Ôn thi các nguồn năng lượng tái tạo

NGUỒN GỐC CÁC NGUỒN NLTT Phân loại theo nguồn gốc sinh ra  Nguồn gốc từ bức xạ của mặt trời  Nguồn gốc từ nhiệt năng của trái đất  Nguồn gốc từ động năng hệ Trái Đất – Mặt trăng Nguồ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN – BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Giảng viên: TS Lê Thị Minh

Châu

1 MÔ TẢ HỌC PHẦN

1 Giới thiệu các khái niệm và vai trò của các nguồn NLTT

trong HT năng lượng

2 Trình bày về nguyên lý biến đổi NL, các phẩn tử chính, đặc

điểm vận hành và ưu điểm, nhược điểm của các HT NLTT

Khái quát các vấn đề cơ bản khi vận hành và kết nối.

3 Hướng dẫn tính toán sơ bộ công suất phát của hệ thống.

4 Trong các bài giảng có các bài tập và ví dụ ứng dụng, các

giờ trình bày và thảo luận để hướng tới người học có kỹ

năng tư duy, trình bày các chuyên đề kỹ thuật liên quan đến

các nguồn NLTT.

MỤC ĐÍCH MÔN HỌC

1 Nắm được các lý thuyết chung về các nguồn năng lượng

tái tạo.

2 Trình bày được các quy trình biến đổi năng lượng tái tạo

thành điện năng.

3 Trình bày được các tiềm năng và cơ hội ứng dụng năng

lượng sạch và tái tạo ở Việt Nam.

4 Sau khi học xong học phần này, người học có khái niệm

tổng quát về năng lượng tái tạo và ứng dụng khi có điều

kiện, trong đời sống cũng như công việc 3

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Solar; 8.25% Wind; 0.57% Biomass; 0.63% Diesel; 0.04% Im_Lao; 1.06%

Cơ cấu nguồn điện việt nam, 7/2019

P đặt (MW) Thủy điện lớn 16,881 Nhiệt điện than 19,258 Tuabin khí 7,260 Nhiệt điện dầu 1,412 Thủy điện nhỏ 3,530

Điện mặt trời 4,438 Điện gió 305

Sinh khối 337 Diesel 24 Nhập khẩu Lào 572

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 0

Tương quan tổng công suất đặt và phụ tải đỉnh giai đoạn 2001-2019

P_instal (P1) Annual peak load (P2) P2/P1

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Công suất khả dụng HTĐ QG qua các

tuần

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

lượng than tiêu thụ)

• Nhập khẩu than 2016- 2025:

266.2 triệu tấn

• Vấn đề môi trường

Khí

• Giai đoạn sụt giảm của các mỏ khí hiện tại

• Chưa có thêm mỏ mới

• Nhập khẩu khí: 4.2 tỉ

m 3 2025) và 90.2 tỉ m 3 (2026- 2035)

(2016-Nguồn: Vietnam energy outlook report

2017

19851987198919911993199519971999200120032005200720092011201320152017

0 2 4 6 8 10 12

Tăng trưởng GDP hàng năm

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Bản đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam (J Polo et al., 2015).

11/2017/QĐ-TTg: Cơ chế khuyến khích phát triển các dự

án điện mặt trời tại Việt Nam (Ngày hết hạn: 30/6/2019)

9.35 Uscents/kWh

1 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

84 84 84 84 174 174 174 211 260 260 260 260 260

310 398

559 712

882 1097 1780 2231 2834 3323 3570 4110

SUM 1091.3

Tỉnh, thành phố MWac

Ha Tinh 40.3 Thanh Hoa 29

SUM 69.3

Tỉnh, thành phố MWac

Ninh Thuan 983.4 Binh Thuan 892.3

Tay Ninh 628.5 Long An 224.5

Ba Ria – Vung Tau 232.5

An Giang 176 Tra Vinh 140

SUM 3277.2

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

 Trữ lượng các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng giảm.

 Nhu cầu sử dụng năng lượng của thế giới tiếp tục tăng trong các thập kỷ qua

 Sau cuộc khủng hoảng dầu lửa đầu tiên 1974, thế giới mới khởi động cho sự hỗ trợ ngành năng lượng tái tạo

 Nguồn năng lượng chủ yếu: nguồn năng lượng truyền thống (than đá, dầu mỏ, khí đốt, ) => các nguy cơ:

 Môi trường (đốt cháy các dạng hóa thạch => CO2, SO2 gây ô nhiễm);

 Ảnh hưởng xã hội và sức khỏe con người;

 Biến đổi khí hậu, trái đất nóng lên, băng tan làm mực nước biển dâng,…

=> Hiệu ứng nhà kính

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

THEO CƠ QUAN THÔNG TIN NĂNG LƯỢNG MỸ (EIA), MỨC TIÊU THỤ NL CỦA THẾ GIỚI SẼ TĂNG 57% TỪ 2004-2030 (TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG SẼ TĂNG VỚI TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH LÀ 0,46 TỶ GWH/NĂM)

 Hiệp định Kyoto liên quan Công ước khung Liên Hiệp Quốc về Biến đổi Khí hậu

 Kể từ tháng 9/2011 đã có khoảng 191 nước

 Việt Nam đã phê chuẩn Nghị định thư Kyoto ngày 25/9/2005

 Chỉ có Năng lượng tái tạo mới đủ điều kiện giúp nhân loại giải quyết lâu bền những vấn đề trọng yếu sau đây:

 Chống hiệu ứng nhà kính (thay đổi khí hậu).

 Phát triển bền vững kinh tế và xã hội (đem lại nhiều công ăn việc làm).

3 GIỚI THIỆU CHUNG NLTT

3.1 KHÁI NIỆM

 Các dạng năng lượng có khả năng tái tạo được tức là trữ lượng của chúng được bổ sung liên tục => còn gọi là năng lượng lựa chọn, năng lượng thay thế hay năng lượng xanh

 NL tái tạo được hiểu là người năng lượng vô hạn Vô hạn có hai nghĩa:

 Năng lượng không cạn kiện vì sự sử dụng của con người.

 Tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục.

 Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng NLTT là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào sử dụng Các quy trình này được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt trời

3.2 NGUỒN GỐC CÁC NGUỒN NLTT

 Phân loại theo nguồn gốc sinh ra

 Nguồn gốc từ bức xạ của mặt trời

 Nguồn gốc từ nhiệt năng của trái đất

 Nguồn gốc từ động năng hệ Trái Đất – Mặt trăng

Nguồn gốc từ bức xạ của Mặt trời

 NL mặt trời thu được trên Trái đất là NL của dòng bức xạ điện từ Có thể trực tiếp thu lấy NL này thông qua:

 Hiệu ứng quang điện, chuyển NL các photon của Mặt trời thành điện năng (pin mặt trời)

 NL photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng vật thể - nhiệt năng

(bình đun nước nóng MT, làm sôi nước trong tháp MT của NM điện MT

3 GIỚI THIỆU CHUNG NLTT

Nguồn gốc từ bức xạ của Mặt trời

 Hạt photon hấp thụ và chuyển hóa thành NL trong các liên kết hóa học

của các phản ứng quang hóa => Quá trình quang hợp => quá trình

này được cho là dự trữ NLMT vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch

 NL MT được hấp thụ bởi thủy quyển và khí quyển TĐ để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ NL có thể khai thác được (Dòng chảy của gió, khí là quay tuabin gió - cối xay gió, chuyển động sóng biển)

 Thế năng của nước mưa được dự trữ ở các đập nước và chạy máy phát điện (cối xay nước, nhà máy điện dùng dòng hải lưu)=> thủy điện

 Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày => khai thác chện lệch nhiệt độ để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dung nhiệt lượng của biển.

 Khí nhiệt năng hấp thụ từ photon của MT làm bốc hơi nước biển, một phần NL đó được dự trữ sử dụng tách muối ra khỏi nước biển Nhà máy nhiệt điện dùng phản ứng nước ngọt – nước mặn thu lại phần NL này khi đưa nước ngọt của dòng sông trở về biển

3.2 NGUỒN GỐC CÁC NGUỒN NLTT

Nguồn gốc từ nhiệt năng của trái

đất Địa nhiệt: năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất

 Nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất

 Năng lượng nhiệt có được thông qua các phản ứng phân rã hạt nhân

âm ỉ trong lòng đất => nhà máy nhiệt địa nhiệt và sưởi ấm địa nhiệt

Nguồn gốc từ động năng hệ Trái Đất – Mặt

Trăng

3.2 NGUỒN GỐC CÁC NGUỒN NLTT

 Trường hấp dẫn không đều trên Trái Đất không đều gây ra bởi Mặt trăng + trường lực quán tính ly tâm không đều trên bề mặt thủy quyển của Trái đất + Trái Đất quay quanh Mặt Trăng => mực nước biển tại một điểm trên TĐ dâng lên hạ xuống trong ngày => hiện tượng thủy triều

 Sự nâng hạ của nước biển -> chuyển động các NMĐ trong các

NM thủy triều

3.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1 Năng lượng Gió

2 Năng lượng Mặt Trời

3 Năng lượng Thủy điện nhỏ

4 Năng lượng Sinh khối

5 Năng lượng Địa nhiệt

6 Năng lượng Đại dương

Đặc trưng các nguồn năng lượng tái tạo

3.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

 Năng lượng tái tạo thường không ổn định, lúc có lúc không, lúc mạnh lúc yếu phụ thuộc vào nguồn năng lượng thiên nhiên

 Năng lượng tái tạo thường không phát thải các chất độc hại nên khi sử dụng chúng sẽ có lợi cho môi trường

 NLTT trừ các nguồn thuỷ năng lớn ra còn lại thường là nguồn NL phân tán, nhỏ lẻ, rất phức tạp khi hoà vào lưới điện Khi kết nối vào lưới điện dễ gây ra các vấn đề về chất lượng điện năng (dao động chậm về điện áp, dao động nhanh hoặc các bước nhảy vọt

về điện, nhấp nháy điện, phát sóng hài và các sóng hài đa hài, không cân bằng, gây nhiễu lên các hệ thống tín hiệu), ảnh hưởng đến độ nhạy và độ chọn lọc của toàn bộ hệ thổng bảo vệ,

Đặc trưng các nguồn năng lượng tái tạo

 Giá thành của các thiết bị thu hồi NLTT còn khá cao nên nếu không

có sự tài trợ thì chúng rất khó cạnh tranh với các nguồn NL truyền thống

 Ảnh hưởng đến cơ chế giá mua bán điện

1 NĂNG LƯỢNG sinh

khối

 Một thuật ngữ với ý nghĩa

bao hàm rộng dùng để mô

tả các vật chất có nguồn

gốc sinh học vốn có để

được sử dụng như một

nguồn năng lượng hoặc do

các thành phần hóa học

của nó

 Nguồn NL được sinh ra từ

các chất hữu cơ, nguồn

năng lượng này rất dồi dào,

không gây ô nhiễm môi

trường và nó được sắp xếp

vào năng lượng tái tạo

Cây trồng nông nghiệp và các phế liệu

Chất thải công nghiệp

Cây trồng lâm nghiệp

và các phế liệu

Chất thải động vật

Chất thải rắn

Đô thị Nước thải

Sản xuất nhiê êt truyền thống

Sưởi ấm

Nấu chín thức ăn

Đun nước tạo hơi

 Nhiên liệu cho xe hơi,

máy công nghiệp,

Sinh khối có thể được xử lý ở nhiều dạng chuyển đổi khác nhau để tạo

ra năng lượng, nhiệt lượng, hơi và nhiên liệu, thể hiện ở sơ đồ sau:

NMĐ sinh khối Alholmens, 240 MW điện +160 MW nhiệt NMĐ sinh khối Tùng Tư – 33 MW

NMĐ sinh Nhà máy điện sinh khối Simmering khối Simmering – 23 MW NMĐ sinh khối tại Steven's Croft - 44MW

4 Một số nhà máy điện Biomass tại Việt Nam

Nhà máy điện sinh học

Biomass

Khu Rừng Xanh, thị trấn Phong Châu, Phù Ninh, Phú Thọ

Công suất: 40MW Sản lượng: 331,5 triệu KWh/năm

Nhà máy nhiê êt điê ên sinh

khối (Biomass)

Khu công nghiê êp Minh Hưng - Hàn Quốc (huyê ên Chơn Thành)

Công suất: 19 MW Cung cấp hơi nước 70m3/h.

Nhà máy nhiệt điện đốt trấu Khu công nghiệp Hòa An, huyện

Chợ Mới, tỉnh An Giang Công suất 10 MW

Tiêu thụ ~ 240.000 tấn trấu/năm.

Xã Vọng Đông, huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang

Nhà máy nhiệt điện đốt trấu Tỉnh Kiên Giang Công suất 11 MW

Nhà máy nhiệt điện đốt trấu Quận Thốt Nốt, Cần Thơ Công suất 10 MW

Tiêu thụ khoảng 80.000 tấn trấu/năm.

17

Công nghê ê tạo điê ên

từ NLSK

Công nghê ê tạo điê ên

từ NLSK

Công nghê ê đốt lò

SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG

TỪ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI

 Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng tồn tại trong lòng đất ở dưới dạng nhiệt năng.

 Là nguồn năng lượng sạch và bền vững, không phụ thuộc điều kiện môi trường

2 NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

VÙNG ĐỊA NHIỆT TRÊN THẾ GIỚI

32

MÔ HÌNH ĐỊA NHIỆT

33

HÌNH ẢNH MINH HỌA CỦA

NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

35

NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

trực tiếp luồng hơi nóng có ỏp suất cao để chạy tuabin nhà mỏy nhiệt điện Trong hơi nóng chứa các chất khí CO2, H2S,

NH3 và không có hoặc có một ít hơi n ớc H2O => gọi là hơi khô.

NL dạng hơi nu ớc nóng Theo số liệu đo đạc tiềm năng của những bồn nhiệt nuớc có thể lớn gấp 20 lần so với loại hơi khô.

NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT

cao , từ 90°C đến 650°C, hầu hết đều nằm ở gần

bề mặt Trái đất, không tiếp xúc trực tiếp với các

mạch nước ngầm nên không có hơi nước hay nước nóng.

Hệ đá nóng khô có năng lượng lớn gấp 10 lần tổng năng lượng từ nước nóng và hơi nóng từ mỏ bồn địa nhiệt

độ từ 700°C đến 1600°C Khi còn nằm dưới vỏ Trái đất đá nóng chảy là một phần của vỏ Trái đất có độ dày khoảng 24 đến 48km

NHÀ MÁY ĐIỆN ĐỊA NHIỆT HƠI KHÔ

38

Trong sơ đồ trực tiếp, hơi nóng thổi trực tiếp vào tuốc bin, làm

quay máy phát để sinh ra điện Đây là kiểu nhà máy điện địa nhiệt

lâu đời nhất, lần đầu tiên được xây dựng ở Italia năm 1904 và vẫn

hoạt động cho đến nay Tại Caliphocnia có nhà máy lớn nhất thế

giới hoạt động theo nguyên lý này.

NHÀ MÁY ĐIỆN ĐỊA NHIỆT NƯỚC

NÓNG

39

- Sử dụng nơi các nguồn địa nhiệt ở dạng nước nóng, là loại phổ biến nhất của các nhà máy điện địa nhiệt, hơi nước địa nhiệt được làm tăng độ nóng lên trên 182⁰C

- Nước nóng có áp suất cao được phun vào một bể chứa có áp suất thấp hơn

nhiều (buồng bay hơi) làm cho nó nhanh chóng hoá hơi Hơi nước sau đó được dẫn đến một tua bin cùng với một máy phát điện như đối với các nhà máy hơi khô

NHÀ MÁY ĐIỆN ĐỊA NHIỆT HAI CHU TRÌNH

hệ thống chu trình khép kín

CÔNG NGHỆ HỆ ĐÁ NÓNG

KHÔ

41

CÁC NƯỚC ĐỨNG ĐẦU VỀ SẢN XUẤT ĐIỆN ĐỊA

Mexico 8,5%

NewZeland 8%

Italia 7,3%

Iceland 5,3%

Các n c khác 13,35% ướ

Kenya 4,7%

42

 Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước

 Năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập

nước, biến đổi thành động năng làm quay tua bin nước và máy phát điện

 Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều, năng lượng dòng hải lưu hay năng lượng sóng biển Thuỷ điện là nguồn năng lượng

có thể tái tạo

 Năng lượng lấy từ nước phụ thuộc: thể tích, sự khác biệt về độ cao giữa nguồn

và dòng chảy => áp suất Để có được áp suất lớn nhất nước có thể được cho

3 THỦY ĐIỆN NHỎ

3.1 Tổng quan

THỦY ĐIỆN NHỎ LÀ DẠNG NĂNG

LƯỢNG TÁI TẠO:

44

không bao giờ bị cạn kiệt;

làm cạn kiệt nguồn tài nguyên

lượng tái tạo, không phụ thuộc vào sự dao

động của thị trường.

nhu cầu điện năng tại vùng sâu vùng xa với

mức tác động lên môi trường nhỏ nhất Làm giảm hiệu ứng nhà kính.

• DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TRỌNG LỰC, NƯỚC ĐỔ

TỪ TRÊN CAO XUỐNG THẤP (THẾ NĂNG) THEO

KÊNH DẪN VÀ ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC SẼ LÀM

QUAY TURBIN.

• TURBIN ĐƯỢC KẾT NỐI VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN

BỞI TRỤC

• ĐIỆN NĂNG TẠO RA TỪ MÁY PHÁT ĐƯỢC ĐƯA

QUA TRẠM BIẾN THẾ NÂNG ÁP VÀ KẾT NỐI VÀO

MẠNG LUỚI ĐIỆN QUỐC GIA HOẶC MẠNG LƯỚI

ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG.

Nguyên lý chung

45

CẤU TRÚC CHÍNH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

1 Nhà máy thuỷ điện có đập chắn và có

hồ chứa

Đây là loại nhà máy thuỷ điện chính hiện

nay Người ta xây dựng đập tại một địa điểm

thích hợp cho việc khai thác Đập tạo ra cột

nước do sự chênh lệch nước giữa thượng lưu và

hạ lưu đập Đồng thời tạo nên hồ chứa có tác

dụng tập trung và điều tiết lưu lượng, làm tăng

khả năng phát điện trong mùa cạn, nâng cao

hiệu quả sử dụng nguồn nước như cắt lũ, chống lụt, cung cấp nước sinh hoạt và chống hạn,

nuôi trồng thuỷ sản, vận tải thủy….

47

3.2 Phân loại NM thủy điện

Nhà máy

Hồ chứa

ra cột nước cao giữa mức nước thượng lưu và hạ lưu bằng cách xây dựng đập chắn ngang dòng sông

48

Nhà máy thủy điện sử dụng phương

thức tập trung cột nước như hình trên

được gọi là nhà máy thủy điện kiểu đập

Phương thức này có ưu điểm là vừa tập

trung được cột nước, vừa điều tiết được

lưu lượng phục vụ cho việc sử dụng tổng

hợp nguồn nước Song nó có nhược điểm

là đập càng cao, khối lượng xây đắp càng

nhiều, kinh phí lớn, gây ngập lụt trên diện

rộng, ảnh hưởng lớn đến dân sinh và môi

trường phía thượng lưu

49

2 Nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn

hoặc ống dẫn

Ở những đoạn sông thượng lưu, độ dốc lòng

sông thường lớn, lòng sông hẹp, dùng đập để

tạo nên cột nước thường không có lợi Trong

trường hợp này thì cách tốt nhất là dùng kênh

dẫn hoặc ống dẫn để tạo cột nước.

Nhà máy

Đường ống Đập

Cửa tràn

Cửa nhận

nước Kênh dẫn Bể chứa Phương án dẫn

nước từ bể chứa thượng lưu qua kênh dẫn với độ dốc nhỏ tương ứng để tạo ra cột nước phát điện

50