LUẬN văn sư PHẠM vật lý GIẢI PHÁP sử DỤNG các DẠNG NĂNG LƯỢNG mới TRONG TƯƠNG LAI

Các nhà khoa học tính toán được mỗi ngày Mặt Trời sản xuất một nguồn nănglượng từ phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024kWh, tức là chưa đầy một phần triệugiây Mặt Trời đã giải phóng ra một

GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG

MỚI TRONG TƯƠNG LAI

MSSV: 1076678 Lớp: SP Vật lý – CN K33

Người xưa có câu “uống nước nhớ nguồn”, lời dạy này mãi ghi sâu tronglòng em Những tri thức mà bốn năm qua em nhận được, đúc kết được là nhờ vàolòng nhiệt thành, tận tình chỉ dạy của quý thầy cô Công lao ấy có thể ví như biển

cả, không có gì đền đáp được Em xin chân thành cảm ơn công ơn của quý thầy cô.Kiến thức mà quý thầy cô cho em là nền tảng vững chắc giúp em thực hiện đề tàinày, cũng như hành trang vô cùng quý báu vào đời

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Quốc Chánh Tín, thầy luôngần gũi, thân thiện và tận tình chỉ bảo em hoàn thành đề tài này Thầy đã giúp emđịnh hướng được mục tiêu của đề tài, chỉ dạy cho em biết phương pháp nghiên cứukhoa học và cách thức trình bày bài luận Ngoài ra, thầy đã dành nhiều thời gian sửachữa từng câu từng chữ trong bài viết, giải đáp kịp thời các vướng mắc trong quátrình em thực hiện đề tài sao cho bài luận của em hoàn thành kịp tiến độ và hoànthiện nhất Em không những học được ở thầy tri thức khoa học mà còn học đượcnhiều đức tính tốt đẹp của thầy

Em xin chân thành cảm ơn những tác giả của các tài liệu, đã cung cấp cho

em nguồn thông tin chính xác, hỗ trợ em thực hiện tốt đề tài và giúp em mở mangđược nhiều tri thức khoa học mới

Do còn thiếu kĩ năng, kinh nghiệm về nghiên cứu khoa học nên không thểtránh được các sai sót dù đã cố gắng nhiều Vì vậy, em rất mong quý thầy cô và cácđộc giả quan tâm đóng góp ý kiến

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè đã luôn đồnghành trong suốt những năm vừa qua Em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành côngđến tất cả mọi người

Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

GV HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

GV PHẢN BIỆN 1

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2011

GV PHẢN BIỆN 2

Đề tài: GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG MỚI

TRONG TƯƠNG LAI

Phần 1 MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

2 Mục đích của đề tài

3 Mục tiêu của đề tài

4 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu đề tài

5 Giới hạn của đề tài

6 Các bước thực hiện đề tài

Phần 2 NỘI DUNG

Chương 1 Năng lượng mặt trời

Chương 2 Năng lượng gió

Chương 3 Năng lượng hạt nhân

Chương 4 Năng lượng sinh khối

Chương 5 Năng lượng địa nhiệt

Chương 6 Năng lượng thủy

triều

Chương 7 Năng lượng nhiệt đại dương

Chương 8 Năng lượng Hidro

Lời cảm ơn

Nhận xét của giáo viên

Tóm tắt luận văn

Mục lục

Danh sách các chữ viết tắt

Phần 1 MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

a Năng lượng và thực trạng sử dụng năng lượng

b Lịch sử của vấn đề

2 Mục đích của đề tài

3 Mục tiêu của đề tài

4 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu đề tài

5 Giới hạn của đề tài

6 Các bước thực hiện đề tài

Trang

Phần 2 NỘI DUNG

Chương 1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Vài nét về Mặt Trời 1

1.1.1 Năng lượng mặt trời 1

1.1.2 Bức xạ mặt trời 1.1.2.1 Bức xạ Mặt Trời ngoài khí quyển Trái Đất 1

1.1.2.2 Bức xạ Mặt Trời trên bề mặt Trái Đất 2

1.1.2.3 Các góc tạo ra bởi chùm tia bức xạ với các mặt phẳng 3

1.1.2.4 Cường độ của bức xạ tới trên các mặt phẳng và hệ số chuyển đổi bức xạ 4

1.1.3 Số liệu bức xạ Mặt Trời tại Việt Nam 6

1.2 Nguyên tắc khai thác - sử dụng nguồn NLMT 7

1.2.1 Hiệu ứng nhà kính 7

1.2.2 Hiệu ứng quang điện 8

1.2.2.1 Hiệu ứng quang điện 9

1.2.2.2 Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện 10

1.3 Các ứng dụng NLMT trong thực tế 11

1.4 Thực trạng sử dụng NLMT trên thế giới và tại Việt Nam 14

1.4.1 Thế giới 1.4.2 Việt Nam 1.5 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng NLMT ở Việt Nam 18

Chương 2 NĂNG LƯỢNG GIÓ

2.1 Khái niệm cơ bản về năng lượng gió 24

2.2 Nguyên tắc khai thác - sử dụng NLG 24

2.3 Các ứng dụng NLG trong thực tế 27

2.3.1 Động cơ gió phát điện 2.3.2 Động cơ gió bơm nước 2.4 Thực trạng sử dụng NLG trên thế giới và Việt Nam 28

2.4.1 Thế giới 2.4.2 Tình hình Việt Nam 2.5 Đánh giá tình khả thi khi sử dụng NLG tại Việt Nam 30

2.5.1 Những thuận lợi 30

2.5.2 Những bất lợi và khó khăn 31

2.5.3 Đề xuất phương án phát triển NLG ở Việt Nam 32

Chương 3 NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN 3.1 Các khái niệm cơ bản về NLHN 35

3.2 Nguyên tắc hoạt động của nhà máy điện hạt nhân 36

3.3 Thực trạng sử dụng NLHN trên thế giới và VN 37

3.3.1 Thế giới 3.3.2 Việt Nam 3.4 Các tai nạn ở các các nhà máy điện hạt nhân 40

3.5 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng NLHN ở VN 41

3.5.1 Thuận lợi 41

3.5.2 Những bất lợi, khó khăn 42

3.5.3 Đề xuất phương án phát triển NLHN ở Việt Nam 43

Chương 4 NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 4.1 Khái niệm cơ bản về NLSK 45

4.2 Nguyên tắc khai thác sử dụng NLSK 45

4.3 Các ứng dụng NLSK trong thực tế 46

4.3.1 Sản xuất khí sinh học biogas 46

4.3.2 Nhà máy điện sinh khối 47

4.3 Tiềm năng sinh khối của Việt Nam 48

4.4 Thực trạng sử dụng NLSK trên thế giới và Việt Nam 49

4.4.1 Thế giới 4.4.2 Việt nam 4.5 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng NLSK ở Việt Nam 51

4.5.1 Thuận lợi 51

4.5.2 Khó khăn, nhược điểm 52

4.5.3.2 Chế xăng nhiên liệu sinh học (bio-ethanol [C2H5OH]) 54

4.5.3.3 Sản xuất điện từ trấu, mùn cưa, rác 56

Chương 5 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 5.1 Khái niệm cơ bản về NLĐN 58

5.2 Nguyên tắc khai thác - sử dụng 58

5.3 Các ứng dụng NLĐN trong thực tế 59

5.3.1 Phương pháp sử dụng trực tiếp 59

5.3.2 Phương pháp sản xuất điện năng từ NLĐN 59

5.4 Tình hình sử dụng NLĐN trên thế giới và Việt Nam 60

5.4.1 Thế giới 5.4.2 Việt Nam 5.5 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng NLĐN tại Việt Nam 62

5.5.1 Thuận lợi 62

55.2 Hạn chế, khó khăn 63

5.5.3 Đề xuất phương án phát triển NLĐN ở Việt Nam 63

5.5.3.1 Sưởi ấm địa nhiệt 63

5.5.3.2 Nước nóng địa nhiệt 64

5.5.3.2 Nhà máy điện địa nhiệt 64

Chương 6 NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU 6.1 Khái niệm cơ bản 66

6.2 Nguyên tắc khai thác thủy triều 67

6.3 Nhà máy điện thủy triều 67

6.3.1 Phát điện khi triều xuống 68

6.3.2 Phát điện khi chiều lên 68

6.3.3 Phát điện cả hai chiều 68

6.4 Tình hình sử dụng năng lượng thủy triều 68

6.4.1 Thế giới 6.4.2 Việt Nam 6.5.Đánh giá tính khả thi khi sử dụnghệ thống điện thủy triều ở Việt Nam 70

6.5.1 Ưu điểm 70

6.5.2 Nhược điểm 71

6.5.3 Đề xuất phương án phát triển năng lượng thủy triều ở Việt Nam 71

Chương 7 NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG 7.1 Khái niệm cơ bản về năng lượng nhiệt đại dương 73

7.3 Tình hình sử dụng năng lượng nhiệt đại dương 74

7.4 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng nguồn năng lượng nhiệt đại dương ở Việt Nam 75

7.4.1 Thuận lợi 75

7.4.2 Khó khăn, bất lợi 75

7.4.3 Đề xuất phương án phát triển năng lượng nhiệt đại dương ở Việt Nam 76

Chương 8 NĂNG LƯỢNG HYDRO 8.1 Khái niệm cơ bản về Hydrogen và năng lượng Hydrogen 77

8.2 Nguyên lý sử dụng 77

8.2.1 Các phương pháp tách điều chế Hydro 78

8.2.1.1 Hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước (Natural gas steam reforming) 78

8.2.1.2 Khí hóa hydrocarbon nặng (Gasification heavy hydrocarbon) 78

8.2.1.3 Khí hóa sinh khối và nhiệt phân (biomass gasification and pyrolysis) 78

8.2.1.4 Điện phân nước 78

8.2.1.5 Phương pháp sinh học 79

8.3 Ứng dụng nguồn năng lượng từ Hydrogen 80

8.3.1 Hydrogen sử dụng làm nhiên liệu động cơ 80

8.3.2 Hydrogen sử dụng trong pin nhiên liệu 80

8.4 Tình hình sử dụng năng lượng Hydrogen 82

8.4.1 Thế giới 82

8.4.2 Việt Nam 84

8.5 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng năng lượng Hydrogen ở Việt Nam 84

8.5.1 Ưu điểm 84

8.5.2 Khuyết điểm 85

8.5.3 Đề xuất phương án phát triển năng lượng Hidro ở Việt Nam 85

Phần 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

2 Kiến nghị

3 Những dự định trong tương lai

Trích dẫn

Tài liệu tham khảo

1 EU (European Union)- Liên minh châu Âu.

2 IAEA (International Atomic Energy Agency)- Cơ quan năng lượng nguyên tửquốc tế

3 IEA (International Energy Agency)- Cơ quan năng lượng quốc tế

4 ODA - Tổ chức viện trợ phát triển châu Á

5 OPEC (Organization of the Petroleum Exporting Countries)- Tổ chức các nướcxuất khẩu dầu mỏ

6 WB (World Bank) - Ngân hàng thế giới

7 WTO (World Trade Organization)- Tổ chức thương mại thế giới

8 IRENA(International Renewable Energy Agency)- Cơ quan Năng lượng Táitạo Quốc tế

9 UNEP- Chương trình Môi trường Liên hợp quốc

10 PV OIL- Tổng Công ty Dầu Việt Nam

11 NLMT - Năng lượng mặt trời

12 NLG – Năng lượng gió

13 NLHN – Năng lượng hạt nhân

14 NMĐHN- Nhà máy điện hạt nhân

15 NLSK – Năng lượng sinh khối

16 NLĐN – Năng lượng địa nhiệt

17 EVN - Tập đoàn Điện lực Việt Nam

18 PV Power - Tổng Công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam

19 Bộ NN&PTNT - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

20 UBND - Ủy ban nhân dân

21 TOE - đơn vị tính năng lượng qui đổi tương đương với 01 tấn dầu

1 Lý do chọn đề tài

a Năng lượng và thực trạng sử dụng năng lượng

Nhu cầu năng lượng cho thế kỷ 21 đã tăng rất nhanh do sự gia tăng bùng nổquy mô sản xuất trong thời đại toàn cầu hóa và hội nhập các nền kinh tế thế giới,cũng như do sự gia tăng dân số quá nhanh (hiện nay đã hơn 6,5 tỉ người, đến giữathế kỷ ước tính tăng 40%, tức 9,1 tỷ), với mức sống nâng cao hơn nhiều so với thế

kỷ trước Theo đánh giá của cơ quan năng lượng thế giới (IEA), mức tiêu thụ nănglượng hằng năm sẽ tăng thêm hơn 1,7% Điển hình như Trung Quốc những năm gầnđây có mức tăng trưởng kinh tế mỗi năm gần 10%, mức tiêu thụ dầu mỏ tăng 15%

Vì vậy, Trung Quốc và các nước đang phát triển như Việt Nam đang rất cần nănglượng (nhất là dầu mỏ) để phát triển đất nước Trong khi đó, các cường quốc kinh tếnhư Mỹ, Nhật, Nga và các nước châu Âu cũng rất cần năng lượng để củng cố vị tríảnh hưởng kinh tế, chính trị trên thế giới Hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm

1973 và 1979 đã đẩy giá dầu tăng nhanh với tốc độ chóng mặt từ 50USD/thùng lên100USD/thùng Đến tháng 4 năm 2011 giá xăng dầu đã lên mức 120 đến125USD/thùng Các cuộc khủng hoảng dầu mỏ là nguyên nhân của các vụ xung độtgiữa các nước Trung Đông, và hậu quả là sản xuất của các nước bị ngưng trệ, cácnước OPEC thực hiện cấm vận không cung cấp dầu cho Mỹ, tranh chấp giữa cácnước Israel với Syrie và Ai Cập

Theo báo cáo nghiên cứu của Liên Hiệp Quốc năm 2004, tổng dự trữ nănglượng hóa thạch trên thế giới là 778 Gtoe, trong đó dầu mỏ 143 Gtoe, khí thiênnhiên 138 Gtoe, than 566 Gtoe Nếu mức sử dụng trung bình mỗi năm là dầu mỏ3,51 Gtoe, khí thiên nhiên 2,16 Gtoe, than 2,26 Gtoe thì lượng tài nguyên hóa thạchdầu mỏ chỉ còn dùng được khoảng 41 năm nữa (tức năm 2045), 64 năm với khíthiên nhiên và 251 năm đối với than Viễn cảnh không còn dầu, khí trong thế kỷ này

là một sự khó khăn lớn đối với nhân loại vì chúng ta đã quá lệ thuộc vào dầu khí

b Lịch sử của vấn đề

Khi nền văn minh, khoa học kỹ thuật của nhân loại một ngày một cao, dẫnđến kinh tế phát triển với tốc độ nhanh, điều đó giúp đời sống con người được nângcao, chất lượng hơn; do đó, nhu cầu sử dụng năng lượng cho sản xuất và giải trí củacon người tăng rất nhanh Tuy nhiên, dần dần chúng ta nhận ra rằng các nguồn nănglượng truyền thống như than đá, dầu mỏ… mà chúng ta đang sử dụng ngày càngkhan hiếm và đặc biệt là hậu quả của việc sử dụng chúng Vấn đề ô nhiễm môitrường, chất thải độc hại trong quá trình sản xuất và tiêu thụ các dạng năng lượngtruyền thống như than, dầu mỏ… dẫn đến lủng tầng ozon, nhiệt Trái Đất tăng, ônhiễm môi trường sinh thái… càng ngày càng được toàn thế giới quan tâm Hàng

luôn tổ chức các hội nghị cấp cao để tìm ra các giải pháp năng lượng mới hiệu quả

an toàn cho Trái Đất nhằm bảo vệ sự sống còn của con người trong tương lai Cácnguồn năng lượng mới này vừa đảm bảo an ninh năng lượng cho mỗi quốc gia, lạivừa mang lại cho loài người chất lượng cao và một môi trường sống sạch đẹp

2 Mục đích của đề tài

Đánh giá tính khả thi của từng dạng năng lượng mới Từ đó đề xuất giải phápcho việc sử dụng hiệu quả các dạng năng lượng mới trong tương lai ở Việt Nam

3 Mục tiêu của đề tài

Bài luận đề ra ba mục tiêu chính như sau:

o Xây dựng cơ sở lý thuyết vật lý để người đọc có thể tiếp cận dễ dàngkhi tiếp cận với các dạng năng lượng mới

o Tìm hiểu các dạng năng lượng mới đang được sử dụng rộng rãi trên thếgiới; từ đó so sánh, phân tích các ưu - nhược điểm của chúng đối với cácđiều kiện Việt Nam

o Đưa ra giải pháp cho việc sử dụng các dạng năng lượng mới

4 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu đề tài

a Phương pháp thực hiện đề tài

 Đọc, tìm ra các nguồn năng lượng mới đang được thế giới sử dụng vàchọn ra tám nguồn năng lượng có triển vọng nhất đối với Việt Nam đểnghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết về từng dạng năng lượng mới và các nguyên tắckhai thác - sử dụng các nguồn năng lượng này trong thực tế và trongtương lai được các nước tiên tiến quan tâm

 Phân tích các ứng dụng của từng dạng năng lượng mới trên thế giới vàViệt Nam

 Tìm hiểu tình hình sử dụng các dạng năng lượng mới trên thế giới Đặcbiệt, tìm hiểu thực trạng sử dụng và tiềm năng các nguồn năng lượngmới này ở Việt Nam

 Rút ra dạng năng lượng mới và một trong các ứng dụng cụ thể của dạngnăng lượng đó có thể phát triển ở nước ta

b Phương tiện thực hiện đề tài

 Các tài liệu tham khảo gồm có: các giáo trình chuyên ngành vật lý,điện- điện tử, vật lý môi trường

 Các công trình nghiên cứu khoa học về các dạng năng lượng mới – táitạo, các báo cáo khoa học, số liệu thực tế của các tổ chức năng lượng

Nam, giúp mọi người nhận thức tốt hơn về trách nhiệm sử dụng năng lượng sao chotiết kiệm - hiệu quả Tuy nhiên, đề tài chưa thực sự đạt được hiệu quả cao, mặc dùbản thân đã cố gắng học hỏi, sưu tầm nhiều thông tin từ thầy cô, sách vở, các trangweb khoa học, nhưng do đây là một đề tài tương đối mới với nước ta do đó cácnghiên cứu, ứng dụng thực tế trong nước còn khá mới mẻ, khiêm tốn, chủ yếu ởdạng tiềm năng Do đó việc tìm hiểu thực tế trong nước là rất khó khăn.

6 Các bước thực hiện đề tài

Bước 1: Nhận đề tài

Bước 2 Tìm kiếm tài liệu, thông tin trên mạng có liên quan tới đề tài

Bước 3 Đọc và phân tích các thông tin, từ đó viết đề cương

Bước 4 Tiến hành viết đề tài theo đề cương và trao đổi với GVHD

Bước 5 Viết bài luận, chỉnh sửa, hoàn thiện bài viết

Bước 6 Viết báo cáo

Bước 7 Bảo vệ luận văn

Phần 2 NỘI DUNG

Chương 1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Khái niệm cơ bản về NLMT

1.1.1 Năng lượng mặt trời

NLMT là một nguồn năng lượng sạch, vô tận và nó cũng chính là yếu tố tạo racác nguồn năng lượng khác trên trái đất Vì vậy, NLMT đóng vai trò quan trọng đốivới sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất

Nguồn NLMT được cung cấp từ các phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhânhydro Thông thường thì phản ứng kết hợp rất khó xảy ra vì các hạt nhân hydro tíchđiện dương và đẩy nhau Nhưng trong lòng Mặt Trời tồn tại nhiệt độ rất cao, chophép các phản ứng này xảy ra vì ở nhiệt độ đủ cao khoảng 50 - 100 triệu độ thì cáchạt nhân hydro có động năng đủ lớn để thắng lực đẩy Culomb và tiến lại gần nhauđến mức mà lực hạt nhân tác dụng và kết hợp chúng lại

4H1 He2 2o o 21e Q

Sự kết hợp giữa bốn nguyên tử hydro có bốn proton, tạo thành một nguyên tửhêli có số proton ít hơn Vì thế, khi tạo thành một nguyên tử He xảy ra hiện tượnghụt khối

Einstein

mvà giải phóng năng lượng theo định luật bảo toàn năng lượng của

E  m c2 Năng lượng này tạo ra nhiệt độ rất cao, ở trung tâm khoảng từ8.106K đến 40.106K và ở bề mặt Mặt Trời khoảng 6000K Sau đó NLMT được bức

xạ ra ngoài không gian vũ trụ dưới dạng sóng điện từ

Các quá trình phản ứng nhiệt hạch diễn ra liên tục, làm cho Mặt Trời luônphát ra một năng lượng khổng lồ và một phần năng lượng này được truyền tới tráiđất Các nhà khoa học tính toán được mỗi ngày Mặt Trời sản xuất một nguồn nănglượng từ phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024kWh, tức là chưa đầy một phần triệugiây Mặt Trời đã giải phóng ra một năng lượng tương đương với tổng số điện năngsản xuất trên thế giới Và năng lượng bức xạ của Mặt Trời lên Trái Đất trong vòng

20 giây tương đương với lượng năng lượng cần thiết cho toàn nhân loại trong vòngmột ngày (tính theo số liệu tiêu thụ năng lượng năm 1986)

1.1.2 Bức xạ Mặt Trời

Bức xạ Mặt Trời có thể hiểu là một dạng năng lượng Mặt Trời được truyền

đi dưới dạng sóng điện từ, nó là quá trình truyền các dao động điện từ trong khônggian Trong chân không vận tốc truyền của sóng điện từ gần đúng bằng vận tốc ánhsáng Bức xạ Mặt Trời truyền tới Trái Đất và biến đổi thành các dạng nhiệt năng VìTrái Đất được bao bọc bởi tầng khí quyển chứa các thành phần vật chất cản trở bức

xạ Mặt Trời, do đó chúng ta phân ra hai loại bức xạ để xét bức xạ Mặt Trời ngoàikhí quyển Trái Đất và trên bề mặt Trái Đất

số này thay đổi chút ít Vì vậy người ta tính giá trị cường độ bức xạ Mặt Trời ở mộtngày bất kỳ theo công thức:

I sc I sc 10,033cos360n (1.1)

365Trong đó n là số ngày trong năm tính từ đầu năm, n = 1 là ngày 01 tháng 01

Hình 1.1 Phân bố năng lượng trong phổ bức xạ Mặt Trời ngoài khí quyển.

Theo hình 1.1 ta thấy mối quan hệ phụ thuộc của cường độ bức xạ vào bướcsóng của nó Phần phổ có bước sóng từ 0,2 đến 4m chiếm 99% toàn bộ năng

lượng bức xạ mặt trời, đạt cực đại ở bức xạ có bước sóng 0,48m ứng với mật độ

năng lượng 2074W/m2.m Phần ánh sáng khả kiến chiếm khoảng phổ hẹp từ 0,4

-0,75m , nhưng chiếm tới 44% năng lượng bức xạ, các tia hồng ngoại chiếm gần

48% và 7% là năng lượng của bức xạ cực tím, còn lại các tia khác chỉ chiếm 1%

1.1.2.2 Bức xạ Mặt Trời trên bề mặt Trái Đất

Bức xạ Mặt Trời muốn chiếu xuống bề mặt Trái Đất phải đi qua tầng khíquyển Trái Đất, có bề dày khoảng 7991km, trong khí quyển chứa gồm có các phân

tử khí, hơi nước, các hạt bụi, các hạt chất lỏng, chất rắn và các đám mây Chính cácthành phần này cản trở bức xạ điện từ của Mặt Trời, làm suy giảm đáng kể nănglượng bức xạ của chúng Các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình các tia MặtTrời gặp các thành phần trong khí quyển gồm có tán xạ, phản xạ và hấp thụ

Ví dụ như khi các bức xạ Mặt Trời đi qua tầng ozon (O3) thì xảy ra hiệntượng hấp thụ, các bước sóng trong vùng tử ngoại có bước sóng trong khoảng 0,2 -0,3m bị giữ lại; xuống phía dưới các phân tử hơi nước H2O và khí cacbonic hấpthụ các bức xạ hồng ngoại, hơi nước hấp thụ các bức xạ hồng ngoại trong khoảng 1

- 8m và 12m , trong khi đó cacbonic hấp thụ bức xạ hồng ngoại có bước sóng

gần 4m và bước sóng lớn hơn 13m Trong các ngày có nhiều mây mù, sự suy

giảm bức xạ Mặt Trời xảy ra mạnh hơn; năng lượng bức xạ Mặt Trời sẽ bị mất điđáng kể do bức xạ Mặt Trời bị phản xạ trở lại vũ trụ khi gặp các đám mây, mộtphần bức xạ khác bị hấp thụ vào mây và phần còn lại truyền tiếp tới bề mặt Trái Đấtgọi là bức xạ nhiễu xạ

Tổng các bức xạ bị phản xạ hay bị tán xạ khi xâm nhập vào tầng khí quyển

được gọi là Albedo của hệ khí quyển Trái Đất, có giá trị vào khoảng 30%.

Vậy tổng bức xạ Mặt Trời tới bề mặt Trái Đất chỉ còn 70% bức xạ ban đầu,các bức xạ này gồm có bức xạ trực xạ và bức xạ nhiễu xạ (hay bức xạ khuyết tán).Bức xạ trực xạ là các tia sáng Mặt Trời đi thẳng từ Mặt Trời đến mặt đất, không bịthay đổi hướng khi qua lớp khí quyển Bức xạ nhiễu xạ là bức xạ đến từ nhiềuhướng đối với điểm quan sát, bức xạ này bị thay đổi hướng ban đầu do các hiệntượng tán xạ, phản xạ tạo ra

1.1.2.3 Các góc tạo ra bởi chùm tia bức xạ với các mặt phẳng

Dưới đây, chúng ta xét đến mối quan hệ hình học giữa bức xạ Mặt Trời tớitrên các mặt phẳng được bố trí bất kỳ trên mặt đất, tức là chúng ta xét các góc đặctrưng cho vị trí của Mặt Trời so với mặt phẳng đó (hình 1.2) Trong đó:

 Góc thiên đỉnhzlà góc hợp bởi tia bức xạ và pháp tuyến của mặt phẳng nằmngang

 Góc  là góc tới, hợp bởi tia bức xạ và pháp tuyến của mặt phẳng nằm nghiêng

 Góc cao Mặt Trời là góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ truyền tới, làgóc phụ của góc thiên đỉnh

 Góc nghiênglà góc giữa mặt phẳng của bề mặt tính toán và phương nằmngang, 0 180

 Góc phương vị mặt phẳng nghiêng  là góc lệch của hình chiếu pháp tuyến mặtphẳng nghiêng trên mặt phẳng nằm ngang so với đường kinh tuyến Góc = 0 nếu

bề mặt quay về hướng chính nam (N),  lấy dấu (+) nếu bề mặt quay về phía tây (T)

và lấy dấu (-) nếu bề mặt quay về phía đông (Đ), 180 180

 Góc phương vị Mặt Trờis là góc lệch giữa hình chiếu tia tới trên mặt phẳng

nằm ngang và phương chính nam Góc này lấy dấu dương nếu hình chiếu lệch vềphía đông, lấy dấu âm nếu hình chiếu lệch về phía tây

 Góc lệch : vị trí góc của Mặt Trời tương ứng với giờ Mặt Trời là 12 giờ (tức

là khi Mặt Trời đi qua kinh tuyến địa phương) so với mặt phẳng của xích đạo tráiđất, với hướng phía Bắc là hướng dương,

tính toán theo phương trình của Cooper:

 Góc vĩ tuyến  (vĩ độ) của một địa phương nào đó là góc tạo bởi bán kính củaQuả Đất đi qua địa phương đó và hình chiếu của nó trên mặt phẳng quỹ đạo củaQuả Đất Vĩ độ của các địa phương trên mặt đất biến thiên từ 0 (đường xích đạo)đến +90o(điểm cực Bắc) hay -90o(điểm cực Nam).

Hình 1.2 Thành phần trực xạ trên các mặt phẳng.

 Góc giờ Mặt Trời là góc xác định vị trí của Mặt Trời trên bầu trời tại một thờiđiểm bất kỳ Người ta quy ước Mặt Trời ở đỉnh đầu (lúc 12 giờ trưa) = 0 và lấygiá trị 150cho một giờ đồng hồ

1.1.2.4 Cường độ của bức xạ tới trên các mặt phẳng và hệ số chuyển đổi bức xạ

Nếu gọi cường độ của chùm bức xạ tới là INhợp với pháp tuyến mặt phẳngnằm ngang đó một góc z thì mặt phẳng ngang đó nhận được cường độ bức xạ IH

được xác định theo hệ thức: IH I N.sin I N.cosz (1.3)

Trong đó, người ta xác định được hệ thức liên hệ giữa góc độ cao Mặt Trời

 tại một điểm bất kỳ theo góc giờ  vào một ngày bất kỳ trong năm theo góclệch nhờ hệ thức sau: sin coscoscos sinsin (1.4)

Khi cũng ở độ cao nhưng tia trực xạ IN chiếu lên mặt phẳng nghiêng vớigóc tới, khi đó cường độ tia bức xạ I trên mặt phẳng nghiêng là:

I I N.cos (1.5)

Với: cos sin.cos cos.sin.coss (1.6)

Hình 1.3 Tia bức xạ tới trên mặt phẳng

ngang.

Hình 1.4 Tia bức xạ tới trên mặt phẳng nghiêng.

Đặt biểu thức của sin (1.4) vào biểu thức (1.6) và dùng các hệ thức:

cos.coss sincoscos cossin

và cos.sins cossin

Người ta rút ra được biểu thức xác định góc tới:

cos sin.sin.cos sin.cos.sin.cos cos.cos.cos.coscos.cos.sin.sin.cos

cos.sin.sin.sin 1.7



Trong nhiều trường hợp phép tính còn được đơn giản hóa Ví dụ, tại thờiđiểm 12h  0thì số hạng cuối trong biểu thức (1.7) bằng không, được loại bỏ.Nếu góc nghiêng 900

thì số hạng thứ hai, ba và năm có phần tử bằng không, nênloại bỏ Còn nếu 00

(ứng với mặt phẳng nằm ngang) thì phương trình (1.7) chỉcòn:

cosz cos sin.sin cos.cos.cos (1.8)Trong thực tế, các bộ thu được đặt trên các mặt phẳng nghiêng, góc nghiêngphụ thuộc vĩ tuyến, vĩ tuyến càng lớn góc nghiêngcàng lớn (ở phía Bắc Bán Cầuđặt nghiêng hướng về phía Nam Bán Cầu và ngược lại) để có góc tới  bé nhất, tức

là lúc đó bộ thu nhận được giá trị cường độ bức xạ lớn nhất Do đó, khi tính toán bộthu ta phải xác định hệ số chuyển đổi giá trị bức xạ của bề mặt nghiêng so với bềmặt ngang:

Trong đó: Rbđược gọi là hệ số chuyển đổi trực xạ, Hncường độ trực xạ, H là cường

độ tổng xạ trên mặt phẳng ngang và HTlà tổng xạ gửi tới mặt phẳng nghiêng

1.1.3 Số liệu bức xạ Mặt Trời tại Việt Nam

Hình 1.5 Thành phần tổng xạ và nhiễu xạ trong một ngày trời trong.

Phần lớn các số liệu về bức xạ Mặt Trời được đo ở trên mặt nằm ngang ở cácTrạm Khí Tượng Thủy Văn Ví dụ hình 1.5 trình bày các đường cong ghi đượctrong một ngày trong sáng đối với các thành phần tổng xạ và nhiễu xạ Qua hình vẽ

ta thấy, sự biến đổi của bức xạ Mặt Trời là khá trơn tru và có một cực đại giữa trưa.Đối với các ngày mây mù các đường cong trên sẽ biến đổi phức tạp với rất nhiềucực đại và cực tiểu phụ Mật độ năng lượng thường được đo bằng cal/cm2 hayJ/cm2 Để đánh giá bức xạ Mặt Trời tại một địa phương nào đó, người ta dựa vàomật độ năng lượng Mặt Trời trung bình ngày và số giờ nắng trung bình hành thángtrong năm và cả năm Các giờ nắng được tính khi cường độ bức xạ Mặt trời có giátrị lớn hơn 140W/m2

Bảng 1.1 cho số liệu năng lượng Mặt Trời trung bình ngày ở các địa phương khácnhau ở Việt Nam

Bảng 1.1 Lượng tổng xạ bức xạ Mặt Trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số

địa phương Việt Nam, đơn vị: MJ/m 2 .ngày) [1]

Tổng xạ bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm

(đơn vị: MJ/m 2 .ngày)

phương

1 7

2 8

3 9

4 10

5 11

6 12

Bảng 1.2 Số giờ nắng trung bình cả năm của các vùng lãnh thổ Việt Nam.[2]

Vùng

lãnh thổ

bình trong năm

1 Điện Biên, Lai Châu, Sơn La Mộc Châu 1930

2 Lào Cai, Hà Giang, vùng Tây Bắc Bắc Bộ 1452

3 Vùng núi phía Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng sông

7 Kon-Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Lâm Đồng 2431

8 Đông Nam Bộ, TP Hồ Chí Minh, Đồng bằng

sông Cửu Long

2411

1.2 Nguyên tắc khai thác - sử dụng nguồn NLMT

Vì năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới Trái Đất dưới dạng bức xạ sóngđiện từ gồm các tia hồng ngoại và các tia tử ngoại Do đó ta có thể thu NLMT dướidạng nhiệt hoặc quang bằng một số phương pháp cụ thể dựa trên ba quá trình biếnđổi cơ bản: quá trình quang nhiệt, quá trình quang điện và quá trình quang hợp

Thiết bị thu bức xạ Mặt Trời nhiệt nhiệt năng

Tùy theo nhu cầu sử dụng cụ thể của từng vùng miền, địa phương mà người

ta biến đổi NLMT thành những dạng năng lượng khác như nhiệt, điện, cơ… Ngàynay người ta nghiên cứu và tiến hành khai thác nguồn NLMT trên hai lĩnh vực chủyếu Thứ nhất là dùng thiết bị quang điện bán dẫn hay được gọi là pin Mặt Trời đểthu và biến đổi NLMT trực tiếp thành điện năng Còn lĩnh vực thứ hai là sử dụngNLMT dưới dạng nhiệt năng, tức là chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt MặtTrời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng để dùng vào mục đích khác nhau

1.2.1 Hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính được ứng dụng rộng rãi trong khai thác nhiệt Mặt Trời.Nguyên lý của hiệu ứng nhà kính như sau: các loại kính (hay thủy tinh) được dùngtrong xây dựng thường có hệ số truyền qua rất nhỏ đối với vùng phổ có bướcsóng 0,7m nên các bức xạ Mặt Trời có bước sóng 0, 7m được truyền qua,

xạ truyền qua nhiều hay ít Ta xét một hộp thu năng lượng Mặt Trời ứng dụng hiệuứng nhà kính, cấu tạo của hộp thu năng lượng Mặt Trời gồm có: mặt trên hộp là lớpkính đậy (1), thành cách nhiệt (2) ở đáy và xung quanh hộp làm bằng vật liệu cáchnhiệt tốt, mặt trên của đáy hộp có một tấm kim loại phủ lớp sơn đen có hệ số hấpthụ cao, được gọi là tấm hấp thụ (3).

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo hộp bẫy nhiệt – “hiệu ứng nhà kính”.

Khảo sát một tia bức xạ Mặt Trời (H) bất kỳ xuyên qua tấm kính phủ tới mặttrên của đáy hộp, tấm hấp thụ chuyển hóa năng lượng Mặt Trời nhận được thànhnhiệt năng làm nóng tấm hấp thụ lên Tấm hấp thụ lúc này trở thành nguồn nhiệtphát ra các tia bức xạ nhiệt thứ cấp (có bước sóng 0, 7m ) hướng ra mọi phía.

Quá trình nhận bức xạ năng lượng Mặt Trời diễn ra liên tục, vì thế tấm hấp thụ cũngliên tục bức xạ nhiệt Những tia bức xạ nhiệt (5) hướng lên trên, gặp tấm kính phủthì bị ngăn lại vì kính chỉ cho bức xạ có bước sóng 0, 7m truyền qua Những tia

này bị phản xạ lại mặt đáy, được tấm hấp thụ hấp thu lần nữa, làm cho tấm hấp thụngày càng nóng hơn Nhờ ở hai bên thành và ở đáy hộp có lớp vỏ cách nhiệt tốt nênhầu hết nhiệt không bị truyền ra ngoài hộp, năng lượng nhiệt được tạo ra từ bức xạMặt Trời bị giữ lại trong hộp, hộp thu được xem như một cái bẫy nhiệt - bức xạ MặtTrời vào được nhưng bức xạ nhiệt không ra được Các quá trình như trên được gọi

là hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính được ứng dụng nhiều trong đời sống nhưtrong các thiết bị sấy, đun nước nóng, sưởi ấm bằng năng lượng Mặt Trời

1.2.2 Hiệu ứng quang điện

1.2.2.1 Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, khi bề mặt vật rắnđược chiếu ánh sáng thích hợp, các điện tử hấp thụ năng lượng từ các photon thì xảy

ra hiện tượng các electron được giải phóng, sinh ra dòng quang điện Điều kiện đểxảy ra hiệu ứng quang điện là ánh sáng chiếu tới vật rắn phải có tần số lớn hơn mộttần số ngưỡng (tần số này tùy thuộc vào bản chất tấm kim loại) Khi các điện tử bịbật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài Còn nếu nhưcác điện tử không bật ra khỏi bề mặt, mà chỉ thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở

thành điện tử tự do chuyển động trong lòng khối vật dẫn, ta có hiệu ứng quang điệnbên trong.

Hình 1.7 Hiệu ứng quang điện ngoài.

Ta xét hệ hai mức năng lượng điện tử E1 và E2 trong đó E1<E2 như hình vẽ1.8 Ở điều kiện bình thường, điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơn E1 Khi chiếuánh sáng vào vật rắn, các điện tử hấp thụ các photon (có năng lượng h) và chuyểnlên mức năng lượng cao hơn E2 Phương trình cân bằng năng lượng có dạng:

lượng thấp vì ở đó các điện tử bền vững nhất, ta gọi vùng đó là vùng hóa trị, bờ trên

của vùng hóa trị có năng lượng Ev Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn

trống hoặc bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, bờ dưới vùng dẫn có năng lượng là

Ec Cách ly giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn là một vùng cấm có độ rộng năng

evh e h

Điều kiện để điện tử ở vùng hóa trị chuyển lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện

tử-lỗ trống là năng lượng photon chiếu vào nó phải lớn hơn năng lượng của vùng cấm

Vậy, khi chiếu sáng vật rắn, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng của

photon hvà chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống, tức là đã tạo

ra một điện thế Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện bên trong

Sau khoảng vàis ở trạng thái điện tử tự do, electron (còn gọi là điện tử) mấthết năng lượng và rơi vào một trong các lỗ trống nằm trong liên kết hóa trị Quátrình này gọi là tái kết hợp Thời gian từ khi electron trở thành điện tử tự do cho đếnkhi xảy ra việc tái hợp lại được gọi là thời gian sống của cặp điện tử – lỗ trống

1.2.2.2 Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện

Giới hạn lý thuyết của hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ thống hai mứcđược xác định theo biểu thức sau:



Tử số của (1.18) là năng lượng hữu ích mà điện tử hấp thụ của photon trong quátrình quang điện, còn mẫu số là tổng năng lượng của các photon tới hệ Như vậy,

là một hàm số của Eg (vìc cũng là hàm số của Eg) như trình bày trong hình 1.10.

Hình 1.10 Hiệu suất biến đổi quang điện phụ thuộc vào

độ rộng vùng cấm của vật liệu.

Như thấy trên hình,có giá trị cực đại max gần bằng 0,44 xung quanh giá

trị Eg= 1,5 eV Kết quả này có tính tổng quát và áp dụng cho các hệ hai mức nănglượng bất kỳ Năng lượng tổn hao trong một quá trình biến đổi quang điện chủ yếu

do hai nguyên nhân sau: các photon có năng lượng h  E g hay  c không bị

điện tử hấp thụ để tạo cặp eh, mà truyền qua vật rắn Do quá trình hồi phục,

điện tử và lỗ trống giải phóng năng lượng

để tới đáy các vùng năng lượng

E h E gcho mạng tinh thể vật rắn

Đối với bán dẫn silicon Si, Eg = 1,16 eV, tính toán cho thấy 23% mất mát

năng lượng do photon truyền qua; 33% bị mất do quá trình hồi phục của ehtới

các bờ vùng Ec và E Như vậy đối với quá trình quang điện trên vật liệu Si, thì

 0, 44

1.3 Các ứng dụng NLMT trong thực tế

Từ ngày xưa, khi chưa có khoa học kỹ thuật nhưng loài người đã biết lợidụng NLMT trong thiết kế nhà cửa sao cho giữ được nhiệt Mặt Trời sưởi ấm vàomùa đông và giảm được sự nắng nóng cho căn nhà vào mùa hè

Ngày nay, khi khoa học kỹ thuật phát triển con người đã tính toán, thiết kếđược các dụng cụ tinh vi hơn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn NLMT Một

số ứng dụng được quan tâm hiện nay là pin Mặt Trời (hay tế bào quang điện), bộthu bức xạ nhiệt Mặt Trời dạng phẳng hoặc dạng hội tụ, parabol…

sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo từ vật liệutinh thể bán dẫn Silicon (Si) có hóa trị 4 Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật liệu tinh thểbán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho (P) có hóa trị 5 Còn để

có vật liệu bán dẫn tinh thể loại p thì tạp chất acceptor được dùng pha vào Si là Bo

có hóa trị 3

Hình 1.11 Hiện tượng quang điện tạo ra các hạt tải điện.

Khi để trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời, một pin silic có đường kính 6cm cóthể sản xuất dòng điện khoảng 0,5 ampe ở 0,5 volt Điện năng của pin Mặt Trờiđược nạp vào acquy và được phân phối đến các bộ phận tiêu thụ điện theo nhu cầu

sử dụng Trong thực tế, người ta đã sử dụng tế bào quang điện để tạo ra điện năngcung cấp cho các tàu vũ trụ, trạm không gian, trạm điện thoại, các máy bơm ở cácnơi xa xôi hẻo lánh, hệ thống làm mát bảo quản vácxin cho các trạm y tế ở vùng xahoặc làm hàng rào điện …

Tấm thu bức xạ Mặt Trời dạng phẳng là một hệ tấm phẳng (kính, tấm hấp thụ,lớp cách nhiệt) được đặt song song tạo thành một hệ bền vững Nguyên lý hoạtđộng của bộ thu phẳng dựa trên hiệu ứng nhà kính Một số ứng dụng của bộ thuphẳng như trong hệ thống nung nóng không khí, đun nóng nước, chưng cất nước,bếp Mặt Trời, hệ thống làm mát hấp thụ, hệ thống sấy gỗ, ngũ cốc…

Hình 1.12 Quy trình sử dụng pin Mặt Trời.

Nguyên lý hoạt động của bình nước nóng Mặt Trời:

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệukính lồng kính để biến đổi quang năng thành nhiệt năng và bẫy nhiệt để thu giữlượng nhiệt này Khi ánh sáng chiếu vào bộ phận thu nhiệt, các ống thủy tinh chânkhông với tính năng hấp thụ nhiệt cao, tỷ lệ phát xạ thấp sẽ hấp thụ bức xạ ánh sángmặt trời và chuyển hoá thành nhiệt năng Lượng nhiệt này sẽ làm nóng lượng nước

có trong các ống thủy tinh chân không Do quá trình đối lưu nhiệt tự nhiên (nướcnóng đi lên và nước lạnh đi xuống) nên nước nóng tại bình bảo ôn sẽ tăng lên Quátrình này sẽ diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt độ nước trong bình bảo ôn bằng nhiệt

độ của nước tại thiết bị ống chân không hấp thụ nhiệt (nhiệt độ cao nhất 80oC)

Hình 1.13 Bình nước nóng năng lượng mặt trời.

Nguyên lý chưng cất nước:

Chưng cất nước là một ứng dụng của hiệu ứng nhà kính (hình 1.14) Mô hìnhchưng cất nước có hình dạng một bể kín, trên nắp bể được đậy một lớp kính, cònđáy bể là tấm hấp thụ bức xạ mặt trời Khi nước hấp thụ bức xạ nhiệt, nóng lên vàbốc hơi Sự làm mát của bề mặt tấm phủ bởi không khí đối lưu bên ngoài làm chocác phần tử nước ngưng tụ lại trên mặt đáy của kính và tích tụ thành giọt chảy vàokhay nước ngọt Các thiết bị hiện nay có năng suất lên tới 3 - 4 lít/m2/ngày

Hình 1.14 Mô hình thiết bị chưng cất nước.

1.4 Thực trạng sử dụng NLMT trên thế giới và tại Việt Nam

1.4.1 Thế giới

Do giá dầu thế giới ngày càng tăng và để hưởng ứng lời kêu gọi cắt giảm khíthải nhà kính gây biến đổi khí hậu, nên vấn đề sử dụng năng lượng Mặt Trời ngàycàng trở nên cần thiết Điều đó được chứng minh tại hội nghị lần thứ 29 về pinMLMT (năm 2008) ở Valencia, Tây Ban Nha, đã tập hợp 4000 nhà khoa học vàhàng nghìn người trưng bày triển lãm Theo như Viện chính sách Địa cầu Mỹ, cácnhà đầu tư ngày càng quan tâm đến nguồn năng lượng mới thay thế dầu mỏ Vànguồn năng lượng mới đó chính là NLMT, ước tính đến năm 2012 công suất mộtnhà máy điện NLMT có thể đạt 6400KW Hiện nay các thiết bị thu NLMT được lắpđặt gia tăng 40%/năm trên thế giới Giá điện Mặt Trời vào khoảng từ 0,13 – 0,17USD/kWh, đủ sức cạnh tranh với nhiệt điện sử dụng khí đốt

Mỹ là một nước có tham vọng nhất trong việc phát triển NLMT Tổ hợp điệnmặt trời lớn nhất của Mỹ trên sa mạc Mojave, bang California, từ năm 1980 đến nay

đã và đang cung cấp điện cho gần 100000 hộ gia đình trong vùng

Từ năm 2007, Đức đứng đầu ngành sản xuất năng lượng quang điện trên thếgiới Năm 2007, Đức sản xuất 1063MW NLMT, năng lượng quang điện của Đứcđạt ngưỡng 1% nhu cầu tiêu thụ điện cả nước Năm 2010, Đức khủng hoảng thừađiện: chính phủ Đức đã hỗ trợ người dân lắp đặt các tấm thu NLMT, và nếu lượng

điện dư thừa thì người dân bán lại cho lưới điện quốc gia Vì vậy, việc lắp đặt cáctấm lợp khai thác quang năng tăng vọt, đã sản xuất 8 - 10 GW, tương đương 10 nhàmáy nhiệt điện dùng than cỡ lớn, so với năm 2009 chỉ 4GW.

Đến năm 2007 thì Nhật Bản vẫn đi đầu về sản xuất tấm hấp thụ NLMT, vớitổng công suất năng lượng sản xuất được là 920MW trong năm 2007

Philipines điện mặt trời đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400000 dân, 250000ngôi nhà được lắp đặt pin mặt trời ở Sri Lanka, Trung Quốc, Mexico

Trong nỗ lực ngăn chặn khí thải gây ô nhiễm môi trường của thế giới, Ấn Độđang phát triển dự án hệ thống phục vụ nấu ăn được sử dụng bằng năng lượng mặttrời lớn nhất thế giới Dự án được xây dựng ở Shirdi, bang Maharashtra Hệ thốngnày trị giá khoảng 280000USD có nhiệm vụ biến nước thành 3500kg hơi nước mỗingày, và sau đó được dùng để nấu nướng phục vụ du khách hành hương

Theo số liệu thống kê, vào đầu năm 2010 công suất điện của các trạm bộ gópđiện mặt trời đã lên tới 1 gigawatt và tổng công suất của quang điện mới chiếm0,1% tổng công suất điện phát ra Theo tính toán của các chuyên gia Ủy ban nănglượng quốc tế Liên hiệp quốc (IEA), NLMT năm 2050 có thể phát ra khoảng 9000terawatt/giờ tức 20 - 25% lượng điện cần thiết cho tiêu dùng của cả hành tinh Nếuđiều này được thực hiện, mỗi năm chúng ta sẽ giảm được 6 tỷ tấn khí CO2 thải ramôi trường

Hình 1.15 Chiếc PlanetSolar trong lễ ra mắt hôm 25/2.

Ngày 25/2/2010, con tàuPlanetSolar - hoạt động nhờNLMT của kỹ sư RaphaelDomjan - người Đức, GerardD’Aboville - người Pháp vàđội ngũ kỹ sư quốc tế đã đượcgiới thiệu tại Kiel, Đức

Hình 1.16 Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời.

Ngày 26/6/2009, BertrandPiccard - nhà sáng chế ngườiThụy Sĩ đã giới thiệu chiếc máybay chạy hoàn toàn bằng ánhsáng mặt trời, có sải cánh tươngđương loại phi cơ chở kháchBoeing 747 nhưng chỉ nặngchưa bằng một chiếc xe hơinhỏ

1.4.2 Việt Nam

Việt Nam hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu vềnăng lượng mặt trời Tính trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4 -5kWh/m2 mỗi ngày Tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa ThiênHuế trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc Do giá thành còn cao (60 cent hay 8000đồng cho 1kWh) nên điện mặt trời chưa được dùng rộng rãi Hiện mới chỉ có năm

hệ thống điện mặt trời lớn, trong đó có hệ thống ở Gia Lai, với tổng công suất100kWp (công suất cực đại khi có độ nắng cực đại) Chính phủ cũng đã đầu tư đểxây dựng 100 hệ thống điện mặt trời gia đình và 200 hệ thống điện mặt trời cộngđồng cho cư dân ở các vùng đảo Đông Bắc với tổng công suất là 25kWp, 400 hệthống pin mặt trời gia đình nữa do Mỹ tài trợ đã được xây dựng cho các cộng đồng

ở Tiền Giang và Trà Vinh với tổng công suất 14kWp

Dự án thử nghiệm “Ứng dụngnăng lượng mặt trời và nănglượng gió cung cấp điện choquần đảo Trường Sa” đã cungcấp gần 100% nhu cầu điện chohoạt động an ninh quốc phòng vàsinh hoạt của đảo Dự án trang bị

100 đèn năng lượng mặt trờixách tay cho các đảo thuộc quầnđảo Trường Sa Dự án thực hiện

Hình 1.17 Dàn pin Mặt Trời ở Trường Sa. 24 tháng với tổng kinh phí đầu tư

5,8 tỷ đồng

Ngày 13/12/2010, Công ty Schneider Electric Việt Nam công bố hoàn tất dự

án thí điểm phát triển năng lượng tái tạo tại tỉnh Quảng Bình Sau sáu tháng triểnkhai xây dựng, trạm điện năng lượng mặt trời đã có thể phát triển với công suất11kW cho người dân ở bản 61 thuộc xã Thượng Trạch, huyện Bố Trạch, tỉnh QuảngBình Với công suất 11kw điện và 11kw nhiệt với giá dự kiến khoảng 1 USD/kwh,

hệ thống điện mặt trời sẽ cung cấp đủ điện dùng hàng ngày cho 150 hộ dân, 100chiến sĩ của doanh trại bộ đội biên phòng đóng quân tại địa phương và 10 cơ quantrên địa bàn

Thực hiện chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm

và hiệu quả năm 2009, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) triển khai lắp đặt 1000thiết bị đun nước nóng bằng NLMT Trong khuôn khổ chương trình của EVN, bắtđầu từ ngày 01/8/2008 thành phố Hồ Chí Minh thực hiện chương trình “Hỗ trợ sảnxuất và tiêu dùng máy nước nóng năng lượng mặt trời”, theo đó, khi mua một sảnphẩm nước nóng mặt trời người dân sẽ được hỗ trợ một triệu đồng, chương trìnhnày dự kiến sẽ được kéo dài trong năm năm Việt Nam hiện có khoảng 83 công tychuyên kinh doanh về máy nước nóng năng lượng mặt trời và các sản phẩm, thiết bịdùng năng lượng mặt trời Ngày 27.4.2009, nhà máy sản xuất tấm pin mặt trời củacông ty Mặt Trời Đỏ (RedSun) đầu tiên tại Việt Nam đã được khánh thành tại cụmcông nghiệp Đức Hòa Hạ (H.Đức Hòa, tỉnh Long An) Ngoài ra, hoạt động nghiêncứu, chế tạo các thiết bị sử dụng NLMT ở các phân viện, trường đại học của các nhànghiên cứu, sinh viên và một số kỹ sư ngày càng nhiều như chế tạo lò ấp trứng, xeôtô chạy bằng năng lượng Mặt Trời

Một số dự án khác đang thực hiện:

1 Nhóm bếp mặt trời: PGS.TS Hoàng Dương Hùng, thực hiện theo dự án

2 Nhóm sấy mặt trời: TS Phan Hiếu Hiền, chủ yếu ở dạng nghiên cứu ứng dụng

3 Nhóm làm lạnh bằng năng lượng mặt trời: PGS.TS Lê Chí Hiệp, chủ yếu ở dạngnghiên cứu

Hình 1.18 Lò ấp trứng của nhóm sinh viên Hình 1.19 Xe điện chạy bằng năng

1.5 Đánh giá tính khả thi khi sử dụng NLMT tại Việt Nam

1.5.1 Ưu điểm

Việt Nam là một nước nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa, nên cónhiều nắng, mật độ năng lượng Mặt Trời cao, nằm trong khoảng 4 tới7kWh/m2/ngày Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo và sạch cho môitrường, vì vậy sử dụng nguồn NLMT là Việt Nam đã chung tay bảo vệ môi trườngchung của loài người Đồng thời, chúng ta không phải lo ngại tìm kiếm một nguồnnăng lượng khác vì ước tính Mặt Trời còn tồn tại khoảng năm tỉ năm nữa

Hiện tại một số vùng sâu, vùng xa, núi cao và hải đảo, các thuyền đánh cá…chưa có hoặc có hệ thống điện lưới quốc gia chưa hoàn thiện, tình hình trong đấtliền cũng thường xuyên bị cắt giảm điện vì các nhà máy thủy điện thiếu nước đểhoạt động, 10 tỉnh phía Bắc Việt Nam phải mua điện Trung Quốc với giá1400vnd/kWh… do dó Việt Nam cần hỗ trợ, khuyến khích, trợ giá và hướng dẫnnhân dân sử dụng tấm thu NLMT, pin Mặt Trời như chính phủ một số nước phươngTây đã làm nhằm phục vụ sản xuất tốt hơn, đời sống nhân dân được cải thiện

Khai thác NLMT đơn giản vì NLMT có sẵn trên mặt đất, chỉ cần có thiết bịthu NLMT là được vì nguyên lý khai thác nguồn NLMT không khó Vì vậy mà mọingười dân đều có cơ hội như nhau để sử dụng được nguồn năng lượng này Ngoài

ra, giá các nhiên liệu hóa thạch ở Việt Nam ngày một tăng theo tình hình chung thếgiới (giá xăng tháng 4 năm 2011 đã lên giá 22000 vnd/lit), nên chúng ta cần độc lậphơn trong ngành năng lượng nước nhà, mà NLMT đơn giản là miễn phí đối với mọiquốc gia

Vấn nạn khai thác khoáng sản, bán tài nguyên cho nước ngoài, quản lý khâukhai thác không tốt, bán dầu thô… tất cả điều đó vô hình chung phá hoại môitrường Việt Nam rất nhiều như nguy cơ sạt lở núi, vỡ đê tràn bôxit phá hoại đấtcanh tác, tràn dầu phá hoại môi trường biển, hệ sinh thái quanh vùng khai thác, vànguy hiểm hơn nữa là sự nóng lên của toàn cầu, mà Việt Nam là một nước chịuthiệt hại lớn nhất Vì thế Việt Nam cần tích cực hơn thúc đẩy khai thác NLMT đểthay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, đồng thời kêu gọi các nước khác giúp đỡ,

hỗ trợ và phối hợp tạo ra một nền năng lượng ổn định, vững chắc cho Việt Nam

1.5.2 Khuyết điểm

Theo chủ tịch Hiệp hội Năng lượng Việt Nam, ông Trần Viết Ngãi thì các

Bộ, ngành chức năng chưa có những điều tra quy hoạch cụ thể vì trên thực tế chúng

ta chưa có những nghiên cứu, đánh giá cụ thể về tiềm năng NLMT, cũng như cácnăng lượng tái tạo khác Ông còn cho biết để triển khai được các dự án năng lượngtái tạo thì Việt Nam phải hoàn thiện các định chế tài chính, mô hình thể chế cho các

dự án mới Đồng thời khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư xây dựng các cơ sởsản xuất các loại thiết bị năng lượng tái tạo, phải có chính sách hỗ trợ rõ ràng nhưvấn đề giảm chi phí thuê đất, hỗ trợ giá điện, hay các loại thuế nhập khẩu các vật tư

thiết bị mà trong nước chưa sản xuất được, có một mức giá thị trường cho cácnguồn năng lượng không phát sinh khí thải CO2gây hiệu ứng nhà kính.

Cụ thể, riêng bình đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời vốn được coi là

có khả năng ứng dụng rộng rãi trên thị trường Việt Nam với hơn 10 doanh nghiệpsản xuất thì lại vướng phải khó khăn khác là thiếu sự hỗ trợ của Nhà nước về đầu tưnghiên cứu cũng như kinh phí, trang thiết bị kỹ thuật cho sản xuất Một số sản phẩmbình năng lượng mặt trời trong nước phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng, khí hậuViệt Nam nhưng lại chưa cạnh tranh được với hàng Trung Quốc về kiểu dáng, chấtliệu và giá thành… nên khó đến tay người tiêu dùng Nhà nước nên có chính sách

hỗ trợ các doanh nghiệp tham gia đầu tư, phát triển ngành NLMT lên quy mô côngnghiệp… Phía các nhà sản xuất, nên quan tâm thường xuyên đến các dịch vụ saubán hàng, bảo trì, bảo dưỡng, có giải pháp thuận lợi trong việc lắp đặt thiết bị tại cácngôi nhà đã hoàn thiện, để sản phẩm có tính cạnh tranh cao hơn và mở rộng đượcthị trường tiêu thụ…

Vấn đề khó khăn khác của Việt Nam hiện nay đó là nước ta còn nghèo, trình

độ kỹ thuật thấp Mà chi phí ban đầu để mua công nghệ nước ngoài hoặc nhập khẩucác thiết bị NLMT thì tương đối đắt tiền Vì vậy để khắc phục tình trạng này thìViệt Nam cần đẩy mạnh hợp tác với các nước thành công trong lĩnh vực NLMT nhưĐức, Mỹ, Nhật hoặc các tổ chức môi trường, năng lượng thế giới như IEAE,IEA…để có được các hỗ trợ về kỹ thuật, công nghệ và thiết bị

Tuy Việt Nam có nắng nhiều nhưng cũng thường xuyên bị mưa bão kéo dài,mây bao phủ điều đó ảnh hưởng đến các thiết bị, các cơ cấu để ngoài trời và làmcho năng lượng được sản xuất bị ngừng trệ

1.5.3 Đề xuất phương án phát triển NLMT ở Việt Nam

Vấn đề then chốt hiện nay ở Việt Nam là Nhà nước cần sớm ban hành luật vàchính sách khuyến khích người dân sử dụng năng lượng mới Nước nào có chínhsách tốt thì nước đó phát triển tốt năng lượng tái tạo, không chỉ là điện mặt trời.Chẳng hạn, ở Trung Quốc có chương trình Ánh dương tài trợ 50% kinh phí xâydựng hệ điện mặt trời ở nông thôn, còn ở thành thị tài trợ 30% Ở TP.HCM nếu cómột triệu hộ dùng điện mặt trời thì điện lực giảm được một gánh nặng lớn chongành điện

Việt Nam có thể đầu tư mạnh vào ứng dụng NLMT trong hai lĩnh vực chínhsau: pin quang điện và bình nước nóng NLMT Về pin quang điện, trước tiên chúng

ta đầu tư ở thành thị và các vùng hẻo lánh chưa có điện Ở thành phố có thể lắm đặtcác hệ thống pin Mặt Trời lớn cung cấp cho một cụm dân cư như khu chung cư, kí túc

xá, trường học, du thuyền, xe cấp cứu… Còn ở vùng chưa có điện, có thể sử

Hình 1.20 Pin mặt trời chạy máy bơm đảo khí trong các ao cá, trại tôm.

dụng các hệ thống pin quang điện cỡ nhỏ, đầu tư thấp, dễ tháo lắp để nạp bìnhacquy phục vụ sinh hoạt, bơm nước Có một số nơi sử dụng pin Mặt Trời để làmhàng rào điện ngăn gia súc, hệ thống bơm đảo khí trong các ao cá, trại tôm rất tiệnlợi, hiệu quả Về bình nước nóng thì bức xạ nắng mặt trời sau khi đi qua tấm kính

có thể đun nóng nước tới 80oC và nước được nối qua bình nóng lạnh để tắm rửahoặc đun nấu Với một bể 500l nước nóng/ngày, một hộ gia đình chỉ cần đầu tư batriệu đồng để mua thiết bị và ba năm sẽ thu hồi được vốn Các thiết bị đun nướcbằng nhiệt Mặt Trời loại nhỏ hơn đặt trên mái nhà có giá khoảng 50 đôla Mỹ, mộtgia đình chỉ cần bộ phận thu nhiệt với diện tích 1,5 – 3,0 m2và một thùng chứa 150– 200 lít là đủ nhu cầu nước sinh hoạt

Hình 1.21 Du thuyền sử dụng pin MT ở Hội An.

Hình 1.22 Đèn điện công cộng sử dụng NLMT.

Ngoài ra, Việt Nam hoàn toàn có thể phát triển ứng dụng NLMT trong cáclĩnh vực khác như: ứng dụng hiệu ứng nhà kính để chưng cất nước ở các thành phốhoặc vùng hải đảo, cao nguyên, miền quê thiếu nước ngọt, nước sạch; hệ thống máylạnh khí nén quang điện ở các khách sạn, văn phòng, làm mát vacxin, thiết bị điện

Hình 1.23 Bếp Mặt Trời.

tử ở vùng xa…; thu nhiệt Mặt Trời chế tạo các loại máy sấy phù hợp với từng loạinông - lâm sản, ví dụ sấy cà rốt sử dụng loại máy sấy Mặt Trời gián tiếp để tránhmất vitamin, nhà sấy thóc giảm hao phí rơi vãi, tăng khả năng nảy mầm, nhà máy

Hình 1.24 Thiết bị sấy kiểu lồng kính.

sấy thuốc lá, sấy cà phê công suất ba tấn/ngày như ở Kenya đang dùng ; bếp MặtTrời cũng là một hướng đầu tư tốt

Mô hình năng lượng của ta từ trước đến nay chủ yếu đặt nặng mô hình tậptrung, chỉ lo xây dựng các nhà máy điện khổng lồ mà quên những hộ cá thể hay cơquan tư nhân cũng có thể tham gia sản xuất điện Việt Nam đang thiếu điện nhưng

chúng ta đang thiên về kêu gọi tiết kiệm điện chứ không nghĩ ra cách sản xuất điện

ở quy mô nhỏ từ NLMT Vậy tại sao chúng ta không hỗ trợ để các hộ gia đình hay

tư nhân có điều kiện lắp ghép, kinh doanh điện - mặt trời? Nếu chúng ta có vài trăm

hộ dân tự sản xuất được điện và bán điện dư cho EVN Nếu nhân rộng hình thứcnày lên, có thể trong các năm tới vấn đề thiếu điện cung cấp cho sản xuất và sinhhoạt như hiện nay phần nào được giải quyết, tiết kiệm cho Nhà nước và ngành điệnhàng ngàn tỉ đồng Hình thức này đã được nhiều nước thực hiện, trong đó nước Đức

đã thu được nhiều kết quả tốt đẹp Việt Nam có thể áp dụng dễ dàng phương án này,đồng thời Nhà nước quy định về kiến trúc hạ tầng, hướng dẫn nhân dân ở đô thị xâydựng nhà sao cho có thể lắp đặt hệ thống thu NLMT

Thuế nhập khẩu các thiết bị sản xuất điện từ NLMT của Việt Nam vẫn cao.Nên chăng Nhà nước miễn thuế hoàn toàn để khuyến khích người dân bỏ tiền đầu tưthiết bị sản xuất điện từ năng lượng mặt trời Có chính sách ưu đãi kêu gọi các nhàđầu tư trong, ngoài nước đầu tư sản xuất pin mặt trời, thiết bị nấu bằng năng lượngmặt trời, thiết bị làm mát bằng nhiệt mặt trời Giá pin mặt trời, thiết bị nấu nướcnóng hiện nay đã rẻ hơn nhiều so với trước, song vẫn còn cao so với thu nhập củangười dân, chưa thể xã hội hoá rộng rãi được, nhất là ở nông thôn, miền núi, hảiđảo Nhà nước nên tác động để hạ giá thành sản phẩm sao cho người dân có thểchấp nhận được

Việt Nam thiếu một cơ quan nghiên cứu - ứng dụng năng lượng mới Vì vậy,theo kỹ sư Phan Phùng Sanh, Hội khoa học kỹ thuật xây dựng Thành phố Hồ ChíMinh đưa ra một số đề xuất: cần có một cơ quan (viện) chuyên nghiên cứu - ứngdụng năng lượng tái táo, quan trọng nhất là năng lượng mặt trời, năng lượng gió,năng lượng khí sinh học (biogas) nhằm xử lý phế liệu nông nghiệp, giảm thiểu ônhiễm môi trường cơ quan này có nhiệm vụ nghiên cứu, phân tích, xây dựngchiến lược phát triển năng lượng mới cho Việt Nam một cách bền vững và lâu dài.Viện có trách nhiệm đào tạo kỹ sư, cán bọ chuyên môn, gửi một số kỹ sư có nănglực, có nhiệt tình tiếp tục tu nghiệp ở các nước đi đầu trong lĩnh vực này như: NhậtBản, Mỹ, Pháp, Đức, Israel mở rộng hợp tác quốc tế trong lĩnh vực đào tạo nhân

lực, tiếp tục chuyển giao công nghệ về năng lượng tái tạo, ứng dụng phù hợp vớiđiều kiện của nước ta.

Một điều đáng lưu tâm đó là: tuy nhà điện luôn hô hào thiếu điện nhưng các

xí nghiệp, nhà máy, người dân sử dụng điện rất lãng phí, nhiều cá nhân tổ chứcchưa biết cách sử dụng điện tiết kiệm hay không có ý thức tiết kiệm điện Do đó,Nhà nước cần có những biện pháp giáo dục ý thức của nhân dân một cách sâu rộng,thường xuyên, tích cực hơn, nhất là các em học sinh

Chương 2 NĂNG LƯỢNG GIÓ

2.1 Khái niệm cơ bản về năng lượng gió

NLG có nguồn gốc từ năng lượng Mặt Trời Gió là sự chuyển dịch tuần hoàncủa không khí trong khí quyển, gió được sinh ra do bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bềmặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóngkhông đều Ban ngày, năng lượng bức xạ Mặt Trời được biển, sông hồ hấp thụnhiều và làm diễn ra quá trình bốc thoát hơi nước trên bề mặt chất lỏng Không khíbên trên đất liền nóng và nhẹ hơn, bốc lên cao, còn lớp không khí trên bề mặt biển,

ao hồ mát và nặng hơn di chuyển đến đất liền tạo ra gió Ban đêm, mặt đất lạnh hơnmặt biển, ao hồ, quá trình diễn ra theo chiều ngược lại và gió thổi từ đất liền ra biển.Ngoài ra, một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận đượcbức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạonhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về

áp suất mà không khí giữa xích đạo và hai cực cũng như không khí giữa mặt banngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió Trái Đất xoay tròn cũnggóp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (sovới mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũngtạo thành các dòng không khí theo mùa

2.2 Nguyên tắc khai thác - sử dụng NLG

Từ ngàn xưa con người đã biết lợi dụng sức gió để phục vụ đời sống như:kéo thuyền buồm, phơi sấy (hong gió), cối xay gió, lợi dụng gió để dùng chiến thuậthỏa công…Dần dần, con người thấy được lợi ích bền lâu của sức gió nên con người

đã thiết kế xây dựng nhiều công trình quy mô, hiện đại hơn như các động cơ gió,nhà máy điện hoạt động nhờ turbin gió

Chúng có thể chia thành 2 dạng sử dụng chủ yếu:

 Sử dụng trực tiếp: chạy thuyền buồm, phơi sấy…

 Sử dụng gián tiếp: cối xay gió, động cơ gió…

Nguyên tắc chung để khai thác sử dụng NLG gồm có:

Vì gió là một quá trình địa vật lý rất phức tạp, vì vậy để khai thác hiệu quảthì chúng ta phải nghiên cứu kỹ, trong thời gian dài các đặc trưng gió tại vùng đónhư lưu lượng gió, tốc độ gió tức thời, tốc độ gió trung bình, giá trị tới hạn của vậntốc gió, cường độ gió, quy luật hướng gió để rút ra được các giá trị tổng quan nhất

về gió của vùng đó nhằm tránh các hư hại cho cơ cấu, tổ máy

Khác với các hệ thống thu NLMT được cố định và tương đối dễ tháo lắp, các

hệ thống thu NLG thường có cánh quạt, turbin và các cơ cấu truyền động…Nên khithu thập đầy đủ các số liệu về tiềm năng NLG và các tính toán về gió như trên,

tròn của trục turbin) và thiết bị sản sinh năng lượng cuối cùng (máy phát điện) Việctính toán này muốn đạt được độ tin cậy cao, chúng ta phải kết hợp tính toán, thiết kếbằng phương pháp mô hình động lực học Bằng phương pháp này chúng ta sẽ tínhtoán cụ thể vật liệu, độ bền mỏi, khả năng chịu lực, số cánh quạt, số turbin, độnghiêng cánh quạt, bộ phận định hướng gió, bộ phận hãm cơ học để sao cho tổ máy

có thể chịu được lúc gió giật, lúc cường độ gió lớn nhất (có bão), cánh quạt có thểthay đổi hướng…

Hình 2.1 Các thành phần của một turbin giớ cỡ lớn.

Một hệ thống thu NLG thông thường hoạt động như sau: các turbin gồm cónhiều cánh quạt tùy vào mục đích sử dụng, khi có gió đủ mạnh tạo ra mômen quaycác cánh quạt, các cánh quạt của turbin gió được ghép với trục chính, làm trục chínhquay, cơ năng mà trục chính được sử lý qua một bộ phận truyền động, bộ phậntruyền động này là hộp số, dây đai, bánh răng… bộ phận truyền động có nhiệm vụđưa cơ năng từ turbin gió đến cơ cấu cuối cùng (là máy phát điện, hoặc cơ cấu bơmnước…) theo một tỉ số thích hợp tùy thuộc để toàn bộ hệ thống hoạt động được nhịpnhàng và hiệu quả Nếu cơ cấu cuối cùng là máy phát điện thì sẽ biến cơ năng nhậnđược từ turbin gió thành điện năng, còn cơ cấu cuối cùng là cơ cấu bơm nước thìbiến đổi cơ năng của gió thành một cơ năng hữu dụng phục vụ con người

Ngoài ra, chúng ta phải xem xét đến nhu cầu sử dụng điện tại địa phương đó,

sử dụng nguồn năng lượng tái tạo khác có tốt hơn không, cũng như các yếu tố vềcảnh quan, vị trí địa lý và địa chất vùng đó để tránh các hư tổn sụt lún, an toàn chongười dân, lợi nhuận thu được từ công trình