BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Nhóm thực hiện NHÓM 4 ĐIỆN Hà Nội, 05/ 2021 Nhóm sinh viên thực hiện 1 GVHD Ninh Văn Nam 1 Nguyễn Quang Huy 2 Bùi Mi[.]
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Trang 2GVHD: Ninh Văn Nam
1 Nguyễn Quang Huy:
Trang 3TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG (NL) VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO (NLTT) 1
Câu 1: Khái niệm về NL và NLTT 1
Câu 2: Các nguồn NLTT cơ bản 1
Câu 3: Đặc trưng cơ bản của các nguồn NLTT 1
Câu 4: Vai trò của nguồn năng lượng tái tạo trong cán cân năng lượng thế giới hiện nay và tương lai 4
Câu 5: Tiềm năng và tình hình khai thác điện mặt trời trên thế giới 5
Câu 6: Tiềm năng và tình hình khai thác điện gió trên thế giới 6
Câu 7: Tiềm năng và tình hình khai thác năng lượng đại dương trên thế giới 7
ĐIỆN MẶT TRỜI 8
Câu 8: tiền năng và tình hình khai thác ĐMT Việt Nam? 8
Câu 9: các loại hệ thống điện mặt trời 9
Câu 10: các phần tử chính trong hệ thống ĐMT nối lưới 10
Câu 11: cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin quang điện 10
Câu 12: các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn đmt với lưới điện 12
Câu14: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xuất 13
Câu 15: Ưu nhược điểm của hệ thống 13
ĐIỆN GIÓ 15
Câu 16: Tiềm năng và tình hình khai thác điện gió ở Việt Nam 15
Câu 17: Các loại hệ thống điện gió 18
Câu 18: Kể tên và nêu chức năng của các phần tử chính trong trang trại điện gió nối lưới 18
Câu 19: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin gió 20
Câu 20:Cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc điểm của máy phát điện gió 20.1 Cấu tạo của máy phát điện gió 23
Câu 21: Những yếu tố ảnh hưởng đến công suất của tuabin gió 25
Câu 22: Yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện gió với lưới 26
Câu 24: Ưu nhược điểm của hệ thống điện gió 33
NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 36
CÂU 25: Tiềm năng và tình hình khai thác NLSK tại việt nam 36
Câu 26: Các loại năng lượng sinh khối 37
Câu 27: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy điện sinh khối 39
Câu 28: Những yếu tố ảnh hưởng tới công suất phát của hệ thống điện sinh khối 40
THỦY ĐIỆN 41
Câu 30: Tiềm năng và tình hình khai thác TĐ tại Việt Nam 41
Trang 4Câu 31: Nhà máy thủy điện là gì? Cách phân loại nhà máy thủy điện? 42
Câu 32: đặc điểm cơ bản của nhà máy phát điện tại các nhà máy thủy điện? 44
Câu 33: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện đập ngang? 45
Câu 34: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện sau đập và dẫn đường? 47
Câu 35: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện? 48
Câu 36: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện thủy triều? 49
Câu 37: Đặc điểm cơ bản của các trạm phát thủy điện nhỏ? 50
Câu 38: Trình bày sự giống và khác nhau giữa nhà máy thủy điện và nhà máy địa nhiệt? 51
NĂNG LƯỢNG BIỂN 56
Câu 39: Khái niệm Năng Lượng Biển? 56
Câu 40: Tiềm năng và tình hình khai thác NLB tại Việt Nam? 56
Câu 41: Các loại nhà máy điện sử dụng NLB? 56
Câu 42: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tua bin phát điện thủy triều? 58
Câu 43: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tua bin phát điện từ sóng biển? 59
Câu 44: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt đại dương? 61
PIN NGUYÊN LIỆU 62
Câu 45: Pin nguyên liệu là gì? 62
Câu 46: Cấu tạo và nguyên lý làm cơ bản của PNL? 62
Câu 47: Nêu cách phân loại PNL, kể tên các loại PNL đó? 64
Câu 48: Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 1 loại PNL ? 69
Câu 49: Hãy so sánh PNL với ắc quy lưu trữ điện năng? 70
Câu 50: Trình bày ưu nhược điểm của PNL? 73
Trang 5TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG (NL) VÀ
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO (NLTT)
Câu 1: Khái niệm về NL và NLTT.
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 như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và hệ thống điện độc lập nông thôn
Câu 2: Các nguồn NLTT cơ bản.
Năng lượng Mặt Trời
Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng thủy triều
Câu 3: Đặc trưng cơ bản của các nguồn NLTT.
Năng lượng Mặt Trời:
+ Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất Chúng ta sẽ tiếp tục
Trang 6nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
+ Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời
Năng lượng địa nhiệt:
+ Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất Năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng để nung và tắm kể từ thời La Mã cổ đại, nhưng ngày nay nó được dùng để phát điện Có khoảng 10 GW công suất điện địa nhiệt được lắp đặt trên thế giới đến năm 2007, cung cấp 0,3% nhu cầuđiện toàn cầu Thêm vào đó, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt trực tiếp được lắp đặt phục vụ cho sưởi, spa, các quá trình công nghiệp, lọc nước biển và nông nghiệp ở một số khu vực
Năng lượng thủy triều
+ Trường hấp dẫn không đều trên bề mặt Trái Đất gây ra bởi Mặt Trăng, cộng với trường lực quán tính ly tâm không đều tạo nên bề mặt hình elipsoit của thủy quyển Trái Đất (và ở mức độ yếu hơn, của khí quyển Trái Đất và thạch quyển Trái Đất) Hình elipsoit này cố định so vớiđường nối Mặt Trăng và Trái Đất, trong khi Trái Đất tự quay quanh nó, dẫn đến mực nước biển trên một điểm của bề mặt Trái Đất dâng lên hạ xuống trong ngày, tạo ra hiện tượng thủy triều
+ Sự nâng hạ của nước biển có thể làm chuyển động các máy phátđiện trong các nhà máy điện thủy triều Về lâu dài, hiện tượng thủy triều
sẽ giảm dần mức độ, do tiêu thụ dần động năng tự quay của Trái Đất, chođến lúc Trái Đất luôn hướng một mặt về phía Mặt Trăng Thời gian kéo dài của hiện tượng thủy triều cũng nhỏ hơn so với tuổi thọ của Mặt Trời
Thủy điện
Trang 7+ Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước Đa số năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một tuốc bin nước và máy phát điện Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều Thuỷ điện là nguồn năng lượng tái tạo.
+ Thuỷ điện chiếm 20% lượng điện của thế giới Na Uy sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước, trong khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ (2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ) Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ
+ Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thuỷ điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thuỷ điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectric reservoir - thỉnh thoảng được dùng
để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm) Thuỷ điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước
đó có tiềm năng khai thác thuỷ điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường
Năng lượng gió :
+ Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp củanăng lượng mặt trời Năng lượng gió được con người khai thác từ các tuốc bin gió
+ Trong số 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, chỉ riêng châu Âu
đã có 13 nước với Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với các nước còn lại Tại Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha việc phát triển năng lượng gió liên tục trong nhiều năm qua được nâng đỡ bằng quyết tâm chính trị Nhờ vào đó mà một ngành công nghiệp mới đã phát triển tại 3 quốc gia này Năm 2007 thế giới đã xây mới được khoảng 20073 MW điện, trong đó Mỹ với 5244 MW, Tây Ban Nha 3522MW, Trung Quốc 3449
Trang 8MW, 1730 MW ở Ấn Độ và 1667 ở Đức, nâng công suất định mức của các nhà máy sản xuất điện từ gió lên 94.112 MW.
Sinh khối:
+ Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sự sống, hay gần đây là sinh vật sống, đa số là các cây trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thựcvật.[17] Được xem là nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sinh khối
có thể dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh học Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, và chuyển đổi sinh hóa
Nhiên liệu sinh học :
+ Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ),
+ Trước kia, nhiên liệu sinh học hoàn toàn không được chú trọng Hầu như đây chỉ là một loại nhiên liệu thay thế phụ, tận dụng ở quy
mô nhỏ Tuy nhiên, sau khi xuất hiện tình trạng khủng hoảng nhiên liệu ở quy mô toàn cầu cũng như ý thức bảo vệ môi trường lên cao, nhiên liệu sinh học bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn
Câu 4: Vai trò của nguồn năng lượng tái tạo trong cán cân năng lượng thế giới hiện nay và tương lai.
