còn dung lượng được tính bằng Am-pe-giờ (Ah) hay oát- giờ (Wh). Ví dụ các loại ác quy 12V-100Ah, 24V-400Ah, 48V-600Ah,v.v...Hiệu điện thế và dung lượng của bộ ác quy phải được tính toán phù hợp với các tải tiêu thụ và công suất dàn PMT. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  75  ----- Trong trường hợp các thiết bị tiêu thụ điện một chiều 12V, 24V, 48V.... thì người ta có thể sử dụng điện ngay sau BĐK. Còn nếu có các thiết bị tiêu thụ điện dùng dòng điện xoay chiều, ví dụ 220V, 50Hz, như TV màu quạt, bơm nước, tủ lạnh,v.v... thì trong hệ nguồn cần có thêm một BDD. Công suất và các đặc trưng điện của BĐK và BDD (như hiệu điện thế vào, hiệu điện thế ra, giải hiệu điện thế làm việc,v.v...) phải được tính toán cho phù hợp với hệ thống. * Công nghệ phát điện hỗn hợp Nguồn điện Pin mặt trời nối lưới chỉ ứng dụng ở những nơi có lưới điện, công nghệ này phức tạp về mặt kỹ thuật, vấn đề đồng bộ hoá, chi phí đầu tư lớn ... Vì vậy nó mới chỉ được ứng dụng ở các nước phát triển. Đối với Thái Nguyên nguồn điện NLTT hiện tại đáp ứng nhu cầu cho các vùng xa xôi, hẻo lánh, chưa có điện quốc gia, nguồn điện Pin mặt trời độc lập và hệ thống phát điện Diêzen có thể đáp ứng được nhu cầu đó. Nhưng đối với các vùng nông thôn phụ tải thay đổi lớn trong ngày, phụ tải đỉnh thường xảy ra trong một vài giờ vào buổi tối, khi không có bức xạ mặt trời còn phụ tải vào các giờ khác thường thấp hơn.Việc điều chỉnh điện năng của nguồn PMT độc lập kém linh hoạt. Hệ thống phát điện Diezen độc lập là giải pháp tỏ ra hữu hiệu, song lại khó khăn và thất thường về nhiên liệu, đặc biệt giá nhiên liệu ngày một tăng. Các nghiên cứu cho thấy hệ thống phát điện lai ghép giữa NLTT và Diezen cung cấp điện linh hoạt và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn nguồn phát độc lập. Hệ thống điện hỗn hợp (còn gọi là hệ lai ghép) NLTT-Diezen là sự ghép nối giữa nguồn NLTT và máy phát điện Diezen đã và đang được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  76  ----- Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống phát điện hỗn hợp Pin mặt trời – Diêzen Các hệ thống này có một số ưu điểm so với các hệ thống phát điện năng dùng lượng tái tạo độc lập như sau: - Khai thác tốt hơn nguồn NLTT: Các hệ thống sử dụng nguồn NLTT độc lập thường được thiết kế ở các điều kiện bất lợi nhất. Đó là do nguồn NLTT thay đổi thất thường nên hệ thống phải được thiết kế sao cho nhu cầu phụ tải vẫn có thể được đáp ứng khi năng lượng sản ra ở mức tối thiểu. Do vậy ở các điều kiện bình thường hoặc tốt hơn sẽ xảy ra tình trạng công suất nguồn lớn hơn nhu cầu phụ tải, năng lượng sản ra ở thời điểm công suất phụ tải đỉnh sẽ không được sử dụng và bị lãng phí. Trái lại hệ thống lai ghép được thiết kế ở điều kiện trung bình theo năm nên sẽ khai thác tốt hơn nguồn NLTT. Do đó, một hệ thống lai ghép được thiết kế hợp lý có công suất các thiết bị nhỏ hơn và sẽ giảm bớt lãng phí năng lượng. - Cân đối tốt hơn với phụ tải: một ưu điểm khác của hệ lai ghép là khả năng cân đối tốt hơn giữa cung với cầu. Đối với một khu vực nông thôn, nhu cầu phụ tải đỉnh thường xảy ra vào các giờ cao điểm buổi