Nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt

Nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt Các công nghệ nhà máy điện địa nhiệt Hiện nay có 3 loại nhà máy sản xuất điện năng sử dụng nguồn địa nhiệt theo 3 mô hình: Nhà máy phát điện trực tiếp, s

1 Nguyên lý pin mặt trời

Pin năng lượng mặt trời

Pin mặt trời là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa vào hiệu ứng quang điện gồm hai bước chính: hấp thụ quang và tách hạt tải tạo dòng quang điện

Khi ánh sáng mặt trời bức xạ vào Pin, bán dẫn loại p và loại n chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích gọi là quá trình hấp thụ photon Khi đó các electron và lỗ trống sinh ra tách về hai vùng của chuyển tiếp p-n và được chuyển ra tải ngoài gọi là quá trình tách hạt tải tạo dòng quang điện

Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra các điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất

- Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon Các photon va chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, làm cho electron đang liên kết với nguyên

tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron Dòng các electron và dòng các lỗ trống tạo thành các điện tích di chuyển, từ đó sinh ra dòng điện

Một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ năng lượng mặt trời nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là pin mặt trời

2 Nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt

Các công nghệ nhà máy điện địa nhiệt

Hiện nay có 3 loại nhà máy sản xuất điện năng sử dụng nguồn địa nhiệt theo 3 mô hình: Nhà máy phát điện trực tiếp, sử dụng hơi nóng khô; nhà máy sản xuất điện gián tiếp, sử dụng hơi nước và nhà máy sản xuất điện hỗn hợp (hai chu trình)

Trong sơ đồ trực tiếp, hơi nóng với áp suất cao thổi trực tiếp làm quay tuốc bin để sinh ra điện Đây là kiểu nhà máy điện địa nhiệt lâu đời nhất, lần đầu tiên được thử nghiệm ở Italia năm 1904, và vẫn được ứng dụng cho đến nay Tại Callifornia có nhà máy điện địa nhiệt lớn nhất thế giới hoạt động theo nguyên lý này

Trong sơ đồ gián tiếp, nước “siêu lỏng” từ tầng nước nóng bên dưới được đưa lên mặt đất

và được giữ ở độ nóng trên 182 độ C Hỗn hợp nước nóng và hơi nước này được dẫn vào buồng hơi để hạ áp suất, do vậy phần lớn hỗn hợp < nước nóng + hơi nước nóng>, được biến thành hơi nước Hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin phát điện

Trong sơ đồ hỗn hợp, sử dụng nước nóng có nhiệt độ thấp hơn 200 độ C, là nguồn nước nóng dồi dào nhất trong đa số các vùng địa nhiệt Nước nóng dưới lòng đất được đưa lên

ở dạng “siêu lỏng”, có nhiệt độ sôi thấp, được đưa qua buồng trao đổi nhiệt Nhiệt năng của nước địa nhiệt làm nước trong buồng trao đổi nhiệt bốc hơi, và hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin điện Ưu điểm của mô hình này là hạn chế được tình trạng có thể gây hại môi trường (mặc dầu rất nhẹ, nếu so với nhiệt điện từ nhiên liệu hóa thạch) như 2 mô hình trên Đây là hệ thống khép kín nên không có chất thải vào khí quyển hay đất – do nước ngầm dưới sâu thường chứa các khí độc như SO2, CO2 và chứa vi lượng các nguyên tố như Arsenic, Thủy Ngân, Antimon… Nước nóng có nhiệt độ cao vừa phải

là nguồn địa nhiệt thông dụng, có tiềm năng dồi dào nhất, do đó trong tương lai đa số các nhà máy điện địa nhiệt sẽ hoạt động theo nguyên lý này

3.Nguyên lý vận hành các nhà máy thủy điện

Năng lượng thuỷ điện từ các hồ thủy điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước sau đó được dẫn qua hệ thống ống nhờ thế năng và động năng của dòng nước quay tuabine và phát ra điện

Nguyên lý đơn giản nhất của tất cả các dạng thủy điện từ lớn đến nhỏ là như sau (Hình 7.2):