Phát triển năng lượng tái tạo hoàn toàn tùy thuộc vào tiềm năng, lợi thế của từng nguồn tài nguyên năng lượng sẵn có và khả năng tiếp cận các nguồn cung năng lượng từ bên ngoài của mỗi quốc gia Trên thực tế, mặc
dù tăng trưởng mạnh, nhưng đến nay, năng lượng tái tạo mới chỉ đóng
"vai trò phụ thêm" trong cán cân năng lượng toàn thế giới Bởi về mặt kinh tế, tuy chi phí đầu tư và vận hành các nguồn điện này có xu hướng giảm song vẫn còn ở mức cao và phải thực hiện chế độ trợ giá thông quả biểu giá FIT (giá điện hỗ trợ) Còn về mặt kỹ thuật, hiện còn gặp khó
Trang 9khăn trong việc nối lưới và nâng cao mức độ ổn định, an toàn của hệ thống điện.
Năm 2017 tổng tiêu thụ năng lượng tái tạo (NLTT) toàn cầu là 486,8 triệuTOE (không bao gồm thủy điện), chiếm 3,6% tổng năng lượng sơ cấp tiêu thụ toàn cầu và thủy điện là 918,6 triệu TOE, chiếm 6,8% Có 10 nước tiêu thụ NLTT trên 10 triệu TOE (không kể thủy điện) gồm: Trung Quốc 106,7 (chiếm 21,9%, hơn 1/5 tổng tiêu thụ NLTT toàn cầu); Mỹ 94,8 (chiếm 19,5%, gần 1/5 tổng tiêu thụ NLTT toàn cầu); Đức 44,8; Nhật Bản 22,4; Brazil 22,2; Ấn Độ 21,8; Anh 21,0; Thụy Điển 15,7; Italy15,5; Canada 10,3 và 4 nước tiêu thụ NLTT trên 5 triệu TOE gồm: Pháp 9,4; Thụy Sĩ 6,8; Thổ Nhĩ Kỳ 6,6; Úc 5,7
Tổng cộng tiêu thụ NLTT của 14 nước là 381,5 triệu TOE, chiếm 78,4% tổng tiêu thụ NLTT toàn cầu, riêng Trung Quốc, Mỹ, Đức chiếm 50,6%, hơn ½ So với năm 2016 tiêu thụ NLTT toàn cầu năm 2017 tăng 16,6%; chủ yếu do Trung Quốc tăng 30,6%; Anh 19,6%; Nhật Bản 19,2%; Ấn
Độ 19,1%; Đức 17,0%; Mỹ tăng 14,1% Tiêu thụ thủy điện toàn cầu năm
2017 chỉ tăng 0,6% so với năm 2016
Câu 5: Tiềm năng và tình hình khai thác điện mặt trời trên thế giới.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất và có thể xem là nguồn tài nguyên vô tận mà con người có thể khai thác Theo dự báo, điện năng lượng mặt trời trong tương lai có thể thay thế các hình thức sảnxuất điện khác từ việc đốt nguyên liệu hóa thạch cũng như hạn chế thủy điện làm thay đổi hệ sinh thái… Với nhiều lợi ích mang lại, hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới đã ngày càng quan tâm và đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng này
Tình hình khai thác:
+ Trung Quốc: Hiện được xem là quốc gia có khả năng sản xuất điện năng lượng mặt trời (điện mặt trời) lớn nhất trên thế giới với khả năngsản xuất lên đến 1330 Gigawatts (GW) mỗi năm Đây cũng là nước sởhữu dự án Điện mặt trời lớn nhất thế giới với công suất lên đến 1,547-
MW ở sa mạc Tengger
Trang 10+ Nhật Bản: Với lợi thế là một cường quốc về khoa học - công nghệ phát triển bậc nhất trên thế giới, Nhật Bản cũng đã sớm nhận thức vai trò và tầm quan trọng của nguồn năng lượng sạch đối với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Ngay từ năm 2008, Chính phủ Nhật Bản
đã thực hiện chính sách hỗ trợ cho vay mua nhà sử dụng năng lượng tái tạo với thời gian trả nợ tối đa là 10 năm Trong đó, đối với những gia đình cải tạo nhà, chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời được vay số tiền tối đa lên đến 5 triệu yên, tương đương gần 5.000 USD Ngoài ra, Chính phủ Nhật Bản còn mua điện sản xuất từ năng lượng mặt trời với giá cao hơn giá thị trường và giảm giá bán các tấm pin năng lượng mặt trời
+ Mỹ: Là quốc gia dẫn đầu thế về phát triển năng lượng tái tạo, trong
đó năng lượng mặt trời cũng đã được quốc gia này quan tâm đầu tư phát triển từ khá sớm Năm 1982, tại bang California đã xây dựng nhàmáy quang điện công suất 1 MW đầu tiên trên thế giới, nhờ việc tận dụng điều kiện lý tưởng về tự nhiên khi tại đây có khoảng 102,7 nghìnkm2 là sa mạc nắng nóng - điều kiện lý tưởng để phát triển điện mặt trời
+ Việt Nam: Những năm gần đây, năng lượng điện tái tạo nói chung, năng lượng điện mặt trời nói riêng đang có sự phát triển mạnh mẽ Sản lượng điện từ năng lượng mặt trời có sự gia tăng hàng năm Điều này cũng cho thấy sự quan tâm của nhà nước, các tập đoàn doanh nghiệp tới năng lượng tái tạo giúp ổn định năng lượng quốc gia và giảm thiểu tác động đến môi trường do sản xuất điện từ các nguồn nguyên liệu hóa thạch khác Theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), trong 6 tháng đầu năm 2020 đã huy động 5,41 tỷ kWh từnguồn điện năng lượng tái tạo, trong đó điện mặt trời đạt 4,71 tỷ kWh,tăng gấp 5,35 lần so với cùng kỳ năm 2019 6 tháng đầu năm 2020, trên toàn quốc đã lắp đặt 13.784 dự án điện mặt trời mái nhà với tổng công suất 379,9 MWp Lũy kế đến nay, đã có 36.161 dự án điện mặt trời mái nhà đã đưa vào vận hành với tổng công suất 764,1MWp.+ Indonesia: Đầu năm 2017 quốc gia này đã thông qua luật về năng lượng tái tạo, trong đó thay đổi mức thuế suất đối với các dự án năng lượng tái tạo Theo luật mới, mức hỗ trợ FiT sẽ dựa trên chi phí cung cấp điện trung bình của khu vực, nơi dự án điện năng lượng mới được xây dựng Mức hỗ trợ theo chương trình mới là từ 6,5 đến 11,6
cent/kWh Luật mới của Indonesia cũng cho phép điện mặt trời cạnh
Trang 11tranh trực tiếp với các nhà máy nhiệt điện đốt than - hình thức sản xuất điện năng phổ biến ở Indonesia.
+…
Câu 6: Tiềm năng và tình hình khai thác điện gió trên thế giới.