tối, chủ yếu phục vụ nhu cầu thắp sáng và sinh hoạt. Điều này tạo cho ta hướng thiết kế và vận hành hệ thống hợp lý bằng cách đáp ứng nhu cầu phụ tải ở phần lớn thời gian trong ngày sử dụng nguồn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  77  ----- NLTT và sau đó tăng công suất phát vào các giờ cao điểm khi chạy thêm cả máy phát điện - Nguồn có khả năng đáp ứng cao hơn: Với hệ PMT độc lập thông thường, luôn xảy ra trường hợp năng lượng không đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải. Đó là do năng lượng thu được luôn theo một mẫu thống kê nhất định, và luôn có khả năng trong một khoảng thời gian dài nguồn năng lượng mặt trời rất yếu hoặc thậm chí là không có. Một hệ thống lai ghép với nguồn phát “theo nhu cầu” có thể tránh được vấn đề trên do máy phát diezen sẽ chạy trong thời gian khó khăn đó. - Giảm chi phí đầu tư: Các hệ PMT thuần tuý đòi hỏi chi phí về bảo dưỡng thấp nhưng chi phí đầu tư lại cao. Còn máy phát diezen thì ngược lại, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng tăng và chi phí đầu tư thấp. Đối với hệ lai ghép, chi phí ban đầu sẽ thấp hơn các hệ pin mặt trời độc lập và sử dụng nhiên liệu cũng ít hơn hệ chỉ dùng máy phát diezen. - Đáp ứng phụ tải linh hoạt hơn: Máy phát diezen có thể cung cấp bổ sung năng lượng bằng cách đơn giản là kéo dài thời gian vận hành, nhờ vậy mà hệ lai ghép sẽ dễ dàng chấp nhận sự tăng của phụ tải. Các hệ PMT độc lập không thể đối phó được khi phụ tải tăng nhiều so với thiết kế và biện pháp duy nhất để giải quyết vấn đề này là tăng cỡ dàn lớn hơn phụ tải ban đầu. Tương tự như vậy, máy phát diezen độc lập cũng không dễ dàng chấp nhận điều này và cũng chỉ có cách chọn lại cỡ máy theo phụ tải thực tế và hạn chế không cho phụ tải tăng, hoặc chọn cỡ máy lớn hơn và cho chạy non tải ở giai đoạn đầu. Cũng như các hệ thống kỹ thuật khác, hệ thống điện lai ghép cũng có một số các nhược điểm nhất định sau đây: -. Phức tạp hơn trong điều khiển: Việc sử dụng kết hợp các nguồn phát điện với nhau dẫn đến sự phức tạp hơn trong điều khiển. Ngoài việc vận hành riêng rẽ, hệ điều khiển cũng cần phải cho phép có sự tương hỗ và phối hợp vận hành giữa các nguồn. Tuy nhiên, với sự phát triển của bộ vi xử lý, việc điều khiển và vận hành hệ thống sẽ bớt phức tạp hơn. - Yêu cầu kỹ thuật cao hơn: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  78  ----- Các hệ lai ghép phức tạp hơn các hệ PMT và diezen độc lập về mặt thiết kế. Do vậy việc chế tạo và xây dựng đòi hỏi phải có kiến thức rộng về các thiết bị cũng như khả năng lắp giáp, vận hành. - Bảo dưỡng thường xuyên hơn các hệ PMT thuần tuý Tuy các hệ lai ghép yêu cầu ít bảo dưỡng hơn hệ diezen thuần tuý, nhưng nó đòi hỏi bảo dưỡng nhiều hơn hệ PMT thuần tuý. Việc bảo dưỡng là yêu cầu cơ bản để duy trì vận hành của hệ thống. Do ăcquy làm việc ở chế độ khắc nghiệt hơn nên việc duy trì, vận hành là rất cần thiết. - Cần có trình độ chuyên môn kỹ thuật cao hơn trong việc xử lý những sự cố - Gây tiếng ồn và tăng ô nhiễm môi trường: Hệ PMT thuần tuý tạo ra điện năng không gây ồn và ô nhiễm môi trường. Việc đưa thêm vào hệ lai ghép máy phát diezen sẽ thải ra khí CO2 và các khí phát thải không mong muốn khác. Ngoài ra tiếng ồn từ động cơ diezen có thể gây khó chịu đối với khu vực dân cư xung quanh. *Khả năng ứng dụng ở Thái Nguyên Do đặc điểm tự nhiên và xã hội của Thái Nguyên, địa hình chủ yếu là rừng núi, một số vùng sâu, vùng xa việc kéo điện lưới gặp nhiều khó khăn, dân cư gồm nhiều dân tộc ít người, trình độ lạc hậu, rất cần được ưu tiên phát triển. Công nghệ nhiệt điện mặt trời chỉ có hiệu quả khi nhu cầu phụ tải lớn, các nhà máy quy mô công nghiệp, vốn đầu tư lớn. Công nghệ Pin mặt trời độc lập hoặc hỗn hợp là phù hợp, khả thi và có khả năng ứng dụng cao nhất trong thời điểm hiện nay. Nhưng lâu dài thì phải là nguồn nối lưới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  79  ----- CHƢƠNG 4 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG 4.1. TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TRƢỜNG TỰ NHIÊN Nói chung các nguồn điện năng lượng mới và tái tạo ít ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường so với các nguồn điện truyền thống. Để đánh giá tác động môi trường ta phân tích cụ thể tác động môi trường của các dạng năng lượng mới và tái tạo. * Đối với một trạm thuỷ điện nhỏ: Bảng 4.1. Ảnh hưởng của trạm thuỷ điện nhỏ Tiêu chí môi trƣờng Tác động Chất lượng không khí Không ảnh hưởng Tiếng ồn và rung Không ảnh hưởng Chất lượng nước Không ảnh hưởng Hệ thống cấp nước Không ảnh hưởng Hệ thống tưới Không ảnh hưởng Thoát nước Không ảnh hưởng Bệnh dịch do nước Không ảnh hưởng Ngập lụt Không ảnh hưởng Vui chơi giải trí Không ảnh hưởng Khai mỏ Không ảnh hưởng Xói mòn Không ảnh hưởng Bồi lắng Không ảnh hưởng Đổi vị trí canh tác Không ảnh hưởng Chiếm dụng đất Ảnh hưởng tiêu cực Cây cối và mùa màng Ảnh hưởng xấu Tác động đất ngập nước Không ảnh hưởng Tái định cư Không ảnh hưởng Tác động cảnh quan Ảnh hưởng tốt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  80  ----- Sinh thái học và bảo vệ tự nhiên Ảnh hưởng tốt Di sản văn hoá Không ảnh hưởng Phá hủy do xây dựng Ảnh hưởng xấu Tác động xã hội Ảnh hưởng tốt Kết luận: Các trạm thuỷ điện nhỏ có thể gây một số ảnh hưởng tự nhiên. Các tác động tích cực vẫn chiếm ưu thế, có một số tác động tiêu cực nhỏ khi xây dựng các trạm thuỷ điện nhỏ nhưng có thể áp dụng các biện pháp giảm thiểu. Ví dụ như sử dụng đất hoang hoá, phục hồi lại cảnh quan môi trường sau khi xây dựng, đền bù ảnh hưởng tới cây cối và mùa màng ... * Đối với nhà máy điện sinh khối: Để thấy rõ ảnh hưởng tới môi trường ta đi so sánh tác động của nhà máy nhiệt điện sinh khối và nhà máy nhiệt điện đốt than Bảng 4.2. Bảng so sánh về ô độ ô nhiệm giữa phát điện bằng sainh khối và than Các ảnh hƣởng Than Sinh khối Phát thải CO2 880g/kWh Trung hoà Phát thải SO2 1,20g/kWh Lượng S 0 Phát thải NOx 2,20g/kWh Nhỏ (Cháy nhiệt độ thấp) Phát thải bụi 0,16g/kWh Có Phát thải CH4 3,00g/kWh - Phát thải N2O 0,50/kWh - Khí nhà kính CO2, CH4, N2O - Chất lượng mùa vụ, cây trồng ... Mưa axít - Kết luận: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  81  ----- Điện sinh khối từ các nguồn phế thải phụ phẩm là trung hoà về phát CO2, ít tạo mưa axit, là cơ hội để phát triển cây trồng nông lâm nghiệp. Công nghệ khí hoá sinh khối còn có tác động chống ô nhiễm, bảo vệ môi trường... * Điện mặt trời Tác động cơ bản của điện mặt trời đến môi trường là diện tích chiếm chỗ lớn, che khuất mặt trời làm ảnh hưởng đến sinh thái, nhưng có thể khắc phục được bằng cách lắp đặt các tấm pin mặt trời trên các mái nhà hoặc các vùng đất không sử dụng cho sản xuất nông nghiệp ... 