- Dưới tác dụng của trọng lực, nước đổ từ trên cao xuống thấp (thế năng) sẽ làm quay các lưỡi turbin

- Các lưỡi turbin này được kết nối với một bộ máy phát điện

- Điện tạo ra từ các turbin quay được đưa qua trạm biến thế và kết nối vào mạng luới phân phối điện

4 Ưu, nhược của NL mặt trời

Ưu điểm của năng lượng mặt trời

2Dùng ánh nắng đun nấu thay củi, trấu, than, dầu lửa, hơi đốt giúp tránh được việc thải thêm CO2 vào bầu khí quyển Bếp năng lượng mặt trời không thải ra khói nên không ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng

3 Sử dụng ánh sáng mặt trời để phát điện, thay thế cho các hệ thống máy phát điện

sử dụng nhiên liệu hóa thạch giúp tránh được việc thải CO2 và các hóa chất độc hại vào bầu khí quyển như NL hóa thạch

4 Pin sử dụng năng lượng mặt trời có tính cơ động cao, giúp mang điện năng tới các vùng sâu, vùng xa, hải đảo thậm chí cả ngoài không gian, nơi mà hệ thống lưới điện không thể vươn tới được, vì vậy ko cần phụ thuộc nhiều vào lưới điện với năng lượng mặt trời

-> lợi thế rất lớn của năng lượng mặt trời cho người dân tại các địa điểm bị cô lập

5 Nguồn năng lượng miễn phí và vô tận

Năng lượng mặt trời không đòi hỏi nguyên liệu đắt tiền và liên tục như dầu hay than đá,

và yêu cầu thấp hơn đáng kể hoạt động lao động hơn sản xuất điện thông thường

6- Phân bổ nguồn NL đều trên TG, tránh đc việc tăng các chi phí khi bổ sung khi vận chuyển xuyên quốc gia

7Sau khi lắp đặt, không có chi phí định kỳ, giá điện rẻ hơn nhiều so với sx điện từ nguồn NLHT

8Tạo ra công ăn việc làm từ nguồn năng lượng mặt trời

Việc làm năng lượng mặt trời có nhiều dạng, từ sản xuất, lắp đặt, giám sát và duy trì các tấm pin mặt trời, nghiên cứu và thiết kế, phát triển, hội nhập văn hóa, và công ăn việc làm chính sách Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền kinh tế địa phương

9Tránh được biến động chính trị và biến động giá năng lượng mặt trời so với NL

hóa thạch

Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nước ngoài hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững

10Bảo vệ các hệ sinh thái và sinh kế

Vì mặt trời không dựa trên liên tục khai thác nguyên liệu, nó không dẫn đến việc phá

rừng và hệ sinh thái xảy ra với hầu hết các hoạt động của nhiên liệu hóa thạch

11 Sự phát triển không ngừng trong tương lai

Công nghệ năng lượng mặt trời hiện đang được cải thiện trong nhảy vọt Trên toàn thế

giới, và đặc biệt là ở châu Âu, các nhà nghiên cứu công nghệ sạch hiểu biết đang làm cho

sự phát triển to lớn trong công nghệ năng lượng mặt trời Công nghệ ngày càng trở nên rẻ hơn, dễ tiếp cận hơn, và hiệu quả hơn

Nhược điểm của năng lượng mặt trời

- Không hoạt động vào ban đêm, biến đổi theo mùa, theo thời tiết, mây….

- Chi phí sản xuất khá cao trong khi hiệu quả sản xuất còn thấp Chi phí vận hành nhà máy và tạo ra pin mt vẫn còn cao

Tuy nhiên, hiệu quả đã phát triển đáng kể trong năm năm qua, và hiệu quả năng lượng

mặt trời nên tiếp tục tăng đều đặn trong vòng năm năm tới

- Công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời chưa đạt có sự phát triển vượt bậc so với tiềm năng của nó

- Tấm pin mặt trời khá cồng kềnh, đòi hỏi phải có một vùng rộng lớn để lắp đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả.

