tóm tắt Nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ các hoạt động của con người vùng ven biển Trung Bộ

Tài liệu là bản tóm tắt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lê Hữu Hải

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI

VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Lê Hữu Hải

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI

VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Mã số : 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS HOÀNG XUÂN CƠ

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn

thạc sĩ khoa học

GS.TS Hoàng Xuân Cơ PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải

Hà Nội – 2016

Footer Page 2 of 126

LỜI CẢM ƠN

Qua luận văn này, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc của mình tới GS.TS Hoàng Xuân Cơ, thầy đã luôn quan tâm, tận tình hướng dẫn, động viên

và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

Tôi xin chân thành cám ơn TS Tạ Văn Đa, đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình tôi học tập tại trường

Luận văn này được hoàn thành một phần nhờ sự đồng thuận cung cấp tài liệu từ đề tài cấp ĐHQG Hà Nội: “Khảo sát, đánh giá tiềm năng năng lượng gió và mặt trời vùng bờ Việt Nam”, mã số QG.15.18, chủ nhiệm đề tài là GS.TS Hoàng Xuân Cơ

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, cơ quan, bạn bè

đã ủng hộ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày …… tháng… năm 2016

Tác giả

Lê Hữu Hải

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC CÁC HÌNH 5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan sơ lược về khu vực nghiên cứu 3

1.1.1 Tổng quan vùng Bắc Trung Bộ 3

1.1.2 Tổng quan vùng Trung Trung Bộ 4

1.1.3 Tổng quan vùng Nam Trung Bộ 5

1.2 Tổng quan về năng lượng mặt trời 6

1.2.1 Khái niệm chung 6

1.2.2 Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới 7

1.2.3 Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam 10

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Đối tượng nghiên cứu 16

2.1.1 Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng 16

2.1.2 Thời gian nắng 17

2.2 Phương pháp nghiên cứu 17

2.2.1 Phương pháp thu thập, chiết xuất, thống kê, tổng hợp số liệu 17

2.2.2 Phương pháp đánh giá tiềm năng 17

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18

3.1 Tiềm năng năng lượng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ 18

3.1.1 Khu vực Bắc Trung Bộ 18

3.1.2 Khu vực Trung Trung Bộ 21

3.1.3 Khu vực Nam Trung Bộ 25

3.1.4 Số giờ nắng trong năm của khu vực 28

3.1.5 Số ngày có nắng 30

3.1.6 Chênh lệch số giờ nắng giữa các trạm 32

3.1.7 Chênh lệch số giờ nắng giữa các tháng trong năm 33

Footer Page 4 of 126

3.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực ven biển Trung Bộ 34

3.2.1 Giàn đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời 34

3.2.2 Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời 35

3.2.3 Hệ thống chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời 36

3.2.4 Hệ thống pin mặt trời 37

3.2.5 Một số ứng dụng khác 39

3.3 Khả năng sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực ven biển Trung Bộ 42

3.3.1 Nhu cầu sử dụng năng lượng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ 42

3.3.2 Khái lược về điều kiện tự nhiên ở miền Trung liên quan đến năng lượng mặt trời 43

3.3.3 Điều kiện tài chính và cơ chế chính sách đối với miền Trung liên quan đến khai thác năng lượng mặt trời 44

3.3.4 Đánh giá khả năng sử dụng năng lượng Mặt trời vùng ven biển Trung Bộ 46

3.3.5 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời đối với khu vực ven biển Trung Bộ 48

KẾT LUẬN 50

KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các số liệu về công suất pin mặt trời đã lắp đặt [18] 9

Bảng 1.2 Lộ trình phát triến nước nóng mặt trời [13] 12

Bảng 3.1 Phân chia các mức giờ nắng năm 28

Bảng 3.2 Điểm đánh giá số giờ nắng 28

Bảng 3.3 Điểm đánh giá số ngày có nắng 30

Bảng 3.4 Độ chênh năm 2009 32

Bảng 3.5 Độ chênh năm 2010 32

Bảng 3.6 Đánh giá độ chênh số giờ nắng giữa các trạm 33

Bảng 3.7 Độ chênh năm 2009 33

Bảng 3.8 Độ chênh năm 2010 33

Bảng 3.9 Đánh giá độ chênh số giờ nắng giữa các tháng 34

Footer Page 6 of 126

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nước nóng NLMT của 10

nước dẫn đầu thế giới [10] 8 Hình 1.2 Hệ thống cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời theo

kiểu đối lưu tự nhiên 11 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực

Bắc Trung Bộ 18 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu vực

Bắc Trung Bộ 18 Hình 3.3 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 trạm Hà