4.2. TÁC ĐỘNG TỚI ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI Các nguồn điện năng từ năng lượng tái tạo trước mắt cung cấp điện cho vùng xa xôi, hẻo lánh, những nơi chưa có điện lưới quốc gia tạo ra các ảnh hưởng xã hội như sau: Góp phần điện khí hoá nông thôn miền núi bằng các nguồn NLTT có tiềm năng lớn tại chỗ. Góp phần xoá đói, giảm nghèo, xoá bỏ cách biệt giữa miền núi và miền xuôi, nông thôn và thành thị. Ảnh hưởng có lợi về thông tin và văn hoá nhờ đài và tivi... Ảnh hưởng có lợi đối với giáo dục trẻ em nhờ có khả năng học khi trời tối. Ảnh hưởng có lợi đối với các hoạt động của người lớn trong gia đình nhờ có khả năng tiếp tục làm việc ngay cả khi trời tối, giảm cường độ lao động khi sử dụng điện thay thế các nguồn truyền thống trong sinh hoạt nông thôn ( củi, dầu..) Việc xây dựng, lắp đặt các nguồn điện năng lượng tái tạo không đòi hỏi phải tái định cư, không gây ảnh hưởng tới các hoạt động nông nghiệp, các công trình thủy lợi, văn hoá...Tạo ra một nguồn năng lượng tin cậy góp phần cải thiện mức sống của người dân, xoá đói giảm nghèo, thúc đẩy kinh tế phát triển. Tuy nhiên, điện năng từ NLTT còn cao so với mức sống, mức thu nhập của dân Việt Nam, điện mặt trời giá cao gấp khoảng 10 lần so với giá điện Việt Nam, thuỷ điện nhỏ, sinh khối giá tương đối cạnh tranh... Vì vậy, việc ứng dụng nguồn điện NLTT hiện nay còn gặp một số khó khăn. Vấn đề phát triển NLTT hiện nay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  82  ----- cần có sự hỗ trợ của nhà nước thông qua các chính sách về trợ giá, về đầu tư...Các nước trên thế giới đều có những chính sách này. Trong tương lai, do các công nghệ NLTT hoàn thiện hơn, giá sản xuất năng lượng từ các nguồn NLTT sẽ giảm. Năng lượng hoá thạch cạn kiệt, khai thác khó khăn, giá năng lượng hoá thạch sẽ tăng. Và do các đòi hỏi về bảo vệ môi trường, các nguồn NLTT hoàn toàn có thể cạnh tranh về mặt kinh tế so với giá các nguồn năng lượng khác. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với mục đích và yêu cầu của đề tài là điều tra đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn và công nghệ năng lượng mới và tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của tỉnh, đề tài đã tập trung nghiên cứu, giải quyết các nội dung chính như sau: 1. Đã điều tra, thu thập số liệu về nguồn tài nguyên NLM&TT ở Thái Nguyên, cụ thể là: - Đã đánh giá điều kiện tự nhiên, xã hội đặc thù của tỉnh Thái Nguyên - Đã đánh giá hiện trạng và dự báo sản xuất, tiêu thụ cũng như độ tăng trưởng nhu cầu năng lượng của Tỉnh hiện nay và trong những năm tới. - Đã đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT của Tỉnh - Đánh giá hiện trạng khái thác, sử dụng các nguồn và công nghệ NLTT của tỉnh Thái Nguyên. 2. Đã phân tích, lựa chọn các công nghệ NLTT khả thi để có thể khai thác các nguồn tài nguyên NLTT trên địa bàn tỉnh góp phần vào sự cân bằng cung cầu về năng lượng nói chung và điện năng nói riêng. 3. Đã đánh giá tác động của các nguồn NLTT tới môi trường tự nhiên, xã hội Qua việc điều tra, phân tích và đánh giá, rút ra một số kết luận và kiến nghị sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  83  ----- KẾT LUẬN Điều kiện tự nhiên của Thái Nguyên rất thuận lợi cho phát triển khai thác, ứng dụng một số nguồn và công nghệ NLTT. Do các yêu cầu về phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh nhu cầu sử dụng điện tăng nhanh. Thái Nguyên có tiềm năng lớn về các nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là thuỷ điện nhỏ. Tuy nhiên việc nghiên cứu, ứng dụng các nguồn này chưa nhiều, chưa được quan tâm đúng mức. Các công nghệ phát điện NLTT có tính khả thi cao đối với Thái Nguyên, đem lại lợi ích lớn về tự nhiên, xã hội. KIẾN NGHỊ NLM & TT là loại nguồn sẽ có vị trí quan trọng trong thế kỷ 21 trong cân bằng năng lượng Việt Nam và bảo vệ môi trường. Hơn nữa, nó là nguồn thích hợp nhất hiện nay để giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng cho nông thôn, vùng sâu, vùng xa. - Vì vậy, tỉnh cần có sự đầu tư thích đáng cho các hoạt động điều tra, thăm dò, đánh giá tiềm năng và khả năng khái thác, ứng dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo. Đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển công nghệ phát điện NLM & TT phù hợp với điều kiện của tỉnh. - Giá cả các nguồn năng lượng mới hiện nay nói chung còn khá cao vì vậy cần có sự hỗ trợ của nhà nước thông qua các chính sách về trợ giá, về đầu tư... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  84  ----- TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đặng Đình Thống – Lê Danh Liên (2006), Cơ sở năng lượng mới và tái tạo, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 2. UBND tỉnh Thái Nguyên (7-2006), Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010 có xét đến 2015, Hà Nội. 3. Viện Khoa học thuỷ lợi (1998), Báo cáo kết quả nghiên cứu nhánh đề tại tiềm năng, hiện trạng và phương hương phát triển thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam, Hà Nội. 4. TS. Phạm Khánh Toàn (2005), Báo cáo tổng kết KH&KT đề tài Nghiên cứ định hướng tính khả thi của việc sử dụng năng lượng mặt trời, thuỷ điện nhỏ và sinh khối quy mô công nghiệp ở Việt Nam, Hà Nội. 5. PGS.TS. Đặng Đình Thống (2005), Năng Lượng mặt trời và ứng dụng, Hà Nội. 6. GS.TS. Trần Đình Long (1999), Quy hoạch phát triển năng lượng và điện lực, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 7. Tập đoàn điện lực Việt Nam (2007), Báo cáo đề tài nghiên cứu, tính toán múc hỗ trợ giá trong chiến lược phát triển các nguồn điện năng năng lượng tái tạo độc lập ở Việt Nam. 8. Sở NN& PTNT tỉnh Thái Nguyên (2007), Báo cáo kết quả thực hiện dự án khí sinh học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  84  ----- PHỤ LỤC 1. Tiềm năng năng lượng mặt trời 2. Tiềm năng thuỷ điện nhỏ 3. Tiềm năng năng lượng gió 4. Diện tích các loại cây công nghiệp ._.