BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTÓM TẮT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THUỘC CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2018 XÁC LẬP MÔ HÌNH VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TÓM TẮT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
THUỘC CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2018
XÁC LẬP MÔ HÌNH VÀ CÁC THÔNG SỐ
CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
• • LIÊN THÔNG HYBRID BIOGAS-NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU
• • •
KIỆN SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở NÔNG
THÔN VIỆT NAM
Mã số: CTB2018-DNA.04
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS BÙI THỊ MINH TÚ
Đà Nẵng, 07/2020
Trang 2Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀNẪNG
TÓM TẮT BÁO CÁO TỎNG KÉT ĐÊ TÀI
THUỘC CHƯONG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CÁP Bộ NẲM 2018
XÁC LẬP MÔ HÌNH VÀ CÁC THÔNG SÔ
cơ BẢN CỦA HỆ THÔNG NĂNG LƯỢNG LIÊN THÔNG HYBRID BIOGAS-NẢNG LƯỢNG MẶT TRỜI PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở NÔNG THÔN VIỆT NAM
Trang 3TS Trương Lê Bích Trâm
Mã số: CTB2Ọ18-DNA.04
TL GIAMD0C
^o// _ = _
Sxf "VSjZ Đà Năng, 07/2020
Trang 4DANH SÁCH THAM GIA
• Các cá nhân tham gia:
o PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu, Khoa Điện, Trường Đại học Báchkhoa, Đại học Đà Nẵng
o ThS Võ Anh Vũ, Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại họcBách khoa, Đại học Đà Nẵng
o TS Cao Xuân Tuấn, Đại học Đà Nẵng
o TS Lê Minh Tiến, Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại họcBách khoa, Đại học Đà Nẵng
o ThS Trần Anh Tuấn, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa,Đại học Đà Nẵng
o KS Vũ Vân Thanh, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đạihọc Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
• Đơn vị phối hợp chính:
o Trung tâm Năng lượng mới, Trường Đại học Bách khoa, Đạihọc Đà Nẵng
Trang 5MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3
3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3
4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4
5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI 5
CHƯƠNG 1 7
TỔNG QUAN 7
1.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới 7
1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam 8
1.3 Cơ cấu nguồn điện ở Việt Nam và quy hoạch phát triển đến năm 2030 8
1.4 Một số mô hình năng lượng tái tạo đang được sử dụng 11 1.5 Kết luận chương 11 CHƯƠNG 2 12
KHẢO SÁT NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHO SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MỘT SỐ KHU VỰC NÔNG THÔN VIỆT NAM 12
2.1 Tình hình tiêu thụ điện của hộ gia đình 12 2.2 Tình hình tiêu thụ điện của hộ sản xuất kinh doanh 12 2.3 Tình hình tiêu thụ điện của hộ chăn nuôi 12 2.4 Dự báo tăng trưởng nhu cầu tiêu thụ điện và mức công suất đỉnh
12 2.5 Kết luận chương 12
CHƯƠNG 3 13 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG
Trang 6LƯỢNG TÁI TẠO 13
3.1 Tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam 13
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống năng lượng mặt trời 15
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống năng lượng biogas 15
3.4 Kết luận chương 15
CHƯƠNG 4 17
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG HYBRID PHÙ HỢP VỚI CÁC YÊU CẦU SỬ DỤNG Ở NÔNG THÔN VIỆT NAM 17
4.1 Hệ thống năng lượng tái tạo qui mô nhỏ 17
4.2 Đề xuất mô hình phối hợp năng lượng mặt trời và năng lượng biogas 18
4.3 Thiết kế hệ thống phối hợp năng lượng mặt trời và năng lượng biogas 19
4.4 Thiết kế phần cứng 22
4.5 Thiết kế phần mềm 25
4.6 Kết luận chương 28
CHƯƠNG 5 29
THI CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 29
5.1 Thi công hệ thống 29
5.2 Vận hành thử nghiệm và đánh giá hệ thống 31
5.3 Kết luận chương 33
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO 36
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Đơn vị: ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1 Thông tin chung:
- Tên đề tài: Xác lập mô hình và các thông số cơ bản của hệ thống năng lượng liên thông hybrid biogas-năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện sản xuất và đời sống ở nông thôn Việt Nam
- Mã số: CTB2018-DNA.04
- Chủ nhiệm: PGS.TS Bùi Thị Minh Tú
- Thành viên tham gia:
o PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu, Khoa Điện, Trường Đại học Bách
Trang 7khoa, Đại học Đà Nẵng.
o ThS Võ Anh Vũ, Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại họcBách khoa, Đại học Đà Nẵng
o TS Cao Xuân Tuấn, Đại học Đà Nẵng
o TS Lê Minh Tiến, Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại họcBách khoa, Đại học Đà Nẵng
o ThS Trần Anh Tuấn, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa,Đại học Đà Nẵng
o KS Vũ Vân Thanh, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đạihọc Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
- Cơ quan chủ trì: Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: từ tháng 8 năm 2018 đến tháng 8 năm 2020
kế hệ thống điều khiển kết hợp năng lượng mặt trời và biogas để cung cấp điệnnăng phù hợp với điều kiện sản xuất và đời sống ở nông thôn Hai nguồn nănglượng này liên thông với nhau Ban ngày công suất điện mặt trời dư thì dùng
để sản xuất hydrogen Ban đêm nguồn hydrogen này được dùng để làm giàubiogas chạy máy phát điện Hệ thống hoàn toàn tự động, đảm bảo tính ổn địnhtrong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị sử dụng điện
Hệ thống kết hợp năng lượng tái tạo liên thông như vậy sẽ hoạt động hiệuquả hơn hệ thống năng lượng tái tạo độc lập
Trang 84 Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
Đề tài đã khảo sát tình hình sử dụng điện thực tế của các hộ gia đình,
hộ kinh doanh và hộ chăn nuôi ở Hòa Vang (Đà Nẵng), Cẩm Thanh (Hội An)
và Phong Điền (Huế) nhằm xác định mức công suất đỉnh của các hệ thốngnăng lượng mặt trời phù hợp Đề tài cũng thiết kế hệ thống điều khiển phốihợp các nguồn năng lượng mặt trời và biogas hoàn toàn tự động, có tính ổnđịnh cao
5 Sản phẩm:
- 01 bài báo trong tạp chí quốc tế (danh mục SCOPUS):
[1] Minh Quan Duong, Le Hong Lam, Bui Thi Minh Tu, Giap Quang
Huy, and Nguyen Huu Hieu, “A Combination of K-Mean Clustering and
Elbow Technique in Mitigating Losses of Distribution Network”, GMSARN
International Journal 13 (2019) 153 - 158
- 01 bài báo trong tạp chí quốc gia:
[1] Bùi Thị Minh Tú, “ Xác lập mô hình và các thông số cơ bản của
hệ thống năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện đời sống ở nông thôn Việt Nam”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng Vol 17, No 9,
2019, trang 40-44
- Sản phẩm đào tạo: 1 học viên cao học đã bảo vệ:
[1] Ngô Thị Ánh Tuyết, đề tài: “Nghiên cứu giải pháp phối hợp nănglượng mặt trời và điện lưới trong sinh hoạt”, năm bảo vệ: 2019
6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để xây dựng các hệ thốngnăng lượng tái tạo liên thông tại khu vực nông thôn miền Trung Việt Nam
Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo chosinh viên đại học và sau đại học cũng như các nghiên cứu liên quan khác
Trang 9Cơ quan chủ trì
Ngày tháng 7 năm 2020
Chủ nhiệm đề tài
PGS.TS Bùi Thị Minh Tú
Trang 10RESEARCH RESULT INFORMATION
1 General information:
- Project title: Establishing models and basic parameters of the biogas-solarhybrid energy system applying in rural Vietnam area
- Code number: CTB2018-DNA.04
- Project Leader: Bùi Thị Minh Tú
o Dr Cao Xuân Tuấn, University of Danang
o Dr Lê Minh Tiến, Faculty of Transportation, DanangUniversity of Science and Technology, University of Danang
o Msc Trần Anh Tuấn, Faculty of Electric, Danang University ofScience and Technology, University of Danang
o Eng Vũ Vân Thanh, Faculty of Electronic andTelecommunication, Danang University of Science andTechnology, University of Danang
- Implementing institution: The University of Danang
- Duration: from 08/2018 to 08/2020
2 Objective(s):
Establishing input parameters to calculate and design a hybrid biogas-solarenergy system which is suitable for different purposes
3 Creativeness and innovativeness:
Most of renewable energy solutions today are independent ones These energysources are used individually, the excess energy is accumulated in the battery
Trang 11or wasted This project has studied and designed control systems forcombining solar energy and biogas energy to provide electricity which issuitable for production conditions and rural life These two energies areconnected During the day, excess solar power is used to produce hydrogen Atnight this hydrogen is used to enrich biogas to generate electricity The system
is fully automated, ensuring stability in providing energy for electricalequipment
Such a combined renewable energy system is more efficient than anindependent renewable energy system
4 Research results:
This project collected the actual electricity use of households, smallbusiness and farms in Hoa Vang (Da Nang), Cam Thanh (Hoi An) and PhongDien (Hue) to determine the peak power of suitable solar systems The projectalso designed the control system to coordinate solar and biogas sources Thedesigned systems can operate automatically, with high stability
5 Products:
- 01 international article:
[1] Minh Quan Duong, Le Hong Lam, Bui Thi Minh Tu, Giap Quang
Huy, and Nguyen Huu Hieu, “A Combination of K-Mean Clustering
and Elbow Technique in Mitigating Losses of Distribution Network”,
GMSARN International Journal 13 (2019) 153 - 158
- 01 national article:
[1] Bùi Thị Minh Tú, “ Xác lập mô hình và các thông số cơ bản của
hệ thống năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện đời sống ở nông thôn Việt Nam”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng.
Vol 17, No 9, 2019, pp 40-44
Trang 12- Educational result: 1 graduate student successfully defended:
[1] Ngô Thị Ánh Tuyết, Project title: “Nghiên cứu giải pháp phối hợp năng lượng mặt trời và điện lưới trong sinh hoạt”, Year: 2019
6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
The proposed model can be installed for households in rural areas inCentral Vietnam
Research results can be used as reference material for postgraduateand graduate students as well as and other related studies
Trang 13MỞ ĐẦU
1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việt Nam là một trong 5 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biếnđổi khí hậu Hạn hán bất thường, thiếu nước ngọt cho sản xuất và đời sống,xâm nhập mặn, nước biển dâng lấn chiếm một số vùng đất vùng Tây NamBộ trong những năm gần đây đã cho thấy những tác động của biến đổi khíhậu đến nước ta sớm hơn dự kiến Hơn ai hết, chúng ta cần có những chủtrương, quyết sách về chiến lược an ninh năng lượng để đảm bảo sự phát triểnbền vững của đất nước
Nước ta đã khai thác gần như hết tiềm năng thủy điện Chính phủ đã quyếtđịnh dừng dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân ở Ninh Thuận Tương lainăng lượng nước ta phụ thuộc nhiều vào các nguồn năng lượng tái tạo Sự tồntại bền vững của loài người trên hành tinh phụ thuộc vào sự bền vững củanguồn năng lượng Các quốc gia phát triển đang đẩy mạnh việc tìm kiếm vàứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo để giảm dần sự lệ thuộc vào nhiên liệuhóa thạch Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, cấu trúc lại cơ cấu nănglượng trong đó nhiên liệu tái tạo thay thế dần nhiên liệu hóa thạch sẽ kéo dàithời gian ổn định của nhiệt độ bầu khí quyển tránh hiểm họa bùng nổ khí hậu,ảnh hưởng đến sự tồn vong của loài người văn minh trên quả đất Đó là nhữngcam kết của COP21 mà Việt Nam là một trong những quốc gia tham gia.Các quốc gia công nghiệp phát triển đã bắt đầu sử dụng điện năng từ nănglượng mặt trời và sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Nguồnbiogas cung cấp cho các động cơ này thường lấy từ các trạm sản xuất tậptrung Các quốc gia đang phát triển trong đó có Việt Nam, nguồn biogas rấtphân tán, qui mô thay đổi trong phạm vi rộng Trong những năm gần đây,
Trang 14nhóm nghiên cứu Động cơ biogas của Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu pháttriển công nghệ cải tạo động cơ truyền thống thành động cơ biogas để kéo máyphát điện ở nông thôn Công nghệ này phát huy tác dụng tốt ở các trại chănnuôi, nơi có nguồn biogas đủ lớn Ở các hộ gia đình, do hầm biogas có dungtích bé nên nếu chỉ sử dụng nguồn biogas thì không đủ công suất mà cần phốihợp sử dụng với một nguồn năng lượng khác, trong đó điện mặt trời rất nhiềuhứa hẹn.