Tĩnh 19 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm

Hương Khê 20 Hình 3.5 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực

Bắc Trung Bộ 20 Hình 3.6 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực

Bắc Trung Bộ 21 Hình 3.7 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực

Trung Trung Bộ 22 Hình 3.8 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu vực

Trung Trung Bộ 22 Hình 3.9 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 trạm Lý

Sơn 23 Hình 3.10 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm

Tuyên Hóa 23 Hình 3.11 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực

Trung Trung Bộ 24 Hình 3.12 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực

Trung Trung Bộ 24 Hình 3.13 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2009 khu vực

Nam Trung Bộ 25 Hình 3.14 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 khu

vực Nam Trung Bộ 25 Hình 3.15 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm

Phan Thiết 26 Hình 3.16 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 trạm

Hoài Nhơn 26 Hình 3.17 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2009 khu vực

Nam Trung Bộ 27

Hình 3.18 Biểu đồ phân bố số giờ nắng các trạm trong năm 2010 khu vực

Nam Trung Bộ 27

Hình 3.19 Bản đồ số giờ nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] 29

Hình 3.20 Bản đồ số ngày nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] 31

Hình 3.21 Giàn đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời 35

Hình 3.22 Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời 36

Hình 3.23 Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời ở Quảng Ngãi 37

Hình 3.24 Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời ở Quảng Bình 38

Hình 3.25 Các giàn pin mặt trời hộ gia đình 39

Hình 3.26 Bếp năng lượng mặt trời hình hộp và hình parabol 40

Hình 3.27 Xích lô chạy bằng năng lượng Mặt trời 40

Hình 3.28 Hệ thống sản xuất mắm bằng năng lượng mặt trời 41

Footer Page 8 of 126

1

MỞ ĐẦU

Mặt trời là một nguồn năng lượng khổng lồ Hoạt động của mặt trời thường xuyên tạo ra các dòng bức xạ có năng lượng lớn truyền vào không gian vũ trụ Song, phần bức xạ của mặt trời truyền vào trái đất chỉ là một phần rất nhỏ Mặc dù vậy, nguồn năng lượng mặt trời (NLMT) đến với Trái đất cũng đủ nuôi sống toàn bộ quả đất chúng ta Ngoài việc năng lượng mặt trời tự nó tạo ra các hoạt động sống bình thường cho các loài sinh vật, trong đó có con người thì từ xa xưa, loài người đã biết tận dụng nguồn năng lượng quý giá này trong nhiều hoạt động thực tiễn để nhằm cải tạo thiên nhiên, chinh phục vũ trụ, cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống của mình Tuy dòng bức xạ mặt trời đến trái đất là rất nhỏ so với tổng thể khổng lồ của

nó, nhưng so với chúng ta, đó lại là một nguồn năng lượng vô tận Bức xạ mặt trời, trước hết là bức xạ trực tiếp, khi đến trái đất lại tạo ra nhiều dạng bức xạ thứ cấp khác như phản xạ, tán xạ (bức xạ khuếch tán), bức xạ mặt đất, bức xạ khí quyển,…Nếu khai thác có hiệu quả các dạng bức xạ này, có thể mang đến cho chúng ta một nguồn năng lượng hết sức dồi dào Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và cho thấy rằng, các nguồn năng lượng do bức xạ tạo nên đều không có ảnh hưởng độc hại gì đến môi trường xung quanh Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đã đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân

Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt đới, trải dài từ vĩ độ 23o23’ Bắc đến

8o27’ Bắc, có số giờ nắng khá dồi dào Trung bình cả nước từ 1700 đến 1900 giờ

nắng, có nơi đạt tới trên 2500 giờ/năm – nguồn Tổng cục Thống kê (TCTK) Việc

khai thác sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ cho các hoạt động đời sống của con người cũng đã được tiến hành ở một số địa phương dưới những dạng khác nhau như: bình nước nóng thái dương năng, bếp đun nấu cho gia đình, thu điện mặt trời quy mô nhỏ (cấp cho đèn chiếu sáng cho các vật dụng sinh hoạt trong gia đình hoặc cho cụm dân cư,…)

Footer Page 10 of 126

Do đó, việc nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời của con người

ở Việt Nam là cần thiết để đưa ra giải pháp tối ưu nhằm vừa đạt được mục đích kinh

tế vừa tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường

Rất tiếc, đối với Việt Nam, do điều kiện thực tế, các máy đo bức xạ mặt trời trên lãnh thổ (chủ yếu trong ngành khí tượng) rất ít và tình trạng các thiết bị đo không được tốt lắm nên số liệu đo trực tiếp không có nhiều Tuy nhiên, bù vào đó, ở hầu hết các trạm khí tượng của nước ta lại có các máy đo nắng (nhật quang ký) hoạt động và thu được số liệu về số giờ nắng rất tốt Nắng là một dòng bức xạ trực tiếp của mặt trời xuống trái đất, số giờ nắng là thể hiện lượng ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu xuống bề mặt trái đất Trong các thiết bị đo bức xạ mặt trời, trực xạ là nguồn bức xạ lớn nhất được đo trực tiếp từ nắng Nhiều công trình trên thế giới cũng như trong nước trước đây đã cho thấy rằng, số giờ nắng có mối tương quan tuyến tính khá chặt chẽ với tổng lượng bức xạ mặt trời Vì thế, để đánh giá được tài nguyên năng lượng mặt trời ở địa phương, có thể sử dụng phương pháp gián tiếp tính tổng lượng bức xạ qua số giờ nắng Trước đây, ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu đánh giá khả năng và đề xuất giải pháp khai thác năng lượng mặt trời cho một vài địa phương ở miền Bắc Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu theo hướng này cho khu vực miền Trung Vì vậy, đề tài luận văn này chon đề tài có

tên: Nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời phục vụ các hoạt động của

con người vùng ven biển Trung Bộ với những mục đích sau:

 Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ thông qua số liệu nắng và số liệu bức xạ

 Nghiên cứu hiện trạng sử dụng năng lượng mặt trời cho các hoạt động của con người ở khu vực ven biển Trung Bộ

 Đánh giá khả năng và đề xuất được một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời đối với khu vực nghiên cứu

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sơ lược về khu vực nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan vùng Bắc Trung Bộ

Khu vực Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh Phía Đông giáp biển là những đồng bằng tương đối rộng châu thổ sông Mã, sông Chu và sông Cả Địa hình nâng cao về phía Tây từ 100 đến 200m ở vùng đồi chuyển tiếp tới vùng núi giáp biên giới Việt – Lào, mà từ phía Nam sông Cả đã bắt đầu dãy Trường Sơn Vùng núi phía Tây có những đỉnh vượt quá 1000-1500m, địa hình phức tạp bị chia cắt sâu bởi những thung lũng sông bắt nguồn từ bên Lào và có chỗ hạ thấp độ cao thành đèo cắt ngang Trường Sơn (đèo Noọng Dẻ, đèo Keo Nưa) Đặc biệt ở phía Nam có dãy Hoành Sơn là một dãy núi ngang từ Trường Sơn tiến ra biển

Khu vực Bắc Trung Bộ có 20 trạm Khí tượng thuộc đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Bắc Trung Bộ có kinh độ từ 104o26 (Tương Dương) đến 106o17 (Kỳ Anh),

vĩ độ từ 18o05 (Kỳ Anh) đến 20o22 (Hồi Xuân)

Đặc điểm quan trọng nhất của khu vực Bắc Trung Bộ là sự xuất hiện một thời kỳ khô nóng gió Tây (gió Lào) vào đầu mùa Hạ, liên quan với hiệu ứng phơn (foehn) do ảnh hưởng của áp thấp nóng phía tây mang lại Đặc biệt ở đồng bằng Nghệ An – Hà Tĩnh và trong thung lũng sông Cả, thời tiết gió Tây phát triển rất mạnh (hàng năm có tời 20-30 ngày gió Tây và trên nữa)

