Nha may nhiet dien mat troi bao cao 10 1 2017

Với đặc điểm địa hình vừa có. nắng, gió và bờ biển trải dài...Xây dựng nhà máy nhiệt điện dùng năng lượng mặt trời khả năng phát triển trong tương lai của các nguồn năng lượng tái tạo (renewable) tại Việt Nam.

CHỦ ĐỀ: NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

(SOLAR THERMAL POWER PLANT)

An Giang, ngày 06/01/2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GIỚI THIỆU

Ngày nay, các nguồn năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ, khí đốt ngày càng cạn kiệt, trong khi nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao, con người ta dần nghĩ đến những nguồn năng lượng vô tận-năng lượng tái tạo và năng lượng mặt trời đang được khai thác một cách có hiệu quả Trong đó nhiệt điện Mặt Trời là ứng dụng kỹ thuật biến đổi ánh sáng Mặt Trời ở nhiệt độ cao thành điện năngNgành sản xuất năng lượng Mặt Trời ngày càng phát triền một cách nhanh chóng

và mạnh mẽ.

Các ứng dụng về nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời trên thế giới:

Từ năm 1984 đến 1991, chỉ riêng nước Mỹ đã xây dựng chín nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời trong sa mạc Mojave ở bang California cung cấp liên tục 354MW điện năng đủ dùng cho 500.000 hộ dân California Đó là một nguồn năng lượng đáng tin cậy Vào năm 2008, đã xảy ra sự cố 6 ngày nhu cầu điện năng tăng đột biến làm nghẽn mạng lưới điện và gây mất điện ở California, chính các nhà máy nhiệt điện mặt trời đã chạy 110% công suất để góp phần khắc phục sự cố.

GIỚI THIỆU

Vào thập niên 1990, khi giá khí, nhiên liệu thiên nhiên sụt giảm, người ta ít chú ý đến năng lượng nhiệt mặt trời Tuy nhiên, ngày nay, công nghệ này đang hồi sinh mạnh mẽ Các nhà máy điện mặt trời đã tăng về số lượng và quy mô vào năm

2013 Một số ước tính dự đoán rằng nguồn năng lượng này sẽ sớm qua mặt năng lượng gió.

Nhà máy Shams 1, công suất 100 MW, cấp điện cho 20.000 hộ gia đình ở UAE, đã đi vào hoạt động từ tháng 3/2013 Shams 1 sẽ cắt giảm lượng khí thải CO2 của UAE khoảng 175.000 tấn mỗi năm, tương đương với việc trồng 1,5 triệu cây xanh, hay cắt giảm 15.000 xe hơi trên đường phố

250.000 tấm gương gắn trên 768 bộ thu hình chão parabol Các gương parabol tập trung ánh sáng mặt trời lên những cái ống chứa đầy dầu để làm nóng nước và tạo ra hơi nước sau đó làm quay tuabin

Hai nhà máy nhiệt điện mặt trời PS20 (trái) và PS10 (phải) ở Tây Ban Nha PS10 có

624 cái gương phản xạ, sản xuất 11 MW điện năng cấp cho 5.500 hộ gia đình PS20 có 1.255 kính định nhật, sản xuất 20 MW, và đã đi vào hoạt động hết công suất trong năm 2013.

Theo ước tính của Phòng thí nghiệm Năng lượng Có khả năng hồi phục Quốc gia ở

Mỹ thì năng lượng nhiệt mặt trời có thể cung cấp hàng trăm giagawatt điện năng, tương đương với hơn 10% nhu cầu điện năng sử dụng

ở nước Mỹ.

Có hai cách chính để tạo ra năng lượng từ mặt trời:

1 Quang điện ( Photovoltaic )

Chuyển đổi trực tiếp từ ánh

Chuyển đổi trực tiếp từ ánh sáng mặt trời sang điện Công nghệ quang điện biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng ứng dụng trong nhà máy điện mặt trời sử dụng pin quang điện Những tấm pin mặt trời kiểu này thường dùng để cấp điện cho các nhu cầu sinh hoạt khu vực vùng sâu vùng xa.