Mới đây nhất, ngày 11/4/2017 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyếtđịnh số 11/2017/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặttrời tại Việt Nam Điều này cho thấy quyết tâm của Chính phủ trong tìm kiếmcác nguồn năng lượng tái tạo thay thế dần các nguồn năng lượng truyền thống
để đảm bảo an ninh năng lượng Bên cạnh các dự án điện mặt trời lớn, việcnghiên cứu sử dụng hiệu quả điện mặt trời ở qui mô nhỏ, phân tán cũng là giảipháp thiết thực, phù hợp với lợi thế nước ta
Nước ta có gần 75% dân số sống ở nông thôn Nhu cầu năng lượng chosản xuất và đời sống ở khu vực này rất lớn nhưng phân tán Nếu áp dụng giảipháp năng lượng tái tạo giúp cho mỗi hộ dân vùng nông thôn có thể tự túcđược năng lượng cho sản xuất và sinh hoạt thì nước ta tiết kiệm được mộtlượng lớn điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng khác
Việc kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo điện mặt trời, điện gió, biogas,thủy điện nhỏ cũng đã được áp dụng ở nước ta Tuy nhiên việc kết hợp nàymới được thực hiện bằng phương thức ĐỘC LẬP, nghĩa là các nguồn điện nàyđược sử dụng riêng rẽ, việc tích lũy năng lượng (nếu có) thông qua accu Đây
là một trong những lý do kỹ thuật làm hạn chế tính thực tiễn của giải pháp ứngdụng năng lượng tái tạo
Chương trình nghiên cứu này đề xuất công nghệ hệ thống kết hợp (hybrid)
sử dụng năng lượng mặt trời và biogas để cung cấp điện năng phù hợp với điều
Trang 15kiện sản xuất và đời sống ở nông thôn Hai nguồn năng lượng này LIÊNTHÔNG với nhau Ban ngày công suất điện mặt trời dư thì dùng để sản xuấthydrogen Ban đêm nguồn hydrogen này được dùng để làm giàu biogas chạymáy phát điện Hệ thống kết hợp năng lượng tái tạo liên thông như vậy sẽ hoạtđộng hiệu quả hơn hệ thống năng lượng tái tạo độc lập.
Nhu cầu sử dụng năng lượng ở nông thôn rất đa dạng: phục vụ sinh hoạtgia đình; phục vụ chăn nuôi, trồng trọt; phục vụ xay xát; phục vụ sản xuất thủcông truyền thống Đi ều kiện sẵn có để sản xuất năng lượng tái tạo cũng rấtkhác nhau Vì thế cần có nghiên cứu tính toán nhu cầu năng lượng, khả năng
có thể sản xuất biogas, năng lượng mặt trời trong những trường hợp cụ thể đểthiết kế hệ thống năng lượng tái tạo hybrid phù hợp Nghiên cứu này cung cấpthông số đầu vào cần thiết để thiết kế, lựa chọn các thông số chính của sảnphẩm chương trình nghiên cứu
2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Xác lập thông số đầu vào để tính toán, thiết kế hệ thống năng lượng hybridbiogas-năng lượng mặt trời phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau ởnông thôn
3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1 Đối tượng nghiên cứu
vụ sản xuất và sinh hoạt ở nông thôn
lượng hỗn hợp liên thông năng lượng mặt trời/năng lượng biogas
Trang 163.2 Phạm vi nghiên cứu
Nam và Đà Nẵng
4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1 Cách tiếp cận
- Tổng hợp kinh nghiệm trên thế giới về sử dụng năng lượng tái tạo, phântích những điều kiện khí hậu đặc thù của Việt Nam để lựa chọn loại nănglượng tái tạo phù hợp để nghiên cứu ứng dụng ở nông thôn Việt Nam
- Phân tích cơ cấu năng lượng ở nước ta, các chủ trương, chính sách củaChính phủ về ứng dụng năng lượng tái tạo để xác lập mục tiêu nghiên cứu, gópphần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia
- Phân tích những bất cập trong việc sử dụng các nguồn năng lượng tạo tạiđộc lập về công suất, lưu trữ, đầu tư để lựa chọn phương án phối hợp sử dụngnăng lượng tái tạo phù hợp
4.2 Phương pháp nghiên cứu
cứu thí điểm
năng lượng tái tạo cho sản xuất và sinh hoạt trên địa bàn nghiên cứu thí điểm
cơ bản của hệ thống năng lượng hybrid phù hợp với các mục đích sử dụngnăng lượng khác nhau ở nông thôn
5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Nội dung đề tài được chia làm 5 chương
Chương 1: Tổng quan.
Trang 17Chương này sẽ trình bày tổng quan về tình hình ứng dụng năng lượngtái tạo trên thế giới, tiềm năng sử dụng năng lượng tái tạo trong sản xuất và đờisống ở Việt Nam Chương này cũng phân tích cơ cấu nguồn điện của ViệtNam, các chính sách của Chính phủ về khuyến khích đầu tư phát triển nănglượng tái tạo cũng như đề xuất các phương án phối hợp sử dụng kết hợp cácnguồn năng lượng khác nhau phục vụ nhu cầu đời sống và sinh hoạt.
Chương 2: Khảo sát nhu cầu năng lượng cho sản xuất và đời sống ở
một số khu vực nông thôn Việt Nam
Chương này đề cập tới nhu cầu thực tế sử dụng năng lượng của một sốvùng nông thôn miền Trung Việt Nam, phân tích sự thay đổi nhu cầu nănglượng theo các yếu tố như đặc điểm kinh tế của từng khu vực hoặc sự thay đổithời tiết trong năm
Chương 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế hệ thống năng lượng
tái tạo
Chương này sẽ giới thiệu về khả năng khai thác năng lượng mặt trời ởcác khu vực khác nhau cũng như các yếu tố cần quan tâm khi thiết kế hệ thốngnăng lượng mặt trời Nội dung chương cũng đề cập đến khả năng sản xuấtbiogas của các hộ gia đình, các cơ sở sản xuất, chế biến khác nhau ở nôngthôn
Chương 4: Thiết kế hệ thống năng lượng hybrid phù hợp với các yêu
cầu sử dụng ở nông thôn Việt Nam
Từ những phân tích về nhu cầu cũng như khả năng cung cấp năng lượngtái tạo, chương này giới thiệu một số thiết kế của hệ thống năng lượng hybridbiogas-năng lượng mặt trời phù hợp với các nhu cầu khác nhau ở nông thônViệt Nam
Trang 18Chương 5: Đánh giá hoạt động của hệ thống
Chương này bao gồm các phân tích, đánh giá về hoạt động của hệ thốngthử nghiệm được chế tạo, bao gồm các tính ổn định của hệ thống điện mặt trời,tính tự động của hệ thống chia/bù công suất và hệ thống giám sát từ xa
Các kết luận về hiệu quả và khả năng ứng dụng của hệ thống cũng nhưcác tồn tại và hướng giải quyết được đề cập trong phần kết luận và hướng pháttriển của đề tài
Trang 19CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
Để góp phần giảm sự lệ thuộc vào năng lượng hóa thạch và bảo vệmôi trường, nhiều quốc gia trên thế giới từ lâu đã nghiên cứu áp dụng nănglượng tái tạo trong sản xuất và đời sống Tỉ trọng năng lượng tái tạo ngày càngtăng dần trong tổng năng lượng sử dụng trên phạm vi toàn cầu Điều này mộtmặt là do sự phát triển của khoa học công nghệ làm cho giá thành của nănglượng tái tạo giảm xuống nhanh chóng và mặt khác, nhờ vào chính sách củacác quốc gia khuyến khích đầu tư nghiên cứu phát triển và ứng dụng cácnguồn năng lượng tái tạo
1.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới
Năng lượng tái tạo nói chung có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời.Đối với hành tinh của chúng ta thì đó là nguồn năng lượng vĩnh cửu (đối vớithời gian tồn tại của hệ mặt trời) Sử dụng năng lượng tái tạo không phát thảichất khí gây hiệu ứng nhà kính, góp phần hạn chế sự gia tăng nhiệt độ khíquyển Trong số những dạng năng lượng tái tạo được khai thác rộng rãi hiệnnay thì điện mặt trời, điện gió, biomass, biogas, biofuel chiếm tỉ trọng lớnnhất Các nước phát triển đã và đang phối hợp áp dụng các dạng năng lượng táitạo này với các nguồn năng lượng truyền thống để sản xuất điện năng, phục vụgiao thông vận tải
Bên cạnh xây dựng những nhà máy năng lượng tái tạo lớn, tùy thuộc
và tiềm lực kinh tế và điều kiện thực tế của mình, mỗi quốc gia có một chínhsách riêng về phát triển công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo ở qui mô nhỏnhư các cụm dân cư, các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, các hộ dân
Trang 201.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Việt Nam là một nước nông nghiệp, có nguyên liệu để sản xuất nănglượng sinh học khá dồi dào Những sản phẩm từ chăn nuôi, trồng trọt sẽ cungcấp nguyên liệu khổng lồ cho sản xuất khí sinh học Trong cả nước, sản phẩmphụ của nông nghiệp có khả năng cung cấp nhiên liệu cho điện sinh khối từ 8-
11 triệu tấn Riêng sản lượng trấu có thể thu gom ở Đồng bằng sông Cửu Longlên tới 1,4 đến 1,6 triệu tấn Bên cạnh đó, rác thải sinh hoạt nếu được xử lí tốtcũng là nguồn nhiên liệu đầu vào để sản xuất khí biogas Tổng sản lượngbiogas có thể sản xuất mỗi năm ở nước ta có thể lên đến 4 tỷ m3
Mặt khác nước ta nằm trong vùng nhiệt đới có bức xạ mặt trời lớn Tạicác tỉnh Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, số giờ nắng đạt từ 2.000-2.600giờ/năm Bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2, chiếm khoảng 2.000-5.000giờ/năm Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm sửdụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ tập trungtại nông thôn, miền núi-nơi mức sống tương đối thấp Hiện nước ta có hơn3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa được điện khí hóa bằng hệ điện mặt trời giađình, 8.500 hộ sử dụng điện mặt trời qua các trạm sạc ắc quy
1.3 Cơ cấu nguồn điện ở Việt Nam và quy hoạch phát triển đến năm
2030
Việt Nam là một trong những nước đang phát triển ở Đông Nam Á cómức độ gia tăng nhu cầu sử dụng điện khá cao, tốc độ tăng trưởng điện thươngphẩm bình quân giai đoạn 2016-2020 khoảng 10%, đồng thời tỷ trọng năng
lượng hóa thạch sử dụng trong phát điện vẫn còn khá lớn (Hình 1).
Trang 21CƠ CẤU NGUỒN ĐIỆN QUÝ I/2019
Năng lượng tái tạo
1%
-Tua bin khí &
Đuôi hơi, chạy dầu 20%
Thủy điện
30% ■
Hình 1: Cơ cấu nguồn điện Việt Nam quý 1/2019 (theo EVN)
Nhằm bảo đảm cung cấp đủ điện với chất lượng ngày càng cao, đadạng về nguồn gốc, giá thành hợp lý hợp lý; giảm thiểu sự phụ thuộc vàonguồn điện sản xuất từ than nhập khẩu, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng,giảm nhẹ biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bềnvững; hình thành và phát triển hệ thống điện thông minh, có khả năng tích hợpvới nguồn năng lượng tái tạo có tỷ lệ cao, chính phủ đã ban hành Quy hoạchphát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Quy hoạchVII điều chỉnh) (Hình 2, Hình 3) Theo đó, điện sản xuất và nhập khẩu năm
2020 khoảng 265 - 278 tỷ kWh; năm 2025 Khoảng 400 - 431 tỷ kWh và năm
2030 khoảng 572 - 632 tỷ kWh; tổng công suất lắp đặt năm 2020 là 60.000
MW, năm 2025 là 96.500MW và sẽ tăng lên 129.500 MW vào năm 2030
Khác 2%
Nhiệt điện 47%
Trang 22QUY HOẠCH ĐIỆN VII ĐIỀU CHỈNH
Trang 23Hình 2: Quy hoạch điện VII điều chỉnh (điện năng).
QUY HOẠCH ĐIỆN VII ĐIỀU CHỈNH
Hình 3: Quy hoạch điện VII điều chỉnh (công suất)
1.4
Một số mô hình năng lượng tái tạo đang được sử dụng
1.4.1 Hệ thống năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là ánh sáng và nhiệt từ mặt trời được khai thácbằng các công nghệ khác nhau Hệ thống điện mặt trời là các hệ thống chuyển
Trang 24đổi ánh sáng mặt trời thành điện, hoặc trực tiếp bằng cách sử dụng pin mặt trời(PV), hoặc gián tiếp bằng cách sử dụng điện mặt trời tập trung (CSP) Hệthống CSP sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung mộtkhu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ Nhiệt tập trung sau
đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một nhà máy điện thôngthường Trong khi đó, pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV) trực tiếpchuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện
1.4.2 Hệ thống năng lượng biogas
Biogas có thể được dùng để sản xuất điện năng, nấu nướng, sưởi ấm,đun nước nóng hay cấp nhiệt Khi nén biogas trong bình áp suất cao nó có thểthay thế khí thiên nhiên để chạy ô tô bằng động cơ nhiệt hay bằng pin nhiênliệu Biogas cũng có thể được tinh luyện đạt tiêu chuẩn khí thiên nhiên, gọi là
hệ thống cấp ga cho phép, biomethane có thể được hòa chung vào mạng lướicấp ga thành phố Nhiên liệu biogas nén ngày càng được sử dụng phổ biến
CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CHO SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MỘT SỐ KHU VỰC NÔNG THÔN VIỆT NAM
Số liệu tiêu thụ điện trong giai đoạn 2016-2018 tại một số khu vực
Trang 25nông thôn Việt Nam được thu thập Bằng việc phân tích các số liệu này, có thểthấy được mức tăng trưởng của điện năng tiêu thụ, công suất đỉnh của các hộgia đình cũng như hộ sản xuất kinh doanh và hộ chăn nuôi.
2.1 Tình hình tiêu thụ điện của hộ gia đình
2.2 Tình hình tiêu thụ điện của hộ sản xuất kinh doanh
2.3 Tình hình tiêu thụ điện của hộ chăn nuôi
2.4 Dự báo tăng trưởng nhu cầu tiêu thụ điện và mức công suất đỉnh
Việc thiết kế các hệ thống năng lượng mặt trời ngoài đảm bảo nhu cầuhiện tại cũng còn phải xét đến sự tăng trưởng của nhu cầu tiêu thụ điện trongtương lại
2.5 Kết luận chương
Việc thiết kế các hệ thống năng lượng tái tạo cần xét đến nhu cầu thực
tế và dự báo tăng trưởng của nhu cầu tiêu thụ điện của người sử dụng Việckhảo sát này nhằm đảm bảo các hệ thống được thiết kế và lắp đặt không nhữngđáp ứng đầy đủ nhu cầu về điện năng của người sử dụng mà còn đảm bảo tínhkinh tế và nhu cầu phát triển trong tương lai
CHƯƠNG 3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC THIẾT KẾ HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Các hệ thống năng lượng tái tạo chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tốkhác nhau Đối với hệ thống năng lượng mặt trời, có thể kể đến các yếu tố nhưđiều kiện môi trường, cường độ sáng, nhiệt độ, Đối với hệ thống năng lượngbiogas, cần phải quan tâm đến các yếu tố tạp chất, áp suất nén, Nhằm nângcao hiệu quả sử dụng, các yếu tố này cần phải được nghiên cứu, tính toán khithiết kế các hệ thống năng lượng tái tạo