- Việc ứng dụng các thiệt bị sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được quan tâm đúng mực và khai thác một cách thực sự hiệu quả so với sự phát triển NLMT

5 Ưu, nhược của NL gió

ƯU ĐIỂM CỦA WIND POWER:

1 Gió là nguồn NL miễn phí và với công nghệ hiện đại, nó có thể tạo NL một cách hiệu quả

2 các tua-bin gió được xây dựng thì năng lượng mà nó sản xuất không gây ra khí nhà kính hoặc các chất ô nhiễm khác

3 Ít tốn diện tích xây dựng Điều này có nghĩa rằng đất dưới đây vẫn có thể được sử dụng.Điều này đặc biệt đúng trong lĩnh vực nông nghiệp như chăn nuôi vẫn có thể tiếp tục

4 Nhiều người thấy các trang trại gió tạo nên cảnh quan thú vị

5 Thuận lợi cho những hộ gia đình cách xa mạng lưới điện, có thể tự sx điện của riêng họ

7 Tua bin gió có sẵn trong một loạt các kích cỡ có nghĩa là một phạm vi rộng lớn của người dân và doanh nghiệp có thể sử dụng chúng Hộ gia đình ở các thị trấn nhỏ và làng có thể tận dụng tốt các loạt các tua-bin gió hiện nay

Không tốn nhiên liệu

Lợi nhuận cao

Tiết kiệm chi phí truyền tải

Những bất lợi của năng lượng gió:

2 Nhiều người cảm thấy rằng các vùng nông thôn bị ảnh hưởng bởi việc xây dựng tuabun gió làm mất cảnh quan tự nhiên

3 Tua bin gió gây ồn ào, ô nhiễm tiếng ồn

6 Lượng điện còn chưa đáp ứng đc nhu cầu của dân trong vùng

Phải có trình độ kỹ thuật cao khi thiết kế và vận hành

Phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết

Khi sử dụng turbin trục ngang ở ngoài khơi lại có những nhược điểm:

Giá turbin trục ngang cao

Giá xây nền móng cao

Giá lắp ráp cao

Giá bảo trì cao

Tuy nhiên, việc sử dụng các turbin trục dọc đã khắc phục được những nhược điểm trên

6 Ưu nhược của NL hydro

Ưu điểm của năng lượng hydro

1 Có khả năng tồn trữ và vận chuyển

2 Là nguồn nhiên liệu có có sẵn trên TĐ

2 Không phát thải khí, hóa chất độc hại,thân thiện môi trường

4 sử dụng cho nhiên liệu động cơ phản lực, thể tích buồng chứa sẽ nhỏ hơn do nó phát ra

một lượng nhiệt nhiều hơn so với các loại NL khác

5 sử dụng hiệu quả hơn so với các loại NL khác

8 Là nguồn NL gần như vô tận và có sẵn

Nhược điểm của năng lượng hydro

1 Chi phí sản xuất, điều chế là khá cao

2 Việc lưu trữ, bảo quản rất khó khăn ( do phải hóa lỏng ở p rất cao)

3 Khó khăn với việc thay đổi csht khi chuyển nl hóa thạch sang dùng nguồn nhiên liệu hidro

4 Rất dễ bắt cháy, gây rủi ro cao

5 Vẫn còn phụ thuộc vào NL hóa thạch để sx hidro

7 Ưu nhược của NL sinh khối

Ưu điểm của năng lượng sinh khối

1) Đó là một nguồn năng lượng gần như là vô tận

2) Đó là một ô nhiễm tương đối thấp hơn tạo ra năng lượng

3) Năng lượng sinh khối giúp trong sạch trong làng và thành phố

4) Nó cung cấp phân bón cho nông nghiệp và các khu vườn

5) có tiềm năng to lớn để tạo ra năng lượng khí sinh học

6) Năng lượng sinh khối là tương đối rẻ hơn và đáng tin cậy

7) Nó có thể được tạo ra từ con người hàng ngày và chất thải động vật, thực vật và nông nghiệp còn sót lại, vv

8) Tái chế chất thải giảm ô nhiễm và lây lan của bệnh

9) năng lượng nhiệt mà một trong những được từ khí sinh học là 3,5 lần so với nhiệt từ việc đốt gỗ