2 Tập trung nhiệt lượng từ mặt trời ( Concentrating Solar Thermal )

Một khác biệt lớn với công nghệ quang điện là các nhà máy nhiệt điện mặt trời sản xuất điện năng gián tiếp Nhiệt thu từ ánh nắng mặt trời được thu gom và dùng để làm nóng một chất lỏng Hơi nước tạo ra từ chất lỏng nóng đó làm chạy máy phát sản xuất điện Nghĩa là nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời hoạt động tương tự như nhà máy nhiệt điện, chỉ khác là hơi nước được tạo ra bởi nhiệt thu gom

từ ánh nắng thay vì từ việc đốt các loại nhiên liệu

Có hai loại nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời: thụ động và chủ động :

Một hệ thống thụ động không cần trang thiết bị, giống như khi nhiệt tỏa

ra bên trong xe hơi của bạn khi xe đỗ ở ngoài nắng Một hệ thống chủ động đòi hỏi một cách nào đó hấp thu và tập trung bức xạ mặt trời và sau đó dự trữ nó.

Một số nhà máy nhiệt điện mặt trời là các hệ thống chủ động dựa trên nguyên tắc sử dụng nhiệt độ cao bằng cách sử dụng các gương phản chiếu và hội tụ để thu thập ánh sáng nhiệt lượng

từ mặt trời, gia nhiệt môi chất làm việc

và tạo ra hơi nước làm quay tuabin để tạo

ra điện như hình sau :

IV.Nguyên lý làm việc cơ bản

Từ hình trên :

- Các mảng gương thực hiện việc phản xạ và hội tụ ánh sáng mặt trời.

- Các bộ tiếp nhận năng lượng mặt trời sẽ chuyển thành năng lượng nhiệt.

- Nhiệt lượng trên sẽ cung cấp cho nồi hơi cung cấp cho steam drum làm quay máy phát điện

IV.THỰC HIỆN LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG NHIỆT (TES)

1 Hệ thống trực tiếp hai-bể: năng lượng nhiệt mặt trời được dự trữ ngay trong

chất lỏng truyền nhiệt thu gom nó Chất lỏng đó được chia làm hai bể, một bể dự trữ nó

ở một nhiệt độ thấp và bể kia ở một nhiệt độ cao Chất lỏng dự trữ ở bể nhiệt độ thấp

chảy qua bộ thu nhiệt mặt trời của nhà máy điện, ở đó nó được làm nóng lên trở lại rồi

gửi đến bể nhiệt độ cao Chất lỏng dự trữ ở bể nhiệt độ cao được gửi qua một bộ trao đổi

nhiệt tạo ra hơi nước làm quay turbin truyền động máy phát điện tạo ra điện năng.

Các hệ thống dự trữ nhiệt năng (TES) là những bể chứa chất lỏng áp suất cao sử dụng

cùng với một hệ thống nhiệt mặt trời cho phép nhà máy hoạt động thêm vài giờ đồng hồ sau khi mặt trời đã lặn Dự trữ vào giờ cao điểm là một yếu tố then chốt đối với hiệu quả của các nhà máy nhiệt điện mặt trời Ba công nghệ TES chính được thử nghiệm kể từ thập niên 1980 khi những nhà máy nhiệt điện mặt trời đầu tiên được xây dựng: hệ thống trực tiếp hai-bể, hệ thống gián tiếp hai-bể, và hệ thống dị nhiệt một-bể.

• Trong một hệ thống gián tiếp hai-bể, các chức năng về cơ bản giống như hệ thống trực tiếp, ngoại trừ là nó làm việc với các loại chất lỏng truyền nhiệt khác nhau, chúng thường là đắt tiền và không được dự trù dùng làm chất lỏng trữ nhiệt Để khắc phục vấn đề này, các hệ thống gián tiếp cho các chất lỏng nhiệt độ thấp chảy qua một bộ trao đổi nhiệt

bổ sung.