Mặc dù năng lượng mặt trời có thể là điều bạn liên tưởng đầu tiên khi nhắc đến năng lượng tái tạo, nhưng năng lượng gió mới là lựa chọn phù hợp cho nhiều quốc gia Trên thực tế, năng lượng toàn cầu được tạo ra từ các trang trại gió đã tăng lên rất nhiều chỉ trong hai năm qua Theo Hội đồng Năng lượng gió toàn cầu (GWEC), công suất gió 51.477 megawatt (MG) đã được lắp đặt trên toàn cầu vào năm 2014, tăng 44% so với những năm trước
Hiện tại là thời gian tuyệt vời nhất để tạo ra năng lượng tái tạo không chỉ ở cấp độ cao mà nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế đang thúc đẩy ngành này hướng tới các cấp độ phổ thông Trên thực tế, năng lượng mặt trời và năng lượng gió hiện nay ít tốn kém hơn so với năng lượng than hoặc khí đốt tự nhiên ở một số thị trường quốc tế, bao gồm cả Hoa Kỳ
Theo Hiệp hội Năng lượng gió thế giới (WWEA), Trung Quốc là nhà sản xuất năng lượng gió lớn nhất thế giới, với khoảng 114.763 MG công suất gió được lắp đặt Điều này rất quan trọng, vì các phương pháp sản xuất điện thông thường khó có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai của đất nước với dân số 1,386 tỷ người
Ở Hoa Kỳ, Chương trình năng lượng điện gió đã được khởi xướng cách đây gần 10 năm để hợp tác với các chuyên gia trong ngành, những người muốn tăng hiệu suất và độ tin cậy của các công nghệ gió thế hệ tiếp theo trong khi giảm chi phí thi công, lắp đặt và bảo trì của năng lượng gió Chương trình này rất cần thiết để phát triển các công nghệ mới, giúp cải thiện hiệu suất tuabin trên quy mô lớn
Câu 7: Tiềm năng và tình hình khai thác năng lượng đại dương trên thế giới
Bao phủ hơn 70% bề mặt trái đất, đại dương là chiếc gương thu gom năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới Nhiệt lượng của mặt trời làm ấm
Trang 12mặt nước trên bề mặt nhiều hơn nước dưới biển sâu, và sự chênh lệch nhiệt độ này tạo ra năng lượng nhiệt Chỉ cần một phần nhỏ nhiệt bị giữ lại trong đại dương cũng có thể cung cấp năng lượng cho cả thế giới Trên lý thuyết, chỉ cần lấy được 0,1% nguồn năng lượng từ biển khơi cũng đủ hỗ trợ nhu cầu năng lượng của 15 tỷ người.
So với năng lượng gió, năng lượng từ đại dương có nhiều tiềm năng hơn
vì nước có tỷ trọng cao hơn không khí 850 lần, vì thế nó chứa nhiều nănglượng hơn Sóng biển, thủy triều và dòng hải lưu cũng dễ dự báo hơn gió
Tận dụng nguồn năng lượng thủy triều thực sự là bước ngoặt trong sản xuất năng lượng sạch, không ô nhiễm môi trường Người Na Uy đã kết nối vào mạng lưới điện quốc gia của họ dòng điện phát ra từ tua bin nướcđầu tiên, mà năng lượng được tạo ra từ những cánh quạt quay nhờ dòng nước biển Đến cuối năm nay , họ sẽ hoàn thành xây dựng 20 nhà máy tiếp theo
Nhà máy điện của Na Uy có ưu điểm mà không nguồn năng lượng tái tạonào có được đó là hoàn toàn không lệ thuộc vào thời tiết Bất chấp hoàn cảnh, có gió hay lặng gió, trời nắng hay mưa dòng thuỷ triều vẫn không
bị ảnh hưởng và dòng điện phát ra vẫn có công suất không đổi Người Anh cũng có kế hoạch đầu tư tương tự Giới chuyên gia địa phương ước tính rằng, nước biển có thể đảm bảo cho họ tới 25% nhu cầu năng lượng cần thiết
Dẫu ý tưởng xây dựng nhà máy điện thuỷ triều không phải là mới, song phương thức khai thác của người Na Uy rất sáng tạo Thiết bị công nghệ loại này đầu tiên trên thế giới được Pháp chế tạo và lắp đặt ở cửa sông từ năm 1967 Công trình đó đến nay vẫn còn hoạt động và có công suất 240
MW Những nhà máy điện cùng loại thí điểm cũng xuất hiện ở Trung Quốc, Ấn Độ, Canađa và LB Nga
Trang 138.2: Tình hình khai thác.
Dựa trên dữ liệu thu thập (Hình 1) cho thấy sản lượng điện tăng trưởng liên tục theo số lượng, tổng công suất lắp đặt tương ứng, đến năm 2020 sản lượng điện thương phẩm đạt 214.300 gwh tăng gấp 2,53 lần so với năm
2010 (84.600 gwh), tương ứng tăng trưởng bình quân cả giai doạn 2011 -
2020 là 9,6% Cùng thời gian đó, tổng công suất nguồn lắp đặt cũng tăng gấp 3,5 lần, từ 19.735 GW vào năm 2010 tăng lên đến 69.094 GW vào năm
2020, trong đó nguồn phát điện truyền thống chiếm 74%, nguồn năng lượng tái tạo chiếm 26 %, đặc biệt trong 2 năm 2019 và 2020, tổng công suất lắp đặt mới khoảng hơn 17.900 GW, trong đó 93.3% là nguồn điện mặt trời
Trang 14Câu 9: các loại hệ thống điện mặt trời.
Có 5 loại hệ thống điện mặt trời điển hình:
Điện mặt trời mái nhà
Hệ thống Điện mặt trời mái nhà là hệ thống Điện mặt trời có các tấm quang điện được lắp đặt trên mái nhà, công trình dân dụng hoặc công nghiệp và có công suất không quá 01 MWp, đấu nối trực tiếp hoặc đấu nối gián tiếp vào lưới điện Quốc gia
Điện mặt trời nối lưới
Là dự án Điện mặt trời được đấu nối trực tiếp vào lưới điện Quốc gia, trừ các dự án Điện mặt trời mái nhà Như vậy các dự án điện mặt trời mặt đất với quy mô 30, 50 tới vài trăm MW chính là điện mặt trời nối lưới
Điện mặt trời nổi
Được biết đến như xu hướng mới của ngành công nghiệp năng lượng, ĐMT nổi bao gồm hệ thống tấm pin quang điện lắp cố định vào cấu trúc nổi trên nước Địa điểm lý tưởng cho các dự án này là các vùng nước tĩnh lặng như hồ, đập nhân tạo
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Trang 15Một hệ thống mặt trời không nối lưới (độc lập) ngược lại với một hệ thống hòa lưới Do không có lưới điện hỗ trợ để giải quyết vấn đề theoyêu cầu của con người, hệ thống Điện mặt trời độc lập phải tích năng lượng vào ắc-quy để bù trừ công suất
Hệ thống năng lượng mặt trời lai ghép
Hệ thống năng lượng mặt trời lai ghép là sự kết hợp giữa Điện mặt trời độc lập và hệ thống hòa lưới Hệ thống này vừa có những lợi ích như hòa lưới vừa có được bộ lưu trữ một lượng điện sử dụng độc lập
dự phòng
Câu 10: các phần tử chính trong hệ thống ĐMT nối lưới
Câu 11: cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin quang điện
Trang 16 Khung nhôm:
Khung pin mặt trời thường được làm bằng nhôm hoặc inox Có nhiệm vụ đảm bảo tính ổn định của tất cả các bộ phận cấu thành pin mặt trời Khung phản ánh độ cứng cáp và sức chịu đựng của toàn bộ tấm pin Nhiều nhà sản xuất còn gia cố thêm những thanh ngang để tăng độ chắc chắn
Lớp kính cường lực
Giúp bảo vệ các tế bào quang điện trước các tác nhân môi trường như mua giống bụi bẩn hoặc va đập mạnh Thông thường kính cường lực trên pin mặt trời có độ dày từ khoảng 3.3mm Đây là độ dày tiêu chuẩn vừa đủ để ngăn cản tác nhân xâu và hấp thụ năng lượng mặt trời một cách tốt nhất
Lớp EVA ( chất kết dính )
EVA là viết tắt của ethylene vinyl acetate có nghĩa là chất kết dính Chúng được cấu thành bởi hai màng polymer trong suốt đặt giữa lớp kính cường lựcphía và tấm nền Tăng độ vững chắc cho kết cấu tổng thể cũng như bảo vệ các tế bào quang điện được cố định hay bám bẩn gây giảm hiệu suất EVA làvật liệu siêu bền có khả năng chịu đựng áp lực từ môi trường tuyệt vời
Lớp solar cell
Đóng vai trò chính trong cấu tạo Chúng là tập hợp các tế bào quang điện