Khu vực Bắc Trung Bộ có sự phân hóa khí hậu khá mạnh theo chiều từ Bắc xuống Nam Khí hậu khu vực Thanh Hóa có tính chất chuyển tiếp với khí hậu đồng bằng Bắc Bộ: mùa Đông lạnh hơn, gió Tây khô nóng ít hơn Khí hậu khu vực Nghệ

An đặc trưng bằng sự hoạt động mạnh của gió Tây khô nóng, đem lại một thời kỳ khô nóng gay gắt đầu mùa Hạ và một tình trạng ít mưa nói chung Khu vực Hà Tĩnh

có khí hậu khô ẩm đặc biệt phong phú liên quan với tác dụng chắn gió của dãy Hoành Sơn Lượng mưa ở đây lớn gấp 2 lần lượng mưa ở Nghệ An và khu vực này

đã trở thành một trong những trung tâm mưa lớn ở nước ta với lượng mưa năm đạt tới 2500-3000mm

Ảnh hưởng khắc nghiệt khô nóng của khí hậu cộng thêm phải gánh chịu hầu hết các cơn bão từ biển Đông đổ vào Việt Nam khiến khu vực Bắc Trung Bộ có nền

Footer Page 12 of 126

kinh tế khó khăn, nông nghiệp kém phát triển do chịu ảnh hưởng lớn từ thiên tai Để

có thể phát huy tiềm năng năng lượng mặt trời ở khu vực này cần sự hỗ trợ chính sách lớn của Chính phủ

1.1.2 Tổng quan vùng Trung Trung Bộ

Khu vực Trung Trung Bộ là một dải hẹp uốn theo hình vòng cung dọc theo đường bờ biển gồm các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Đà Nẵng

Khu vực Trung Trung Bộ có địa hình rất phức tạp bao gồm một vùng núi nằm gọn bên sườn đông dốc đứng của dãy Trường Sơn với nhiều nhánh núi ngang nhô ra sát biển (dãy Bạch Mã, dãy Vọng Phu ) chia cắt dải đồng bằng ven biển thành nhiều cánh đồng nhỏ nối tiếp từ Bắc xuống Nam Trên dải ven biển đâu đâu cũng hiện lên một quang cảnh giống nhau: sát bờ biển là những cồn cát trắng xóa, xen giữa có những đầm phá đang bồi đắp dở, phần giữa là những cánh đồng phù sa

Khu vực Trung Trung Bộ có 15 trạm Khí tượng thuộc Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ có kinh độ từ 106001 (Tuyên Hóa) đến 1090

09 (Lý Sơn), vĩ độ từ 14046 (Ba Tơ) đến 170

53 (Tuyên Hóa)

Khu vực Trung Trung Bộ là một dải hẹp uốn theo hình vòng cung phù hợp với đường bờ biển, bao gồm một vùng núi nằm gọn bên sườn đông dốc đứng của dãy Trường Sơn cùng với dải đồng bằng ven biển

Địa hình rất phức tạp với nhiều nhánh núi ngang nhô ra sát biển (dãy Bạch

Mã, dãy Vọng Phu ) chia cắt dải đồng bằng thành nhiều cánh đồng nhỏ nối tiếp từ Bắc xuống Nam Trên dải ven biển đâu đâu cũng hiện lên một quang cảnh giống nhau: sát bờ biển là những cồn cát trắng xóa, xen giữa có những đầm phá đang bồi đắp dở, phần giữa là những cánh đồng phù sa

Khí hậu vùng Trung Trung Bộ lại khá độc đáo vì những nét dị thường với khí hậu gió mùa trong sự phân hóa mùa mưa ẩm, mùa mưa ẩm bắt đầu từ giữa mùa hạ kéo dài đến giữa mùa đông Sự sai lệch đó trong diễn biến gió mùa đã từng được nhắc đến như một trường hợp dị thường của khí hậu gió mùa (kiểu khí hậu Huế) Trong mùa gió mùa mùa hạ, luồng gió ấm từ phía Tây thổi tới bị dãy Trường Sơn ngăn cản Sau khi để