10) Do nhiệt nhiều hơn sản xuất thời gian cần thiết để nấu ăn là thấp hơn

11) Áp lực đối với khu rừng xung quanh và tẩy tế bào chết có thể được giảm khi khí sinh học được sử dụng làm nhiên liệu đun nấu

12) Nó là một phương tiện hiệu quả chi phí hơn thu nhận năng lượng so với các nguồn cung cấp dầu Như nguồn cung dầu đang nhận được hết ngày này qua ngày khác, nó đang trở thành một mặt hàng đắt tiền

13) Trồng cây sinh khối sử dụng tối đa lượng khí carbon dioxide và tạo ra oxy

Năng lượng sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo

Sinh khối phân bố đồng đều & khai thác dễ dàng

Tạo ra một nguồn cung cấp năng lượng độc lập

- Giải pháp thay thế cho năng lượng hóa thạch, cải thiện tình hình khí hậu Trái Đất đang thay đổi

- Có thể giúp nông dân địa phương trong vụ mùa thu hoạch, tạo việc làm tại chỗ cho các vùng nông thôn

Nhược điểm của năng lượng sinh khối

1) Chi phí xây dựng nhà máy khí sinh học là cao, vì vậy chỉ những người giàu có thể sử dụng nó

2) cung cấp liên tục của sinh khối là cần thiết để tạo ra năng lượng sinh khối

3) Một số người không thích nấu ăn thực phẩm về khí sinh học được sản xuất từ chất thải nước thải

4) Khí sinh học thực vật đòi hỏi không gian và tạo ra mùi bẩn

5) Do nhiều nhà máy khí sinh học xây dựng không đúng cách đang làm việc không hiệu quả

6) Đó là khó khăn để lưu trữ khí sinh học trong xi lanh

7) Giao thông vận tải khí sinh học thông qua đường ống trên một khoảng cách dài là khó khăn

8) Nhiều hạt dễ trồng như ngô, lúa mì đang được sử dụng để sản xuất ethanol Điều này

có thể có hậu quả xấu nếu quá nhiều cây lương thực được chuyển hướng để sử dụng làm nhiên liệu

9) cây trồng được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh khối là theo mùa và không có sẵn trên cả năm

8 Ưu nhược của NL địa nhiệt

Ưu điểm của năng lượng địa nhiệt

1) Đây là một nguồn năng lượng tái tạo

2) Cho đến nay, nó chưa gây ô nhiễm và môi trường thân thiện

3) Không có lãng phí hay tạo ra các sản phẩm

4) Năng lượng địa nhiệt có thể được sử dụng trực tiếp Trong thời cổ đại, người ta sử dụng nguồn năng lượng này cho nhà sưởi ấm, nấu nướng

5) chi phí bảo dưỡng các nhà máy điện địa nhiệt là rất ít

6) các nhà máy điện địa nhiệt không chiếm quá nhiều không gian và do đó giúp bảo vệ môi trường tự nhiên

7) Không giống như năng lượng mặt trời, nó không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết

8) Nguồn nhiệt cao Năng lượng đến từ bên dưới trái đất thực sự mạnh mẽ, cho phép các nhà máy địa nhiệt để tạo ra nhiều điện

Nhược điểm của năng lượng địa nhiệt

1) một số vùng là có tiềm năng của năng lượng địa nhiệt

2) Hầu hết các vùng, nơi năng lượng địa nhiệt được sản xuất, đang ở xa thị trường, thành phố, nơi mà nó cần phải được tiêu thụ

3) Tổng số tiềm năng thế hệ của nguồn này là quá nhỏ

4) Luôn luôn có một nguy cơ phun trào của núi lửa, nguy cơ xảy ra động đất rất cao 5) chi phí lắp đặt của nhà máy điện hơi nước là rất cao

7) Nó có thể phát hành một số độc hại, khí độc có thể thoát ra qua các lỗ khoan trong quá trình xây dựng

