Luận văn Nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HOÀI BÃO NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NHÀ MÁY ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TỈNH NINH THUẬN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250 S KC 0 0 4 0 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HOÀI BÃO NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NHÀ MÁY ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TỈNH NINH THUẬN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HOÀI BÃO NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NHÀ MÁY ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TỈNH NINH THUẬN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ CHÍ KIÊN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
4. Lời cam đoan Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Hoài Bão i
5. Lời cảm ơn Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay học viên đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp cao học của mình. Để có được thành quả này, học viên đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, cơ quan và bạn bè. Học viên xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, chân thành đến Thầy TS. Lê Chí Kiên, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn học viên thực hiện hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã trang bị cho học viên một lượng kiến thức rất bổ ích, đặc biệt xin chân thành cảm ơn quí Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho học viên rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn này. Học viên xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ cho học viên rất nhiều, đã tạo cho học viên niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! ii
6. Tóm tắt luận văn Ngày nay nhu cầu năng lượng trên thế giới cũng như ở Việt Nam không ngừng tăng cao. Trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch lại ngày càng cạn kiệt. Do đó chúng ta cần có một chính sách phát triển năng lượng bền vững, sử dụng các nguồn năng lượng sạch như mặt trời, sinh khối, thủy triều vv. Ninh Thuận là một trong những tỉnh thành có điều kiện thuận lợi nhất để phát triển năng lượng mặt trời với số ngày nắng trung bình trong năm, nhiệt độ trung bình trong năm cũng như cường độ bức xạ mặt trời là cao nhất cả nước. Công nghệ điện mặt trời bao gồm hai lĩnh vực là quang điện và nhiệt điện. Luận văn này trình bày phương pháp tính toán, đo đạc cường độ bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất và bộ thu. Khái quát các công nghệ xây dựng nhà máy nhiệt điện mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận, trong đó tính toán các thông số của hệ thống ứng với mỗi công nghệ khác nhau. Các công nghệ được đề xuất bao gồm dùng hệ thống gương parapol trụ để tập trung, phản xạ năng lượng mặt trời, dùng dầu tổng hợp làm dung môi truyền nhiệt, hỗn hợp muối NaNO3, KNO3 làm chất trữ nhiệt vào ban đêm, công nghệ dùng hỗn hợp muối nóng chảy làm dung môi truyền nhiệt và cuối cùng dùng hệ thống gương phẳng để tập trung, phản xạ năng lượng mặt trời. So sánh các công nghệ này và lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. iii
7. Abstract Today, energy demand of the world and Viet Nam continuous rise. Meanwhile, the fossil energy sources increasingly exhausted. Therefore we need to have a policy of sustainable energy development, use of clean energy sources such as solar, biomass, tidal and so on. Ninh Thuan is one of the provinces with the most favorable conditions for the development of solar energy with the average number of sunny days per year, the average temperature per year and intensity of solar radiation is highest in country. Solar Power Technology includes two fields are photovoltaic and thermoelectric. This project presents calculation methods, measurement of solar radiation intensity projection to ground and the collector. Generalize technologies to build solar thermal power plants in Ninh Thuan province, calculate of system parameters for each different technology. The proposed technology includes use parapol cylindrical mirror system to concentrate, reflect solar energy, synthetic oil as a solvent heat transfer, salt mixture NaNO3, KNO3 are used to storage heat at night, technology using molten salt mixture as solvent heat transfer and final using flat mirror system to focus, reflect solar energy. Compare technologies and select the most appropriate technology. iv
8. Mục lục Tựa Quyết định giao đề tài luận văn tốt nghiệp Lý lịch khoa học Xác nhận của cán bộ hướng dẫn Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Abstract iv Mục lục v Danh sách các hình viii Danh sách các bảng ix Chương I: Tổng quan 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 2 1.3. Nhu cầu năng lượng thế giới 2 1.4. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. 4 1.4.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới 4 1.4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam. 5 1.5. Mục tiêu và giới hạn của đề tài 6 1.6. Phương pháp nghiên cứu 6 1.7. Nội dung luận văn 6 Chương II: Cơ sở lý thuyết 8 2.1. Mặt trời, cấu tạo của mặt trời 8 2.2. Các phản ứng hạt nhân trong mặt trời 10 2.2.1. Phản ứng tổng hợp hạt nhân Hêli 10 2.2.2. Phản ứng tổng hợp Cácbon và các nguyên tố khác 11 2.3. Bản chất của bức xạ mặt trời. 12 2.3.1. Bức xạ mặt trời tới bề mặt trái đất - ảnh hưởng của lớp khí quyển 13 v
9. 2.3.2. Bức xạ mặt trời tới bề mặt trái đất - ảnh hưởng của chuyển động quả đất – mặt trời. 13 2.4. Các thành phần bức xạ mặt trời tới bộ thu 14 2.5. Công nghệ điện mặt trời 14 2.5.1. Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp 14 2.5.2. Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ cao 15 2.6. Tuabin hơi nước 16 2.6.1. Sơ lược về tuabin hơi 16 2.6.2. Nguyên lý làm việc của tuabin hơi 17 2.7. Chu trình Rankine 18 Chương III: Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời 20 3.1. Năng lượng bức xạ mặt trời 20 3.2. Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên Trái đất 24 3.3. Bức xạ mặt trời truyền qua kính 26 3.4. Đo cường độ bức xạ mặt trời. 27 3.5. Các loại gương phản xạ năng lượng mặt trời 27 Chương IV: Khảo sát, đánh giá lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời 32 4.1. Đánh giá chung về thuận lợi tại tỉnh Ninh Thuận trong việc lắp đặt nhà máy điện mặt trời 32 4.1.1. Giải thích một số thuật ngữ, nội dung và phương pháp tính một số chỉ tiêu thống kê khí hậu. 32 4.1.2. Điều kiện thuận lợi phát triển năng lượng mặt trời tại Ninh Thuận 33 4.2. Lựa chọn vị trí lắp đặt, công suất nhà máy 35 4.2.1. Lựa chọn vị trí lắp đặt 35 4.2.2. Lựa chọn công suất nhà máy 35 4.2.3.Tính toán lượng hơi cần thiết để cung cấp cho tuabin 36 4.3. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời dùng gương parapol trụ, dầu tổng hợp làm dung môi truyền nhiệt 38 4.3.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy 38 vi
10. 4.3.2. Năng lượng hóa hơi một lít nước 39 4.3.3. Thông số, thành phần của bộ thu 40 4.3.4. Hệ thống dự trữ nhiệt vào ban đêm 42 4.4. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời dùng gương parapol trụ làm bộ thu, hỗn hợp muối nóng chảy làm dung môi truyền nhiệt. 44 4.5. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời dùng gương phẳng 47 4.5.1. Nguyên lý hoạt động 47 4.5.2. Năng lượng mặt trời do bộ thu hấp thụ 47 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài 50 5.1. Kết luận 50 5.1.1. Các kết quả đạt được trong đề tài. 50 5.1.2. Các hạn chế trong đề tài 50 5.2. Hướng phát triển của đề tài 50 Tài liệu tham khảo 51 Phụ lục 52 vii
11. Danh sách các hình Hình 1.1: Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm 2006 (nguồn IEA, 2008) 3 Hình 1.2 Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1980 và dự báo đến năm2030 4 Hình 2.1. Bề ngoài của mặt trời 8 Hình 2.2. Cấu trúc của mặt trời 9 Hình 2.3 Ảnh hưởng chuyển động quả đất lên bức xạ mặt trời tới trái đất 13 Hình 2.4 Các thành phần bức xạ mặt trời tới bộ thu 14 Hình 2.5 : Hộp thu năng lượng mặt trời hiệu ứng nhà kính 15 Hình 2.6 : Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng đĩa parapol 16 Hình 2.7: Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử máng parapol 16 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tuabin hơi 17 Hình 2.9: Chu trình Rankine 18 Hình 3.1 Dãi bức xạ điện từ 20 Hình 3.2. Góc nhìn mặt trời 21 Hình 3.3. Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của trái đất 23 Hình 3.4. Phân bố E0λλ của mặt trời 23 Hình 3.5. Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khếch tán 25 Hình 3.6. Hiệu ứng lồng kính 26 Hình 3.7 a: Máy đo bức xạ nhiệt SL 200 27 Hình 3.7 b: Máy đo bức xạ nhiệt G-3202-18 27 Hình 3.8. Hệ gương và mặt thu 29 Hình 3.9. Gương phẳng 30 Hình 3.10. Gương parabol trụ - khai triển và tính toán 31 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý chu trình Rankine 36 Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt trời sử dụng máng parapol trụ 38 Hình 4.3. Collector parapol trụ 39 Hình 4.4. Lắp đặt các máng parapol trụ 44 Hình 4.5 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt trời sử dụng gương phẳng 47 viii
12. Danh sách các bảng Bảng 1.1: Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới. 5 Bảng 4.1. Thống kê số giờ nắng các tháng trong năm từ 2008 – 2012 33 Bảng 4.2 Thống kê nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm từ 2008 - 2012 33 ix