Có thể được làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau nhưng phổ biến nhất là silic Trên mỗi tế bào quang điện, tinh thể silic loại N và loại P xếp chồng lênnhau, nằm giữa hai lớp dẫn điện ribbon và các thanh busbar
Lớp nền
Nền được làm từ nhiều vật liệu như nhựa PP, polymer, PVC, Về độ dày ở mỗi hãng lại có một độ dày không giống nhau Màu sắc của tấm nền thường
là màu trắng
Trang 17 Bộ phận dẫn điện sang biến tần
Bộ phận này chủ yếu dùng để chứa các jack cắm,đường dây đấu nối giúp dẫn điện mặt trời sang các máy biến tần
11.2: Nguyên lý hoạt động
bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời được chiếu sáng Hiện tượng bức xạ mặt trời thẩm thấu vào tế bào quang điện, mang theo nguồn năng lượng proton dồi dào Nguồn năng lượng này được tích trữ ngày một nhiều, đếnkhi đạt giới hạn chúng sẽ gây nên hiện tượng các electron bị bức ra khỏi cấu tạo nguyên tử Hình thành các electron tự do mang điện âm Và các
lỗ hổng mang điện dương Chúng kết hợp với từ trường của 2 hai lớp sili
P và N di chuyển thành một dòng Mà chúng ta hay vẫn gọi là dòng điện một chiều
Câu 12: các yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn đmt với lưới điện
• Tính toán lượng điện năng tiêu thụ hằng ngày của gia đình ( có thể dựa vào công tơ điện hoặc hóa đơn tiền điện hàng tháng )
• Tính toán lượng pin mặt trời và thiết bị hòa lưới: từ lượng điện bạn tiêu thụ, tính toán công suất lượng pin mặt trời cần thiết Tùy vào vùng miền nhưng trung bình khi lắp hệ thống pin mặt trời công suất 1kWp thì Ở khu vực MiềnBắc khoản 3,7 kwh/ngày, Miền trung 5 kwh/ngày, miền nam cho ra
4kWh/ngày Do vậy, nếu để có thể đáp ứng đủ điện năng tiêu thụ của hệ thống trên cần hệ thống điện mặt trời có công suất 7.5kWp, tương đương xấp xỉ 22 tấm pin 335Wp
• Tính toán không gian cần thiết: với lượng pin có công suất 1kWp thì cần không gian lắp đặt xấp xỉ 7.5 m vuông do đó với hệ thống như trên, lượng không gian cần thiết lắp đặt pin mặt trời xấp xỉ 57 m vuông Ngoài ra cũng cần bố trí vị trí có thể lắp thiết bị hòa lưới
• Hệ thống khung giàn: Hệ thống cần được đảm bảo khả năng chịu lực, độ bền Để đảm bảo hiệu suất cao nhất, hệ thống khung giàn pin được lắp chếchhướng nam, nghiêng từ 10 đến 15 độ( tùy vào vĩ độ) Hệ thống này cần đặt cách mái nhà khoảng 20cm để tránh nóng cho hệ thống
Câu 13: Những yếu tố ảnh hưởng tới công suất phát của hệ thống ĐMT (có minh họa bằng các đồ thị đặc tính )
Trang 18Câu14: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xuất
Ảnh hưởng của góc nghiêng và góc phương vị đối với hệ thống điện mặt trời.
Độ nghiêng rất quan trọng vì các tế bào quang điện năng lượng mặt trời sẽ tạo ra sản lượng tối đa khi được mặt trời chiếu vuông góc với
bề mặt tấm pin mặt trời Nếu góc nghiêng quá thoải hoặc quá dốc, khi
đó lượng bức xạ vào bề mặt tấm pin, góc nghiêng lý tưởng nhất khi lắp pin khoảng từ 12-13 độ
Ảnh hưởng của che bóng đối với hệ thống điện mặt trời.
Yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng nhiều đến sản lượng điện mặt trời là chebóng, nguyên lý của hệ thống là sử dụng bức xạ mặt trời Hiệu ứng che bóng lên một cell của tấm pin có thể gây sụt giảm công suất của tấm pin đó đến vài chục % do tác động của các diode chống ngược dòng của tấm pin
Tổn hao do tấm pin năng lượng mặt trời.
Ngoài yếu tố bị phủ bóng do ngoại cảnh, còn có nhiều tác nhân gây hại cho pin mặt trời như tổn hao do bụi bẩn, chất lượng tấm pin, nhiệt
độ Nhiệt độ là yếu tố môi trường tác động mạnh vào điện áp của tấm pin Nhiệt độ thấp sẽ làm tăng điện áp trong module và nhiệt độ cao thì làm giảm điện áp Ngoài ra, một hệ thống điện mặt trời nối lưới còn chịu ảnh hưởng từ nguồn lưới, sẽ có những tổn hao phụ khác, ảnh hưởng đến quá trình vận hành hệ thống
Ảnh hưởng của Inverter đối với hệ thống điện mặt trời.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng Inverter để chuyển hóa từ dòng điện một chiều (DC) sang dòng điện hai chiều (AC) Hiện nay
có nhiều hãng inverter có thương hiệu nổi tiếng, nhưng trên bảng thông số kỹ thuật, hiệu suất chuyển đổi không bao giờ lên đến 100% Mặc dù các thế hệ Inverter hiện đại đã đạt hiệu suất chuyển đổi lên đến 99%, nhưng tổn thất trên các biến tần vẫn rất đáng kể
Câu 15: Ưu nhược điểm của hệ thống
15.1: Ưu điểm:
Là nguồn năng lượng tái tạo và miễn phí
Khác với tất cả các nguồn nhiên liệu truyền thống có trữ lượng hữu hạn như: than đá, dầu mỏ, khí đốt…, năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng có thể tái tạo và vô cùng dồi dào Điều đó có nghĩa
là chúng ta sẽ không bị cạn kiệt nguồn năng lượng này Ánh sáng mặt
Trang 19trời có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới cũng như thời gian xuất hiện hàng ngày rất nhiều, vì vậy chúng ta có thể tận dụng chúng ở mọi thờiđiểm có được và hoàn toàn miễn phí.
Là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường
Trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời, về cơ bản hệ thống này không phát sinh các loại khí thải độc hại vào khí quyển Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù cũng như góp phần tích cực vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại
Đa dạng ứng dụng
Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng cho rất nhiều các mục đích khác nhau không chỉ trong sinh hoạt gia đình mà còn nhiều hoạt động khác của đời sống Một số ứng dụng rất thiết thực từ năng lượng mặt trời để phục vụ cuộc sống hàng ngày của con người có thể kể tới như: sản xuất điện mặt trời cho hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió; máy nước nóng năng lượng mặt trời; làm đèn chiếu sáng; năng lượng cho các phương tiện máy bay, ô tô;…
15.2: Nhược điểm.
Là nguồn năng lượng tái tạo và miễn phí
Khác với tất cả các nguồn nhiên liệu truyền thống có trữ lượng hữu hạn như:than đá, dầu mỏ, khí đốt…, năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng cóthể tái tạo và vô cùng dồi dào Điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ không bị cạn kiệt nguồn năng lượng này Ánh sáng mặt trời có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới cũng như thời gian xuất hiện hàng ngày rất nhiều, vì vậy chúng ta cóthể tận dụng chúng ở mọi thời điểm có được và hoàn toàn miễn phí
Giúp bạn tiết kiệm tiền và thu hồi vốn nhanh
Nguồn điện sinh ra từ các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ đáp ứng được những nhu cầu năng lượng của bạn với điện, từ đó làm giảm đáng kể chi phí hóa đơn tiền điện hàng tháng Hơn nữa, nếu như điện sản xuất của bạn lớn hơn điện sinh hoạt thì bạn không cần phải trả tiền điện mà còn có thể bán điện ngược lại cho EVN để tạo thu nhập thụ động, cũng như hoàn vốn đầu tư
dự án điện mặt trời nhanh chóng
Là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường
Trang 20Trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời, về cơ bản hệ thống này không phát sinh các loại khí thải độc hại vào khíquyển Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù cũng như góp phần tích cực vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại.
m của Việt Nam là lớn nhất so với các nước khác trong khu vực, với tiềm năng năng lượng gió lý thuyết lên đến 513.360 MW Những khu vực được hứa hẹn có tiềm năng lớn trên toàn lãnh thổ là khu vực ven biển và cao nguyên miền nam Trung Bộ và Nam Bộ Tuy nhiên, các kết quả mô phỏng này được đánh giá là khá khác biệt so với kết quả tính toán dựa trên số liệu quan trắc của EVN, sự khác biệt này có thể là do sai số tính toán mô phỏng Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ thuật 1.785 MW9 Trong đó miền Trung Bộ được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cả nước với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung
Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận.10 Ngoài ra, Bộ Công thương và Ngân hàng Thế giới (2010)11 đã tiến hành cập nhật thêm số liệu quan trắc (đo gió ở 3 điểm) vào bản đồ tiềm năng gió ở độ cao 80 m cho Việt Nam Kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80 m so với bề mặt đất là trên 2.400 MW (tốc độ gió trung bình năm trên 7 m/s)
Bảng 1: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80 m so với bề mặt đất
Trang 21án Năng lượng Gió GIZ (Hợp tác Phát triển Đức GIZ) (gọi tắt, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT), một chương trình đo gió tại 10 điểm trên độ cao 80mđang được tiến hành tại các tỉnh cao nguyên và duyên hải Trung Bộ (đo ở 3
độ cao 80, 60, và 40 m so với bề mặt đất) Áp dụng các tiêu chuẩn IEC 61400-12 trong suốt quá trình đo gió, Dự án này được mong đợi sẽ cung cấp
dữ liệu gió có tính đại diện cho các vùng có tiềm năng gió của Việt Nam để phục vụ cho phát triển điện gió trong thời gian tới Ngoài ra, các báo cáo về quy trình và tiêu chuẩn lắp đặt cột đo gió cũng đang được hoàn thiện và sẽ làtài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà phát triển điện gió nói chung
16.2 Tình hình khai thác điện gió tại Việt Nam
Bảng 2 cho thấy hiện trạng khai thác và sử dụng năng lượng gió cho phát điện ở Việt Nam Tổng công suất lắp đặt tính đến tháng 2/2011 khoảng 19
MW Dự án của Công ty cổ phần năng lượng tái tạo (REVN) hiện có 12 bin đã được nối lưới, với công suất 1,5 MW/tua-bin ở Bình Thuận được coi
tua-là dự án lớn nhất Việt Nam Tua bin gió 800 kW được lắp đặt ở đảo Bạch Long Vĩ là của Tây Ban Nha, được đưa vào vận hành năm 2004 nhưng đang phải ngừng hoạt động do trục trặc về kỹ thuật Dự án được chính phủ Việt Nam tài trợ và do Tổng đội Thanh niên Xung phong tại địa phương thực
Trang 22hiện Tua-bin gió 30 kW ở xã Hải Thịnh do NEDO, Nhật Bản tài trợ hiện cũng không hoạt động do độ cao lắp đặt tua-bin thấp dẫn đến bị che lấp bởi cây cối và các công trình xung quanh
Các tua-bin nhỏ quy mô gia đình (100 − 200 W tới 500 W) vận hành tốt hơn
do được bảo dưỡng thường xuyên Đơn vị chính sản xuất tua-bin gió loại này là Trung tâm Năng lượng Tái tạo và Thiết bị Nhiệt (RECTERE) thuộc Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Đến nay RECTERE đãchế tạo và đưa vào sử dụng hơn 900 tua-bin, trong đó khoảng 100 chiếc được lắp đặt tại hai làng thuộc tỉnh Khánh Hoà và khoảng 50 chiếc được lắp đặt tại một làng thuộc huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh Một đơn vị sản xuất tua-bin gió lọai nhỏ nữa là Viện Năng Lượng Viện Năng Lượng được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu, triển khai ứng dụng các tua-bin gió có công suất 150 W để áp dụng cho các hộ dân cư vùng sâu, vùng xa Đến nay, Viện đã chế tạo và đưa vào sử dụng khoảng 30 tua-bin gióloại này Gần đây, năm 2002, Viện đã chế tạo và đưa vào vận hành tua-bin gió công suất 3,2 kW
Bảng 2: Hiện trạng khai thác năng lượng gió ở Việt Nam
Tua-bin gió
loại gia đình
100-200 Khoảng 1.000
Kể từ năm1999
Khu vực venbiển miềnTrung
Trang 23Tuy Phong,Bình Thuận
Ngoài nhà máy điện gió của công ty REVN tại tỉnh Bình Thuận với 20 bin đã được lắp đặt thành công trong đó 12 tua-bin đã được đưa vào vận hành, còn rất nhiều dự án điện gió khác đang được triển khai ở những giai đoạn khác nhau Tại Ninh Thuận, hiện đang có 9 nhà đầu tư, cả trong nước
tua-và nước ngoài, đã đăng ký phát triển hơn 1.000 MW điện gió Tại Bình Thuận, tình hình đầu tư còn nhộn nhịp hơn với 10 nhà đầu tư đăng ký phát triển 1.541 MW Tổng cộng, có 42 dự án gió với tổng công suất 3.906 MW đang được triển khai ở những giai đoạn khác nhau Quy mô trung bình của
dự án là 95 MW với số lượng dự án có công suất từ 50 đến 100 MW chiếm
tỉ lệ lớn nhất, 38%, sau đó là dự án với công suất hơn 100 MW với 26% Một phần ba số lượng dự án có sự tham gia của nhà đầu tư nước ngoài với tổng công suất lắp đặt là 1.366 MW, hay 12 dự án trong số 42 dự án Các nhà đầu tư nước ngoài đến từ Đức, Canada, Thụy Sĩ và Agentina Tuy nhiên,ngoài dự án của công ty REVN đã được đưa vào vận hành và là một trường hợp đặc biệt, tất cả các dự án khác đều đang ở giai đoạn lập kế hoạch chờ chính sách hỗ trợ cụ thể từ Chính phủ Hiện nay, mức giá khoảng 4 US cent/kWh mà EVN trả cho điện gió là không đủ để các nhà đầu tư thực hiện
dự án Tương tự như vậy, mức giá theo chi phí tránh được cũng thấp hơn nhiều giá yêu cầu của các nhà đầu tư từ 1.800-2.500 VND/kWh
Câu 17: Các loại hệ thống điện gió
Có 2 loại hệ thống điện gió
1 Hệ thống điện gió hòa lưới
2 Hệ thống điện gió gia đình
Câu 18: Kể tên và nêu chức năng của các phần tử chính trong trang trại điện gió nối lưới.
1 Tuabin gió
2 Cột, tháp
Trang 243 Các thành phần khác của hệ thống
4 Hệ thống lưu trữ cho các hệ thống độc lập
5 Inverter cho các hệ thống hòa lưới
18.1 Tuabin gió
Các tuabin gió nhỏ có thể được phân thành hai loại:
Trục ngang và trục dọc Loại phổ biến nhất trên thị trường hiện nay là tuabingió trục ngang Các tuabin này thường có hai hoặc ba cánh, thường được chếtạo từ vật liệu tổng hợp như sợi thủy tinh Các tuabin gió trục dọc được chia làm hai nhóm: Savonius và Darrieus Một tuabin Savonius có thể nhận biết bởi thiết kế đặc trưng dạng chữ “s” Các tuabin Darrieus thì trông giống như một cái đánh trứng có các cánh dọc đứng quay trong gió
Lượng công suất mà một tuabin trục ngang sẽ sản sinh được xác định qua đường kính cánh của rotor Đường kính rotor sẽ xác định “diện tích quét” của rotor, hoặc lượng gió được cắt bởi tuabin Khung của tuabin là cơ cấu cốđịnh rotor, máy phát và đuôi Đuôi sẽ giữ tuabin luôn hứng được gió đúng chiều
18.2 Cột tháp
Do tốc độ gió tăng theo cao độ, tuabin sẽ được gắn trên một cột tháp Nhìn chung, tháp càng cao, năng lượng sản sinh từ hệ thống càng nhiều Cột tháp cũng nâng tuabin lên trên vùng nhiễu loạn không khí tồn tại gần với mặt đất
do các chướng ngại như đồi, tòa nhà, và cây cối Theo kinh nghiệm, lắp đặt tuabin gió trên cột tháp với đầu cuối của cánh rotor cao ít nhất 9 mét so với bất kỳ chướng ngại vật nào trong bán kín 90m tính từ tháp Việc tăng chiều cao tháp trong các khoản đầu tư tương đối nhỏ có thể mang lại lượng tăng sản lượng khá cao
Có hai dạng cột tháp: tự chịu lực (không giá đỡ) và kiểu dây néo Các cột tháp dây néo, có chi phí đầu tư thấp nhất, có thể bao gồm các phần dạng mạng lưới khung thép, hoặc ống (tùy thuộc vào thiết kế); hệ thống dây điện
và chân đế Loại này dễ lắp đặt hơn các cột tháp tự chịu lực Tuy nhiên, do bán kính dây néo phải bằng 1/2 đến 3/4 chiều cao tháp, các tháp kiểu dây néo yêu cầu không gian đủ rộng Mặc dù các cột tháp dạng tự chịu lực có giáthành cao hơn, nhưng ngược lại loại này mang đến khả năng thực hiện bảo dưỡng dễ dàng hơn đối với những tuabin cỡ nhỏ (thông thường 5kW hoặc nhỏ hơn) Các cột tháp tự chịu lực có thể dễ dàng hạ xuống mặt đất khi có bão và các sự kiện tự nhiên nguy hiểm khác Các cột tháp bằng nhôm
Trang 25thường dễ hư hỏng hơn, do đó nên tránh Hầu hết các nhà sản xuất tuabin cung cấp các gói trọn bộ hệ thống năng lượng gió bao gồm cả lựa chọn đa dạng các phần cột tháp.