Chi phí khởi động rất lớn Khi cố gắng để xây dựng một nhà máy địa nhiệt, có rất nhiều vốn cần thiết đặc biệt là lúc đầu Khoan và thử nghiệm xem một khu vực nhất định là phù hợp với một nhà máy địa nhiệt chi phí rất nhiều tiền

9 Ưu nhược của NL nước

NM thủy điện

Ưu điểm

Vận hành đơn giản, an toàn, dễ dàng tự đông hóa

Giá thành điện năng của nhà máy thủy điện thấp hơn nhiều so với các nhà máy nhiệt điện

Là nguồn năng lượng sạch, không thải ra môi trường các khí ảnh hưởng tới môi trường

và gây hiệu ứng nhà kính

Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu Sử dụng nguồn thủy năng dồi dào vô tận của thiên nhiên Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu

Nhược điểm

Thời gian thi công dài và vốn đầu tư rất lớn

Nguồn nước thay đổi ngẫu nhiên và biến động mạnh theo thời điểm trong năm

Việc chặn các dòng sông sẽ gây ảnh hưởng tới dòng chảy tự nhiên và ảnh hưởng tới hệ sinh thái và sự đa dạng sinh học

Việc sử dụng nước tích trữ thỉnh thoảng khá phức tạp bởi vì yêu cầu tưới tiêu có thể xảy

ra không trùng với thời điểm yêu cầu điện lên mức cao nhất

Việc tái định cư, dân chúng sống trong vùng hồ chứa mất đi nét văn hóa lâu đời của tổi tiên họ để lại bao đời gắn với dòng sông

NM điện thủy triều

Ưu điểm

Vận hành đơn giản, an toàn, dễ dàng tự đông hóa

Đầu tư ban đầu thấp hơn thủy điện

Các turbine có các cánh quay theo cùng một hướng, bất chấp hướng chuyển động của luồng khí nên luôn phát ra điện đều đặn hơn gió và mặt trời

Là một nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường Việc xây dựng các nhà máy năng lượng thủy triều không ảnh hưởng nhiều đến hệ sinh thái như các đập thủy điện trên các dòng sông

Nhược điểm

Các máy phát dính tới nước biển bị ăn mòn nhanh hơn nên chi phí bảo trì khá cao

Máy móc đều có kích thước lớn cồng kềnh có thể cản trở giao thông đường thủy và đời sống hoang dã

Với giá thành sản xuất điện thủy triều là 0,1USD/kilowatt, cao hơn giá khí đốt và than một chút và tương đương giá thành của động cơ điện sức gió

Chi phí đầu tư xây dựng nhà máy điện khá cao và tác động của nó đến môi trường.Năng lượng thủy triều lớn nhất tập trung ở những vùng cửa sông, bờ biển, nơi các dòng sông gặp thủy triều đại dương-nơi có nhiều sinh vật sinh sống

NL sóng

Ưu điểm

Góp phần tích cực giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, đồng thời tạo nên nguồn năng lượng mới khi mà than đá và dầu khí ngày một cạn kiệt, và nguồn năng lượng sinh học, làm ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực

Sản xuất điện bằng năng lượng sóng có tính chất ổn định hơn năng lượng gió và mặt trời

10 Nguồn gốc của biomass

các nguồn bao gồm thực vật thủy sinh hoặc trên mặt đất như phế thải từ nông, lâm nghiệp, chất thải động vật và rác thải đô thị…

11 từ biomass có thể biến đổi thành những dạng nl như: nhiệt năng, điện năng, nhiên liệu, sp hóa dầu

12 Một số vấn đề về ô nhiễm

Nhiều vấn đề xảy ra trong dầu khí như là:

- Rò rỉ các bể chứa, đường ống vận chuyển, các quá trình tinh chế,lọc dầu

- Các vụ nổ dàn khoan

- Giếng thăm dò bị vỡ

- Va chạm giữa các tàu vận chuyển dầu, sự cố tàu chở dầu

-> những sự cố này đều dẫn đến việc phát thải dầu ra môi trường gây ảnh hưởng đến con người, hệ sinh thái, môi trường và kinh tế

13 Nguyên lý tuabin gió

Một cách đơn giản là một tuabin gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì

sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện

Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện

Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn