QUẢN lý các NGUỒN NĂNG LƯỢNG tái tạo

Năng lượng tái tạo được chia thành các loại chính sau:  Nguồn gốc từ bức xa mặt trời: Năng lượng mặt trời, gió, Thủy triều, sóng biển, thủy điện.. Tuynhiên hầu hết năng lượng mặt trời c

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

ĐỀ TÀI:

QUẢN LÝ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

GVHD: TS LÊ THANH HẢI

SVTH: NGUYỄN THỊ VIỆT HUỆ

NGUYỄN THỊ Ý NHI

LÊ THỊ TRẦM HƯƠNG

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2010

MỤC LỤC

TỔNG QUAN 3

LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 4

1 Định nghĩa năng lượng tái tạo: 4

2 Phân loại năng lượng tái tạo 4

2.1.1 Khái niệm 4

2.1.2 Nguyên tắc tận thu năng lượng mặt trời 5

2.2 Năng lượng Gió 7

2.2.1 Khái niệm 7

2.2.2 Sự hình thành năng lượng gió 8

2.2.3 Nguyên tắc tận thu năng lượng gió 8

2.3 Năng lượng thủy điện 11

2.3.1 Khái niệm 11

2.3.2 Nguyên tắc tận thu năng lượng thủy điện 11

2.4 Năng lượng Sóng biển 13

2.4.1 Khái niệm 13

2.4.2 Nguyên tắc tận thu năng lượng sóng biển 13

2.5 Năng lượng Thủy triều 14

2.5.1 Khái niệm 14

2.5.2 Quá trình hình thành triều 14

2.5.3 Nguyên tắc tận thu năng lượng thủy triều 16

2.6 Năng lượng Địa nhiệt 17

2.6.1 Khái niệm 17

2.6.2 Những phương pháp sử dụng năng lượng địa nhiệt 18

2.6.3 Nguyên tắc tận thu năng lượng địa nhiệt 18

2.7 Năng lượng Sinh học 21

2.7.1 Khái niệm 21

2.7.2 Nguyên tắc tận thu năng lượng sinh học 21

HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 23

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO - TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN TẠI VIỆT NAM 27

1 Năng lượng mặt trời 27

2 Năng lượng gió 27

3 Năng lượng sóng biển 27

4 Năng lượng Thủy điện 27

5 Năng lượng Địa nhiệt 27

6 Năng lượng sinh học 29

6.1 Sinh khối 29

6.2 Khí sinh học 29

6.3 Nhiên liệu sinh học 30

QUẢN LÝ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TIỀM NĂNG NHẤT TẠI VIỆT NAM 31

TỔNG QUAN

Hiện nay trên thế giới đang hối hả phát triển, ứng dụng nguồ n nă ng lượng tái tạovì:

 Năng lượng truyền thống (than, dầu,…) sắp cạn kiệt

 Nguồn cung cấp biến động về giá cả

 Phát thải hiệu ứng nhà kính gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu

 Nă ng lượng truyền thống gây ô nhiễm môi trường

 Sử dụng năng lượng truyền thống gây ra các tai họa như hạn hán, lũ lụt xảy ratrên toàn cầu

 Nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng

Nguồn năng lượng tái tạo được các quốc gia trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng vì nó

có những ưu điểm sau:

 NLTT sử dụng nguồn năng lượng có sẵn trong thiên nhiên và không gây ô nhiễmmôi trường

 NLTT giảm lượng ô nhiễm và khí thải từ các hệ thống NL truyền thống

 Sử dụng NLTT sẽ làm giảm hiệu ứng nhà kính

 Góp phần vào việc giải quyết vấn đề năng lượng

 Giảm bớt sự phụ thuộc vào sử dụng nhiên liệu hóa thạch

LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1. Định nghĩa năng lượng tái tạo:

Đây là dạng năng lượng mà nguồn nhiên liệu của nó liên tục được tái sinh từ nhữngquá trình tự nhiên Mặt trời là một nguồn cung cấp sức nóng, ánh sáng, gió…gầnnhư vô tận cho trái đất chúng ta Hơi ấm từ lòng đất, nước chảy trên bề mặt quả địacầu….tất cả là một nguồn nhiên liệu vô cùng tận đang chờ con người sử dụng thíchhợp để phục vụ cho đời sống về lâu dài

2. Phân loại năng lượng tái tạo

Căn cứ vào nguồn gốc hình thành các quá trình động học trong tự nhiên Năng lượng tái tạo được chia thành các loại chính sau:

 Nguồn gốc từ bức xa mặt trời: Năng lượng mặt trời, gió, Thủy triều, sóng biển, thủy điện

1 Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khíquyển của trái đất Gió được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóngkhí quyển, trái đất xoay quanh mặt trời Vì vậy nă ng lượng gió là hìnhthức gián tiếp của nă ng lượng mặt trời

2 Sóng đại dương sinh ra do gió, gió gây ra bởi mặt trời (chuyển động củacác khối khí do chênh lệch nhiệt độ v.v ) Vì vậy, năng lượng sóng đượcxem như dạng gián tiếp của năng lượng Mặt Trời

3 Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên quả đất, trong đóảnh hưởng của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn Có hai lần triều cao vàthấp trong một ngày (do sự tự quay của trái đất quanh trục của nó)

 Năng lượng sinh học

 Nguồn gốc từ nhiệt năng của trái đất: Địa nhiệt

2.1 Năng lượng Mặt trời

2.1.1. Khái niệm

NLMT Là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với mộtphần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt trời

2.1.2. Nguyên tắc tận thu năng lượng mặt trời

Nguyên tắc thu năng lượng mặt trời làm Pin mặt trời

Cấu trúc 1 tấm pin

Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:

1 Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi nănglượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mứcnăng lượng cao hơn

2 Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xảy ra khinăng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức nănglượng cao hơn.

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electrontrong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thườngđược kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khielectron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do dichuyển trong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là "lỗ trống"

Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đếnđiền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗtrống" Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn

Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electronlớp ngoài cùng dẫn điện Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic Tuynhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn lànăng lượng điện sử dụng được

Sơ đồ nguyên lý một hệ thống tận thu năng lượng mặt trời nói chung:

Sơ đồ nguyên lý một hệ thống năng lượng mặt trời

2.2 Năng lượng Gió

2.2.1. Khái niệm

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển củatrái đất Gió được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, trái đấtxoay quanh mặt trời Vì vậy nă ng lượng gió là hình thức gián tiếp của nănglượng mặt trời

Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra nănglượng cơ hoặc điện Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành nănglượng cơ Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như làbơm nước hoặc các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có thể chuyểnđổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện

2.2.2. Sự hình thành năng lượng gió

Bức xạ mặt trờichiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho bầu khíquyển, nước và không khí nóng không đồng đều → khác nhau về nhiệt độ và ápsuất → tạo ra gió

2.2.3. Nguyên tắc tận thu năng lượng gió

Thiết bị chủ yếu để tận thu năng lượng gió đó là tuabin gió:

a) Cấu tạo tuabin gió:

Bao gồm các phần chính sau đây:

- Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu

khiển

- Blades: Cánh quạt Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các

cánh quạt chuyển động và quay

- Brake: Bộ hãm (phanh) Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện,

bằng sức nước hoặc bằng động cơ

- Controller: Bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió

khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơkhoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể phátnóng

- Gear box: Hộp số Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ

cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc

độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện Bộ bánh răngnày rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió

- Generator: Máy phát Phát ra điện

- High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao.

- Low - speed shaft: Trục quay tốc độ thấp.

- Nacelle: Vỏ Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh trụ và

bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator, controller, andbrake Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ Một số vỏ phải đủrộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc

- Pitch: Bước răng Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay

trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện

- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.

- Tower: Trụ đỡ Nacelle Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép.

Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượnggió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn

- Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với "yaw drive" để định hướng tuabin

gió

- Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự

thay đổi hướng gió

- Yaw motor: Động cơ cung cấp cho "yaw drive" định được hướng gió.

b) Các kiểu tuabin gió hiện nay:

Các tuabin gió hiện nay được chia thành hai loại:

- Một loại theo trục đứng giống như máy bay trực thăng.

- Một loại theo trục ngang

Các loại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi Ngày nay tuabin gió 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi

c) Công suất các lại tuabin gió:

Dãy công suất tuabin gió thuận lợi từ 50 kW tới công suất lớn hơn cỡ vài MW Để

có dãy công suất tuabin gió lớn hơn thì tập hợp thành một nhóm những tuabin vớinhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện

Các tuabin gió loại nhỏ có công suất dưới 50kW được sử dụng cho gia đình.Viễn thông hoặc bơm nước đôi khi cũng dùng để nối với máy phát điện diezen, pin

và hệ thống quang điện Các hệ thống này được gọi là hệ thống lai gió và điển hình

là sử dụng cho các vùng sâu vùng xa, những địa phương chưa có lưới điện, nhữngnơi mà mạng điện không thể nối tới các khu vực này.

d) Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió:

Các tuabin gió tạo ra điện như thế nào? Một cách đơn giản là một tuabin gió làmviệc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạtđiện 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 làmcho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trụcchính 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 méttrên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bấtthường

Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng cóthể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn

Nhìn từ phía ngoài vào một xưởng năng lượng gió thấy được một nhóm các tuabin làm việc và tạo ra điện nhờ các đường dây tiện ích như thế nào? Điện được truyền qua dây dẫn phân phối từ các nhà, các cơ sở kinh doanh, các

Cấu tạo tua bin phong điện

Đa số năng lượng thuỷ điện có

tích tại các đập nước làm quay

phát điện Kiểu ít được biết

nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều Thuỷđiện là nguồn năng lượng có thể hồi phục

2.3.2. Nguyên tắc tận thu năng lượng thủy điện

Nước được lưu trữ lại trong hồ bởi những đập ngăn nước khổng lồ Khi nước đượcrơi tự do từ độ cao sẽ tạo một khối năng lượng nhất định tượng ứng với khối lượngcủa nước và tỷ lệ với lực hút trái đất và độ cao Khối năng lượng đó sẽ quay cánhquạt của máy phát điện (thế năng của nước lúc này chuyển hóa thành động năng) vàtạo ra điện năng để sử dụng

Quy trình thực hiện 1 dự án thủy điện:

Bước 1: Khảo sát vị trí địa lý tại nơi thực hiện dự án

Bước 2: Chọn tuabin

Bước 3: Chọn máy phát: Việc chọn máy phát phụ thuộc vào các tham số như: tần

số, điện áp và hệ số công suất được xác định bỡi lưới truyền tải

Thủy điện tích năng (TĐTN)

a) Khái niệm

Nhà máy TĐTN là nhà máy thủy điện kiểu bơm tích lũy

- Nhà máy TĐTN sử dụng điện năng của các nhà máy điện phát non tải trong hệHTĐ vào nhữ ng giờ thấp điểm phụ tải đêm hoặc một số giờ ở phần lưng của đồ thịphụ tải của HTĐ để bơm nước từ bể nước thấp lên bể cao

- Vào những giai đoạn đỉnh phụ tải của HTĐ, nhà máy TĐTN sẽ sản xuất điện năngnhờ dẫn nước từ bể cao xuống theo các đường ống dẫ n đế n các tổ máy thuỷ lựcđược đưa vào vận hành ở chế độ tuabin Điện năng sản xuất ra được đưa vào hệthống điện, còn nước được tích luỹ trong bể cung cấp

- Năng lượng được tích luỹ của nhà máy TĐTN phụ thuộc vào dung tích bể cao vàcột nước công tác

1 – Bể chứa trên cao

- Các hồ chứa có diện tích nhỏ (dưới 1km2), giảm thiểu tác động đến môi trường

tự nhiên và si nh thái trong xây dựng nhà máy

- Ngoài hai hồ chứa, tất cả công trình khác đều nằm trong lòng đất nên ít có tácđộng đến cảnh quan xung quanh

b Về kinh tế

- Đầu tư xây dựng ban đầu mà không tố n chi phí cho nhiên liệu như các nguồ n nă

ng lượng khác

c Về hiệu suất hệ thống điện

- Điều chỉnh tần số và điện áp của hệ thống điện rất hiệu quả

- TĐTN là phương án dự trữ năng lượng an toàn và tiết kiệm nhất

2.4 Năng lượng Sóng biển

2.4.1. Khái niệm

Sóng đại dương sinh ra do gió, gió gây ra bởi mặt trời (chuyển động của các khốikhí do chênh lệch nhiệt độ v.v ) Vì vậy, năng lượng sóng được xem như dạng gián

tiếp của năng lượng Mặt Trời.

Gió thổi trên mặt biển tạo ra những cơn sóng không ngừng Đây là một nguồn nănglượng dồi dào nhưng lại trải rộng nên khó gom tựu chúng lại để chuyển đổi sangnăng lượng hữu ích

2.4.2. Nguyên tắc tận thu năng lượng sóng biển

Các thiết bị tận thu năng lượng song biển

a) Thiết bị Pelamis

Pelamis là một hệ thống phao, gồm một loạt các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nốivới nhau bằng bản lề Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác độngmạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện Hàng loạt thiết bịtương tự sẽ kết nối với nhau, khiến turbin hoạt động liên tục Dòng điện đượctruyền qua dây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cungcấp cho hộ sử dụng Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếmdiện tích mặt biển là 1 km²

Pelamis neo ở độ sâu chừng 50-70m; cách bờ dưới 10km, là nơi có mức năng lượngcao trong các con sóng Pelamis gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi modul có

hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng bộ Mỗi thiết bị pelamis có chiều dài 150m và đường kính ống 3-3,5m, có thể cho công suất 750kW

140-b) Hệ thống phao tiêu

Hệ thống phao nổi AquaBuOY: AquaBuOY là một hệ thống phao nổi, có nguyên lýhoạt động nhằm biến đổi năng lượng động học của chuyển động thẳng đứng do cácđợt sóng biển tạo ra năng lượng điện sạch Nhờ việc trồi lên, ngụp xuống của sóngbiển làm hệ thống phao nổi dập dềnh lên xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyểnđộng, tạo ra dòng điện Điện dẫn qua hệ thống cáp ngầm đưa lên bờ, hòa vào lướiđiện Mỗi phao tiêu có thể đạt công suất tới 250kW, với đường kính phao 6m Nếutrạm phát điện có công suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km² mặt biển

Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như chiếc bơm bình thường, khi sóngnén, nước biển phọt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp, làm quay turbin, điệnthu được, dẫn qua cáp ngầm vào bờ để hòa chung vào lưới điện Ngoài ra trên các Aqua BuOY, đặt các tấm pin mặt trời; turbin gió nhỏ nhằm tạo ra

nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn đoán gắn trong Aqua BuOY Tất cả dữ liệu

về thiết bị đều được truyền bằng công nghệ không dây, vệ tinh về khu vực điềuhành Hệ thống Aqua BuOY thường lắp đặt cách bờ chừng 5km ở nơi biển có độsâu 50m

Hệ thống phao tiêu chìm AWS: Công ty AWS Ocean Eneny, Scotland đã phát minh

ra hệ thống máy phát điện mới nhằm biến chuyển động sóng thành điện năng Khácvới những hệ thống đang tồn tại, đây là hệ thống phao tiêu nằm chìm dưới mặtnước, nên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu trên mặt biển Hệ thống phaotiêu ngầm giống như những quả ngư lôi dưới mặt nước biển chừng 50m mà vẫn tạo

ra điện năng nhờ sóng biển

Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm củaAWS (Aschimedes Wave Swing) đã chế tạo bằng vật liệu sử dụng như dàn khaithác dầu mỏ ngoài khơi, được đặt ở độ sâu yên tĩnh Hệ thống tạo ra năng lượng nhờsóng biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước

Hệ thống phao tiêu AWS là một xi lanh dài 35 mét, rộng 10 mét chứa khí nén bêntrong khiến phao không chìm, nửa trên chỉ chuyển động theo chiều thẳng đứng Khisóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước và phần bêntrên hệ thống bị đẩy xuống dưới Giữa hai đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất hạtheo làm nổi lên phần trên của hệ thống Chuyển động bơm biến thành điện năng.Điện được chuyển tải qua cáp ngầm, lên hòa vào lưới điện quốc gia

2.5 Năng lượng Thủy triều

Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày

Thủy triều cực đại (triều cường-khi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lớn nhất-lúc đó mặttrăng, mặt trời và trái đất giống như thẳng hàng) xảy ra ngay sau khi trăng tròn vàtrăng non, có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ (hình 8.1)

Thủy triều kiệt (khi ảnh hưởng của sức hút thấp nhất-khi đường thẳng nối trái đất vàmặt trăng tạo thành góc 90 độ với đường thẳng nối trái đất và mặt trời), (hình 8.2).

2.5.3. Nguyên tắc tận thu năng lượng thủy triều

Năng lượng thủy triều ứng dụng dòng thủy triều lên xuống để quay cánh quạt chạymáy phát điện Đây cũng là một dạng năng lượng có nguồn nhiên liệu vô tận vàmiễn phí Loại mô hình này không sản sinh ra chất thải gây hại môi trường vàkhông đòi hỏi sự bảo trì cao Khác với mô hình năng lượng mặt trời và năng lượnggió, năng lượng thủy triều khá ổn định vì thủy triều trong ngày có thể được dự báochính xác

Có 3 phương pháp tận thu năng lượng thủy triều

 Sử dụng đập chắn thủy triều

Đập chắn thuỷ triều.