• Không giống như các hệ thống hai-bể, hệ thống dị nhiệt một-bể dữ trữ nhiệt năng ở dạng rắn, thường là cát silica Bên trong bể, các phần chất rắn được giữ ở áp suất từ thấp đến cao, trong một gradient nhiệt độ, tùy thuộc vào dòng chất lỏng Vì các mục đích dự trữ, chất lỏng nóng truyền nhiệt chảy vào phần trên của bể và lạnh đi khi nó tràn xuống dưới, thoát ra là một chất lỏng nhiệt độ thấp Để tạo ra hơi nước và sản xuất điện, quá trình được đảo ngược lại.

Các hệ thống nhiệt mặt trời sử dụng dầu khoáng hoặc muối nóng chảy làm môi trường truyền nhiệt rất tốt cho TES, nhưng thật đáng tiếc không được nghiên cứu thêm, các hệ thống chạy trên nước/hơi nước thì không thể dự trữ nhiệt năng Những tiến bộ khác về các chất lỏng truyền nhiệt bao gồm nghiên cứu về các chất lỏng thay thế, sử dụng các vật liệu biến đổi pha và các khái niệm dự trữ nhiệt mới lạ nhằm cắt giảm chi phí dự trữ và cải thiện hiệu quả và hiệu suất năng lượng

V CÁC LOẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI :

Parabolic trough system Solar power tower systems Solar dish/engine system

Solar chimney power plants

1.Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng máng parabol (Parabolic trough System) :

• Giống như tên gọi, trong nhà máy điện dạng hình máng parabol có rất nhiều tấm gương dạng hình máng tập trung ánh sáng vào một điểm trọng tâm Các bộ thu ánh sáng được đặt thẳng đứng cạnh nhau theo hàng với chiều dài hàng trăm mét Nhiều hàng lại được đặt song song để hình thành nên toàn

bộ vùng thu ánh sáng mặt trời

Các bộ thu ánh sáng đơn lẻ có thể quay theo chiều dọc trục để theo sát sự di chuyển của mặt trời Các tấm gương này tập trung ánh sáng lên gấp khoảng 80 lần tại điểm trung tâm là những ống hấp thụ Những ống này được bao bọc bởi một lớp kính để hạn chế mất mát về nhiệt xảy ra Một lớp vỏ bọc được chọn lựa đặc biệt bao ngoài các ống hấp thụ để ngăn cản nhiệt tỏa ra ngoài qua bề mặt các ống, một loại dầu giữ nhiệt đặc biệt sẽ chảy trong các ống đó và với tác động của ánh sáng nhiệt độ sẽ lên đến 400 độ C Lượng nhiệt này sẽ được vận chuyển qua các bộ trao đổi nhiệt nơi tạo hơi quá nhiệt để sử dụng cho chu trình hơi nước Hơi nước làm quay tuabin và chạy máy phát, tạo

ra điện Sau khi qua các tầng của tuabin nó được ngưng đọng lại thành nước và thông qua bơm được đưa trở lại vòng lặp bắt đầu lại chu trình.

2 Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời dạng tháp (Solar power tower systems ) :

Với nhà máy điện năng lượng mặt trời dạng tháp, hàng nghìn các tấm gương được lắp đặt xung quanh một tháp được gọi là các kính định nhật, những tấm gương này được điều khiển riêng biệt bởi máy tính để dõi theo sự di chuyển của mặt trời đồng thời hướng đến đỉnh tháp Chúng phải được hướng với độ chính xác vài phần trăm của một độ để có thể phản chiếu ánh sáng đến điểm trung tâm, Một bình chứa sẽ được đặt ở

đó với thiết bị thu, dưới tác dụng của ánh sáng tập trung sẽ được nung nóng lên đến nhiệt độ trên 1000 độ C Không khí hay các muối nóng chảy vận chuyển nhiệt Tuabin khí hay hơi sẽ điều khiển máy phát để biến đổi nhiệt thành năng lượng điện.

Có hai loại nhà máy điện tháp, loại bình chứa thể tích không áp suất và loại bình chứa có áp suất Với loại bình chứa thể tích không áp suất, không khí từ môi trường sẽ được chuyển đến bình chứa (nơi nhận các tia sáng phản xạ từ các tấm gương) bởi một quạt gió Bình chứa được nung nóng bởi các tia bức xạ mặt trời và chuyển nhiệt độ đó qua cho không khí xung quanh (ở trong bình chứa) Không khí trước khi vào bình chứa có nhiệt độ thấp Không khí được tăng nhiệt độ lên từ 650 độ C đến

850 độ C, trước khi đưa vào lò hơi để làm bay hơi nước, điều khiển chu trình hơi trong tuabin

Loại thứ hai là nhà máy điện mặt trời dạng tháp với bình chứa có áp suất Loại này đang cho thấy nhiều tương lai hứa hẹn ánh sáng được tập trung để đốt nóng không khí trong bình chứa có áp suất khoảng 15 bar và nhiệt độ lên tới 1100 độ C Không khí nóng được sử dụng để chạy tuabin Không khí nóng sau khi được sử dụng một lần ở tuabin lại được tái sử dụng để tạo hơi nóng cho một chu trình khác Với loại nhà máy này, hiệu suất sẽ tăng từ 35% đến 50%

3.Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling (Solar dish/engine system):

Trong khi nhà máy điện hình máng và tháp vẫn chỉ kinh tế khi được sử dụng với những ứng dụng cỡ vài MW, thì nhà máy điện mặt trời với tên gọi hệ thống đĩa-động cơ Stirling có thể được sử dụng cho nhu cầu nhỏ hơn – ví dụ, để cung cấp điện cho các khu dân cư hay các ngôi làng ở vùng xa xôi hẻo lánh Với hệ thống này một gương cầu lõm với kích cỡ lớn sẽ tập trung ánh sáng vào một điểm tập trung, gọi là tâm điểm Để chắc rằng ánh sáng được tập trung đủ mạnh, gương này sẽ được điều khiển dựa trên nhiều trục quay để có thể dõi theo một cách chính xác sự di chuyển của mặt trời.

Một bộ nhận sẽ được cài đặt ở tâm điểm Bộ nhận này sẽ truyền nhiệt vào tâm của hệ thống: động cơ Stirling Động cơ này sẽ chuyển hóa nhiệt thành động năng và chạy máy phát, tạo ra điện

Một động cơ Stirling có thể được điều khiển không chỉ bởi nhiệt của mặt trời mà còn nhiệt sinh ra bởi quá trình đốt nóng Khi được kết hợp với các buồng đốt sinh học, những nhà máy này có thể sản xuất ra điện vào buổi tối hay trong điều kiện thời tiết xấu

Nhà máy đầu tiên loại này đã được xây dựng tại Ả rập Sau đi, Mỹ hay Tây Ban Nha So với nhà máy điện máng và tháp, thì giá thành loại này tương đối cao Giá thành sẽ giảm đi tương đối nếu được lắp đặt với yêu cầu công suất lớn

4.Nhà máy điện mặt trời có ống khói (Solar chimney power plants):

Trong khi nhà máy điện nhiệt mặt trời hoạt động dựa trên việc tập trung ánh sáng thì nhà máy điện có ống khói lại dựa trên nhiệt độ của không khí Những khu thu thập được xây dựng bởi diện tích mặt phẳng lớn cái được bao phủ bởi một mái bằng kính hay nhựa Một ống khói cao sẽ được đặt ở giữa khu vực đó và những mái hấp thụ đặt vuông góc với ống khói Không khí có thể di chuyển

tự do dưới mái khổng lồ Mặt trời làm ấm không khí dưới mái kính Không khí này tiếp đến sẽ di chuyển lên phía trên, chạy qua những phần dốc của mái và cuối cùng có tốc độ rất nhanh chảy qua ống khói Dòng không khí di chuyển sẽ điều khiển tua bin điều khiển máy phát tạo ra điện

Những mái kính dưới mặt đất có thể dự trữ nhiệt nên vẫn có thể tạo ra điện sau khi mặt trời đã lặn giúp nhà máy cung cấp đủ điện trong vào ban đêm

Hiệu suất của nhà máy điện dạng ống khói khi so sánh với các kỹ thuật khác vẫn rất thấp tuy nhiên những nhà máy này đòi hỏi một diện tích đất đai lớn Hơn nữa, hiệu suất tăng lên tỷ lệ thuận với chiều cao của tháp Do vậy, để kinh tế, nhà máy điện này phải có một kích cỡ nhỏ Ví dụ, những dự án nhà máy mới hiện được thảo luận ở Úc Một nhà máy điện với công suất khoảng 200 MW với chiều cao tháp 1000 m, đường kính 180 m

và đường kính của khu vực thu ánh sáng bằng 6000 m Tương lai các nhà máy điện dạng ống khói xây dựng

ở những vùng sa mạc trên thế giới có tiềm năng tạo ra sự cạnh tranh về kinh tế với những nhà máy điện truyền thống khác

NHỮNG ƯU, NHƯỢC ĐIỂM NHIỆT ĐIỆN NLMT

1.:Ưu điểm.

•NLMT là nguồn năng lượng tái tạo vô tận.

•Không gây ồn ào, ô nhiễm tiếng ồn.

•Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp.

•Một trong những lợi thế quan trọng nhất về môi trường của năng lượng mặt trời là nó là một nguồn gây ô nhiễm phi năng lượng như không có khí thải carbon dioxide hoặc các khí khác trong sản xuất điện, nên nó là nguồn năng lượng sạch.

•NLMT là miễn phí, ngoài chi phí lắp đặt ban đầu thì năng lượng Mặt Trời không có phí nào khác.

•Ít hiệu quả trong mùa mưa và khi thời tiết lạnh.

•Năng lượng mặt trời chỉ có thể sử dụng vào ban ngày do đó bài toán lưu trữ năng lượng để sử dụng vào ban đêm ảnh hưởng tính kinh tế và công nghệ của dự án.

•Đối với các công trình có quy mô lớn, diện tích lớn chi phí xây dựng rất cao mà có thể không đáp ứng được nhu cầu cần thiết.

KẾT LUẬN

Trước tình trạng ấm lên toàn cầu, chi phí nhiên liệu leo thang và nhu cầu năng lượng không ngừng tăng lên, dự báo nhu cầu sử dụng năng lượng tăng gần tương đương 335 triệu thùng dầu mỗi ngày, chủ yếu là nhu cầu sử dụng điện năng Dù quy mô lớn hay nhỏ, dù có hòa vào lưới điện hay không, nhưng một trong những lợi thế lớn của điện mặt trời là nó có sẵn ngay lúc này, không phải chờ đợi gì cả Bằng cách tập trung năng lượng với các vật liệu phản xạ và biến đổi hó thành điện năng, các nhà máy nhiệt điện mặt trời, nếu được chấp nhận chính thức là một phần không thể thiếu của lĩnh vực cung ứng điện, có khả năng cấp điện cho hơn 100 triệu người dân trong 20 năm sắp tới

Hiện nay tại Việt Nam đã có hai dự án xây dựng nhà máy điện NLMT tại Quãng Ngãi và Bình Thuận, hi vọng thời gian tới sẽ có nhiều nhà nhiệt điện NLMT được xây dựng tại nước ta và tất cả khai thác từ một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng to lớn từ mặt trời hành tinh lớn nhất trong thái dương hệ của chúng ta.

TÀI LIỆU

• power4.htm

http://science.howstuffworks.com/environmental/green-tech/energy-production/solar-thermal-• http://www.flowserve.com/Industries/Power-Generation/Concentrated-Solar-Power

• http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_energy

•

http://www.greenworldinvestor.com/2011/07/07/advantages-and-disadvantages-of-solar-thermal-energy-power-towersparabolic-troughs/