18.3 Các thành phần khác của hệ thống.
Các chi phí khác ngoài tuabin và cột tháp là các chi phí của thành phần phụ, bao gồm các phần thiết bị và nhân công, phần này phụ thuộc vào ứng dụng của bạn Hầu hết các nhà sản xuất có thể cung cấp cho bạn một gói hệ thống bao gồm tất cả các bộ phận cần thiết cho ứng dụng của bạn Đối với trang trại điện gió hoà lưới cần nhiều nhân công vận hành sửa chữa bảo dưỡng, ngoài ra còn các loại máy móc thiết bị thay thế,…
18.4 Hệ thống lưu trữ cho các hệ thống độc lập
Các hệ thống độc lập ( các hệ thống không đấu nối với lưới điện công cộng) yêu cầu hệ thống lưu trữ để lưu trữ năng lượng dư thừa sản sinh để sử dụng khi lặng gió Chúng cũng cần đền bộ điều khiển sạc để giữ cho hệ thống lưu trữ khỏi hiện tượng quá nạp Các hệ thống lưu trữ có độ xả sâu, như các hệ
sử dụng trong xe điện sân golf, có thể xả và nạp lại 80% dung lượng hàng trăm chu kỳ, khiến chúng trở thành lựa chọn tốt cho các hệ thống năng lượngtái tạo ở các vùng xa xôi
18.5 Inverter cho các hệ thống hòa lưới
Trong các hệ thống hòa lưới, thiết bị bổ sung duy nhất cần đến đó là thành phần điều hòa công suất – inverter, có tác dụng chuyển đổi đầu ra của tuabinphù hợp với các thông số lưới điện công cộng Không yêu cầu các hệ thống lưu trữ
Câu 19: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tuabin gió.
19.1 Cấu tạo của tuabin điện gió.
Động cơ Tuabin điện gió được xem như một chiếc máy phát điện sử dụng sức gió Chi tiết quan trọng nhất vẫn là chiếc motor điện một chiều Thiết bị này sẽ dùng cánh quạt cùng với nam châm có độ để đón lấy gió Tuabin bao gồm:
Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió Chúng có trách nhiệm truyền
dữ liệu của tốc độ gió đi tới bộ phận điểu khiển
Trang 26Blades: Đây là cánh quạt, khi gió thổi sẽ tạo lực vào cánh quạt Làm
quay trục của động cơ tuabin và sau đó là dẫn tới các chuyển động liên hoàn của hệ thống tuabin điện gió
Brake: Bộ hãm (hay còn được gọi là phanh), chúng dùng để dừng
hoạt động motor trong trường hợp khẩn cấp
Rotor: Bộ phận này bao gồm các cánh quạt và trục.
Controller: Bộ điều khiển.
Gear box: Bộ phận hộp số Trong bộ phần này, phần bánh răng của hệ
thống sẽ được nối với trục tốc độ cao và trục tốc độ thấp Bánh răng này không thể thiếu và chúng khá đắt tiền
Generator: Bộ phận máy phát để phát ra nguồn điện
High – speed shaft: Là trục chuyển động tốc độ cao của một máy
phát
Low – speed shaft: Ngược với High – speed shaft đó là trục chuyển
động tốc độ thấp
Nacelle: Đây là phần vỏ của động cơ Bao gồm lớp vỏ bọc ngoài và
vỏ của Rotor Được dùng để là
lớp bảo vệ, che chở cho các thành phần chi tiết cấu tạo bên trong của động cơ
Pitch: Đây là bộ phận giữ cho rotor có thể tạo ra điện khi chúng quay
trong gió
Trang 2719.2 Nguyên lý hoạt động của tuabin điện gió
Các turbine gió sẽ hoạt động, chuyển năng lượng của gió thành năng lượng
cơ học và phát ra điện Turbine gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc độ quay nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường.Turbine 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
Hiện có 2 loại turbine gió, được lắp đặt trên đất liền hoặc ngoài khơi Tháp turbine gió có thể lên tới 100m Turbine gió có thể cấu tạo từ 2 hoặc 3 cánh quạt, chiều dài cánh từ 35-60m Được thiết kế có thể quay dưới tác động củasức gió từ 10km/h trở lên Tốc độ gió tối ưu là 50km/h Tuy nhiên, khi gió quá mạnh (trên 90km/h), turbine gió sẽ ngưng hoạt động để đảm bảo an toàn
Khi cánh quạt quay, nó khởi động trục quy tốc độ thấp bên trong vỏ turbine Tốc độ quay của trục từ 30-60 vòng/ phút chưa đủ để tạo ra điện Nhưng trụcquay sẽ liên kết với hộp số bên trong làm tốc độ quay tăng cao lên tới 1.200-1.500 vòng/ phút Trục quay thứ 2 này liên kết trực tiếp với máy phát điện Máy phát có nhiệm vụ biến đổi động năng thành điện năng Điện sau đó
Trang 28được đưa tới trạm biến áp qua hệ thống dây điện hoặc cáp ngầm để tăng áp trước khi hòa vào lưới điện.
Câu 20:Cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc điểm của máy phát điện gió
20.1 Cấu tạo của máy phát điện gió
1 Phần tĩnh (stato)
Được gọi là phần cảm, thường làm bằng thép đúc để dẫn từ đồng thời là thânmáy, trên thân có hàn chân máy, móc treo Những máy lớn có loại đúc bằng gang, thân máy liền chân có gắn tăng cường Phía trong được lắp các cực từ lồi, bắt chặt vào thân máy bằng bu lông Có hai loại cực từ: cực từ chính và cực từ phụ
2 Phần quay (roto)
Được gọi là phần ứng có lắp trục và vòng bi ở hai đầu trục Lõi thép phần ứng có dây quấn nối ra cổ góp điện, khe hở không khí giữa phần tĩnh và phần quay
20.2 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện gió
Máy phát điện gió có nguyên lý hoạt động khá đơn giản Khi turbine gió hoạt động, chúng chuyển năng lượng gió thành cơ năng và từ cơ năng này biến đổi ra điện
Thông thường các Turbine gió được đặt trên trụ cao để có thể đón năng lượng gió mạnh hơn giúp tốc độ quay nhanh hơn
Khi gió thổi, lực gió sẽ tác động vào làm cánh quạt quay Nhờ đó phần cơ
Trang 29năng được tạo ra.
Từ cơ năng đó, các bộ phận chuyển động khác bên trong Turbine gió sẽ kết nối với truyền động bên trong và làm quay trục máy phát điện tao ra nguồn điện
20.3 Đặc điểm của máy phát điện gió
Chi phí lắp đặt ban đầu cao Vì thế đây được xem là một hạn chế khi sử dụng loại năng lượng này
Rất phụ thuộc vào vị trí địa lý, những nơi gặp vật cản chắn gió thì sẽ không
Trang 30(hình ảnh minh hoạ máy phát điện gió)
Câu 21: Những yếu tố ảnh hưởng đến công suất của tuabin gió.
1 Sức gió
Gọi:
P= sức gióV= tốc độ gióF= lực thổiVậy: P=kVFVới k là hằng số
Tốc độ gió càng nhanh và lực thổi của gió càng mạnh thì năng lượng gió do tuabin tạo ra càng lớn
Các vùng khác nhau có tốc độ gió khác nhau Do đó, ta dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa tốc độ gió và nặng lượng gió tạo ra bởi tuabin
Trang 31lần( khoảng cách càng lớn thì lượng gió đón được càng nhiều, tương tự như việc thả diều càng cao thì diều càng dễ bay và ổn định)
3 Độ cản gió
Gió bị cản bởi các yếu tố địa hình như đồi núi, cây cối, nhà cửa,… làm ngăn
sự lưu thông của các dòng không khí tự do Để xem xét độ khả thi của một vùng, nên đặt cột đo gió trong vòng ít nhất 1 năm
4 Động lực học – cánh quạt
Hình dạng cánh cần được chọn cho chính xác để đạt hiệu suất tối đa Lực nâng với một cánh gió phụ thuộc rất lớn vào góc đập( góc giữa cánh gió và hướng gió tương đối)
Khi góc gió đập quá lớn sẽ sinh ra rối loạn, làm tăng lực đẩy ngang và giảm lực đẩy nâng
Việc tính toán góc nghiêng và hình dạng cánh quạt rất phức tạp và đóng vai trò chủ chốt trong việc tạo ra được ít hay nhiều momen xoắn tại trục, từ đó quyết định công suất thu được dựa trên lượng gió đã có
5 Nhiệt độ không khí.
Năng lượng của tuabin gió sẽ tăng 16% khi nhiệt độ giảm từ 20°C xuống -20
°C với một tốc độ gió như nhau Không khí lạnh hơn thì khối lượng riêng,
do đó làm tăng năng lượng gió
Câu 22: Yêu cầu kỹ thuật khi kết nối nguồn điện gió với lưới.
22.1 Công suất đặt cực đại của điện gió (Maximum Wind Power installation)
Khả năng tải của máy biến áp, cáp, dây dẫn, thiết bị chuyển mạch được sử dụng để xác định mức công suất cực đại của điện gió có thể lắp đặt
Ví dụ :Ở Italia, yêu cầu công suất lắp đặt của điện gió không vượt quá 65% công suất khu vực kết nối Trong khi đó, ở Tây Ban Nha yêu cầu này không vượt quá 50% Giới hạn công suất mạch cũng được sử dụng như một tiêu chuẩn Công suất ngắn mạch của mạng điện gió được bổ sung thêm không được vượt quá khả năng của các thiết bị chuyển mạch Cấp điện áp cũng được xác định như một tiêu chuẩn để xác định công suất cực đại của máy phát điện gió
Trang 3222.2 Cấp điện áp kết nối điện gió.
Do công suất phát hạn chế, điện gió thường được kết nối với mạng trung áp
và hạ áp Tuy nhiên, không có mức giới hạn điện áp cực đại khi kết nối điện gió
Cấp điện áp được sử dụng như là một yêu cầu cho phối hợp bảo vệ và mức công suất danh định, vị trí kết nối
Trong trường hợp kết nối với lưới trung áp, máy biến áp có thể được yêu cầulàm nhiệm vụ bảo vệ điện gió, do điện gió có thể tiêu thụ công suất phản kháng, đồng thời ngăn ngừa dòng thứ tự "không" và hạn chế dòng ngắn mạch
Nói chung, ở các nước, với quy mô điện gió tập trung nhỏ hơn 20MW đều được kết nối lưới điện trung áp, sau đó kết nối với lưới điện truyền tải
22.3 Chất lượng điện năng
1 Sóng hài (Harmonic)
Bậc của sóng hài sinh ra bởi điện gió yêu cầu không được gây ra các nhiễu loạn trong lưới điện phân phối Tổng độ méo toàn phần (Total Harmonic Distortion -THD) được yêu cầu nhỏ hơn 5% Theo IEEE 519-1992 đã yêu cầu các giá trị khác nhau của sóng hài và tổng độ méo toàn phần (bảng 1)Bảng 1 Giới hạn dòng hài theo IEEE 519-1992
Trang 33sóng hài, phụ thuộc vào cấu trúc bộ dây quấn, mạch từ… và làm thay đổi độméo toàn phần (THD) của mạng điện Theo Thông tư số 32 (năm 2007 của
Bộ Công nghiệp cũ nay là Bộ Công Thương), giá trị cực đại cho phép (theo
% điện áp danh định) của THD điện áp gây ra bởi các thành phần sóng hàibậc cao đối với các cấp điện áp được quy định tại bảng 2
Bảng 2 Giới hạn dòng hài theo Thông tư 32
Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng
Bảng 3: Yêu cầu đối với bảo vệ của nhà máy phát điện gió
Trang 34Hạ áp Điện áp
U >1.06 pu:
cắt tức thời
U < 0.5-0.85 pu: cắt sau 1.5s
Tần số
f < 49.5 Hz hoặc f > 50.5 Hz:cắt tức thời
Điện áp
U < 0.5: cắt sau 0.16s U>1.2 Pu: cắt sau 0.16s.
Tần số:
Với máy phát
< 30 kW
f > 60.5 Hz : cắt sau 0.16s
f < 59.3 Hz: cắt sau 0.16s Máy phát
> 30kW
f > 60.5 Hz: cắt sau 0.16s (59.8 - 57) Hz:
cắt sau (0.16-3.0s)
f < 57 Hz: cắt sau 0.16s
Điện áp
U < 0.85 Pu hoặc > 1.15 Pu:
cắt tức thời.
Tần số:
f <47.5 Hz hoặc f>51.0 Hz: cắt tức thời
Trung áp Điện áp
U < 0.25-0.5
pu hoặc U >
1.1 Pu:cắt tức thời.
U < 0.5-0.85 pu: cắt sau 1.5s
Tần số
f < 49.5 hoặc
> 50.5 Hz: cắt tức thời
3 Hệ số công suất (Power factor)
Hầu hết các máy phát điện gió đều vận hành với hệ số công suất đồng nhất (cosφ =1) Trong vận hành thường, các máy này đều yêu cầu có lắp đặt các
bộ tụ bù Việc lắp đặt tụ bù được thực hiện ngay tại máy phát Tiêu chuẩn kỹthuật của C.H Pháp yêu cầu các máy phát điện gió công suất lớn (trường hợpnày là các máy phát đồng bộ) phải có khả năng phát và tiêu thụ công suất phản kháng đến một giá trị nhất định nào đó Máy phát điện gió sử dụng máy điện đồng bộ thích hợp cho việc duy trì hệ số công suất để điều khiển điện áp tại điểm kết nối chung (PCC) Đối với điện gió sử dụng máy phát
Trang 35không đồng bộ thì yêu cầu hệ số công suất phải cao hơn 0,86 Ở nước ta có quy định các tổ máy phát điện không đồng bộ phải được trang bị các tụ bù
để đảm bảo hệ số công suất tối thiểu bằng 0,90
4 Dòng điện một chiều (Direct Current - DC)
Dòng điện một chiều DC đưa vào lưới điện từ máy phát điện gió loại nhỏ là một vấn đề được quan tâm Việc xuất hiện dòng DC làm tăng thêm sự bão hòa các thành phần từ hóa lõi thép các máy biến áp Theo tiêu chuẩn IEEE
1547, dòng điện một chiều đưa vào lưới từ các máy phát điện này phải nhỏ hơn 0,5 % dòng định mức của máy phát tại điểm kết nối Theo quy định của Vương quốc Bỉ, giá trị dòng DC đưa vào lưới phải nhỏ hơn 1,0% dòng định mức; nếu cao hơn 1,0% thì phải được loại trừ sau 2 giây
5 Bảo vệ (Protection)
Hầu hết các nước đều chưa có các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật cho các máy phát làm việc độc lập Các máy phát điện gió đều phải tách lưới khi lưới điện chính không cung cấp điện hoặc khi có sự cố nặng nề Khi giá trị điện áp và tần số vượt ra khỏi phạm vi cho phép (Xem bảng 3), các máy phátđiện gió đều phải ngừng hoạt động trong khoảng thời gian khôi phục sự cố Tiêu chuẩn IEEE 1547 coi các máy phát điện gió công suất nhỏ có ít tác động đến hệ thống Tuy nhiên, những máy phát có công suất trên 30 kW có thể sẽ có những tác động đáng kể đến lưới điện phân phối, yêu cầu này đượctính đến sẽ cho phép người vận hành thiết lập, điều chỉnh rowle tần số thấp
6 Tự động đóng lại
Với nguồn điện gió nối lưới truyền tải mà khi có sự cố trên lưới truyền tải, các máy phát điện gió sẽ được yêu cầu cắt ra khỏi lưới Tiêu chuẩn kỹ thuật của Italia quy định, thời gian đóng lại sau 2 giây đối với lưới 150 kV; 2,6 giây đối với lưới 220 kV và 4 giây đối với lưới 380 kV Tuy nhiên, trong khi70-95% sự cố là thoáng qua, thì việc yêu cầu cắt điện gió ra khỏi lưới có thể
là không thật cần thiết, miễn là hệ thống vẫn chịu được những tác động này.Nói chung, các điện gió không bị ảnh hưởng bởi việc tự động đóng lại Các phản ứng của điện gió cần được kết hợp với các thiết bị bảo vệ độc lập, ngănngừa các hư hại có thể ảnh hưởng tới các hệ thống khác Theo IEEE 1547,
Trang 36máy phát điện gió sẽ tạm ngừng hoạt động khi tự động đóng lại đã khôi phụctrở lại Yêu cầu này được đưa ra nhằm ngăn ngừa sự mất đồng bộ trong khoảng thời gian này, ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ quá dòng hoặc để tránh
hư hại tới các máy biến áp và bản thân điện gió Ở Đức, thời gian tác động của bảo vệ phải ngắn hơn thời gian tự động đóng lại Ở Tây Ban Nha, máy phát điện gió được đấu nối trở lại nếu điện áp tại điểm PCC không nhỏ hơn 0,85 pu với thời gian t < 3 phút
7 Hoà đồng bộ
Việc đấu nối phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến chế độ vận hành của mạng điện Để có thể hòa đồng bộ điện gió với lưới điện, điện áp của điện gió và điện áp của lưới điện phải có cùng điện áp, tần số, thứ tự pha và góc pha Nếu hội tụ đủ những điều kiện này, điện gió có thể được hòa đồng bộ với lưới với mức điện áp dao động nằm trong phạm vi ±5% tại điểm kết nối chung Điện gió có thể được kết nối với lưới thông qua các bộ nghịch lưu với mức điều khiển tăng dần từ không tải lên đến đầy tải Bộ nghịch lưu có thể được bố trí nối tiếp (dãy) hoặc song song
Máy phát không đồng bộ thường yêu cầu điện năng từ phía lưới để duy trì từtrường quay giữa stato và roto Do vậy nó luôn phải vận hành song song với lưới điện, các bộ tụ bù sẽ được đặt ngay tại máy phát để cung cấp công suất phản kháng và duy trì hệ số công suất không đổi Việc kết nối điện gió với lưới được thực hiện nếu mức suy giảm điện áp nhỏ hơn giới hạn cho phép trong thời gian quy định
Việc hòa đồng bộ qua bộ nghịch lưu nối tiếp (dãy) thường yêu cầu duy nhất
về điện áp, tần số và góc pha được thiết lập trong thời gian kết nối Còn việc hòa đồng bộ của các bộ nghịch lưu song song có yêu cầu tương tự như bất
kỳ một hoạt động hòa đồng bộ khác: điện áp, góc pha, tần số Trong bảng 4
và 5 quy định các điều kiện cần thiết để hòa đồng bộ các máy phát đồng bộ
và không đồng bộ vào lưới
Trang 37ΔU,Δf,Δδ: phải có giá trịsao cho không gây ra cácbiến đổi đột ngột nào >
5% giá trị danh định
ΔU=±10%Δf=±0.1HzΔδ=±100
Bảng 4 Quy định khi hòa đồng bộ máy phát điện gió sử dụng máy phát đồng
Bảng 5: Quy định về mức suy giảm điện áp khi hòa đồng bộ máy phát điện gió
sử dụng máy phát điện không đồng bộ
Trang 388 Kết luận
Nói chung, các tiêu chuẩn kỹ thuật đều có sự khác nhau, điều đó làm khó khăn và tăng thêm tính phức tạp trong việc triển khai và tiêu chuẩn hóa trên phạm vi toàn cầu Nếu có một tiêu chuẩn chung cho điện gió sẽ góp phần nâng cao chất lượng điện năng, đẩy mạnh việc phát triển điện gió trong các thị trường điện trong tương lai Các yêu cầu về kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nốivới các máy phát điện gió với lưới điện đang gặp nhiều khó khăn
Do vậy, việc nghiên cứu tổng thể các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kết nối các máy phát điện gió với hệ thống điện ở nước ta để đảm bảo việc xây dựng
và vận hành lưới điện an toàn, kinh tế là công việc cần thiết
Câu 24: Ưu nhược điểm của hệ thống điện gió
24.1 Ưu điểm
1 Xanh
Đây là một nguồn năng lượng xanh Khai thác năng lượng gió không gây ô nhiễm môi trường nhiều như nhiên liệu hóa thạch, than và năng lượng hạt nhân
Đúng là việc sản xuất, vận chuyển và lắp đặt tuabin gió góp phần làm cho trái đất nóng lên một chút, nhưng bản thân việc sản xuất điện không liên quan đến bất kỳ sự phát thải nào của khí hậu
Có một số vấn đề môi trường liên quan đến năng lượng gió mà chúng ta sẽ thảo luận trong phần nhược điểm
2 Tiềm năng to lớn
Như đã đề cập trong phần giới thiệu của bài viết này, tiềm năng của năng lượng gió là hoàn toàn rất lớn Một số nhóm nghiên cứu độc lập đã đi đến kết luận tương tự: Tiềm năng ciuar chúng trên toàn thế giới là hơn 400 TW (terawatt)
Khai thác năng lượng gió có thể được thực hiện ở hầu hết mọi nơi Liệu một nguồn lực có khả thi về mặt tài chính hay không là một câu hỏi khác
3 Tái tạo
Trang 39 Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo Gió là tự nhiên xảy ra, Chúng thực sự bắt nguồn từ các quá trình tổng hợp hạt nhân diễn ra trên mặt trời.
Khi nào mặt trời vẫn chiếu sáng (đừng lo, theo các nhà khoa học, nó sẽ tồn tại thêm 6-7 tỷ năm nữa), chúng ta sẽ vẫn còn khai thác năng lượng gió trên trái đất Đây không phải là trường hợp đối với nhiên liệu hóa thạch (ví dụ như dầu và khí tự nhiên), mà xã hội chúng ta phụ thuộc rất nhiều vào ngày nay
4 Không gian hiệu quả
Các tuabin gió lớn nhất có khả năng tạo ra đủ điện để đáp ứng nhu cầu năng lượng của 600 ngôi nhà trung bình Các tua-bin gió có thể được đặt gần nhau, không gian còn lại vẫn được sử dụng cho những mục đích khác Đây
là lý do tại sao nhiều trang trại sẽ được hưởng lợi nhiều hơn từ việc lắp đặt
các tuabin gió.
5 Tăng trưởng nhanh
Mặc dù năng lượng gió chỉ chiếm khoảng 2,5% tổng sản lượng điện trên toàn thế giới, công suất này vẫn đang tăng với tốc độ đáng kinh ngạc 25% mỗi năm (2010) Điều này không chỉ đóng góp trong cuộc chiến chống lại sựnóng lên toàn cầu, mà còn giúp giảm chi phí
6 Giá đang giảm:
Giá đã giảm hơn 80% kể từ năm 1980 nhờ những tiến bộ công nghệ và nhu cầu gia tăng, giá cả dự kiến sẽ tiếp tục giảm trong tương lai gần
7 Chi phí hoạt động thấp:
Nói chung là chi phí để vận hành nguồn năng lượng này thấp Tuy nhiên, không phải mọi tuabin gió đều được tạo ra như nhau – một số dễ bị bảo trì hơn những cái khác