13. 1. Tổng quan Chương I Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề Sự tăng trưởng mạnh về kinh tế kéo theo nhu cầu về năng lượng tăng trên toàn cầu nói chung và Việt Nam nói riêng. Các nguồn năng lượng hiện đang khai thác như than đá, khí, dầu là các nguồn năng lượng chủ yếu, các nguồn năng lượng này đang dần cạn kiệt và đắt đỏ, xu hướng chung của toàn thế giới trong nhưng năm qua và trong tương lai đang và sẽ tăng cường khai thác các nguồn năng lượng sạch có tiềm năng lớn và dồi dào trong tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng gió, biogas Năng lượng mặt trời là năng lượng được tạo ra từ ánh sáng mặt trời. Nguồn năng lượng này có thể tái tạo được và gần như vô tận đối với con người, không gây ô nhiễm môi trường Trong khi các dạng năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt và các cuộc khủng hoảng về năng lượng diễn ra ngày càng nặng nề, thì việc nghiên cứu nhằm khai thác các nguồn năng lượng có thể tái tạo đã được chú ý phát triển. Các dạng năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu phát triển hiện nay là năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối (chất đốt thực vật, khí biogas ), năng lượng gió, năng lượng nước (thuỷ năng),vv Về thực chất, các dạng năng lượng tái tạo đều có xuất xứ từ năng lượng mặt trời. Đến nay, năng lượng tái tạo phát triển nhanh nhất thế giới có ứng dụng hiệu quả vào đời sống là điện mặt trời với tốc độ tăng trưởng bình quân hằng năm là 60% chủ yếu ở Nhật Bản, Đức và Mỹ. Tại Việt Nam, theo các nhà nghiên cứu trên thế giới, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía Bắc là 3,69KWh/1m2 và phía Nam là 5,9KWh/1m2, số giờ giờ nắng trong một năm ở miền Bắc khoảng 1.600h và ở miền Nam khoảng 2.600h. Điện lưới quốc gia ngày 1
14. 1. Tổng quan càng quá tải trong việc cung cấp điện kinh doanh và cho sinh hoạt bình thường. Thiếu điện dẫn đến cắt điện luân phiên và việc tăng giá điện đã gây ảnh hưởng không nhỏ tới cuộc sống của người dân nói riêng cũng như hoạt động sản xuất kinh doanh nói chung. Việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời dồi dào vô tận đang trở thành vấn đề mà người dân và doanh nghiệp đã bắt đầu quan tâm. 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng khô nóng, gió nhiều, bốc hơi mạnh, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26-270C. Tỉnh Ninh Thuận có cường độ chiếu xạ mặt trời lớn, thời gian chiếu sáng dài và đồng đều nên có điều kiện tiếp nhận hàng năm một lượng bức xạ mặt trời rất lớn: trên 190 kcal/cm2, trong đó tháng ít nhất cũng 14 kcal/cm2. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.600-2.800 h, tổng nhiệt độ trong năm khoảng 9.500 - 10.0000oC, phân bố tương đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói hơn 90% số ngày trong năm có thể sử dụng được năng lượng mặt trời. Số tháng nắng trong năm: 9 tháng/năm (tương đương 200 ngày nắng/năm). Vì vậy, tỉnh Ninh Thuận là một trong những tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt trời lớn, rất thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời. Nhiệm vụ chính của đề tài này là nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời phù hợp nhất đặt tại tỉnh Ninh Thuận cụ thể là tại huyện Thuận Nam, nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng cho các hộ dân đang sinh sống trên địa bàn huyện. Trong đề tài này người nghiên cứu đã đưa ra ba công nghệ nhà máy điện mặt trời khác nhau, sau đó tính toán, so sánh các số liệu có được để lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. 1.3. Nhu cầu năng lượng thế giới Hầu hết nhu cầu năng lượng của thế giới được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch là dầu, khí đốt tự nhiên và than đá (hình 1.1). Việc cung cấp năng lượng chính trong năm 2006 là hơn 80%, trong khi năng lượng tái tạo vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ. Nguồn tài nguyên hóa thạch là hữu hạn, phân phối không đồng đều. Việc khai thác, sản 2
15. 1. Tổng quan xuất, chuyển đổi các dạng năng lượng sẽ phát thải chất gây ô nhiễm, tạo nên hiệu ứng nhà kính, tác động thay đổi khí hậu toàn cầu. Giải quyết vấn đề tính bền vững và hữu ích. Năm 1987 báo cáo Brundtland Uỷ ban Môi trường thế giới và Phát triển, gọi là “ tương lai của chúng ta”, cảnh báo thế giới tính cấp bách về việc cần phải phát triển kinh tế đồng thời duy trì, không làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên hoặc thiệt hại môi trường. Báo cáo cung cấp một tuyên bố quan trọng về phát triển bền vững, xác định "phát triển đáp ứng nhu cầu của hiện tại không ảnh hưởng đến khả năng của các thế hệ tương lai”, Để đáp ứng nhu cầu đó, hệ thống năng lượng hiện nay không bền vững. Chúng đã góp phần phát triển xã hội sau cuộc cách mạng công nghiệp và chịu trách nhiệm về các tiêu chuẩn sống hiện nay. Điều đó sẽ gây ra suy giảm trong một vài thế kỷ tới, các nguồn tài nguyên quý giá được hình thành từ vài triệu năm trước. Nhu cầu năng lượng trên thế giới ngày càng tăng cao (hình 1.2), các nguồn tài nguyên sẽ ngày càng cạn kiệt, do đó con người phải tìm ra các nguồn năng lượng mới, phát triển bền vững, một trong các nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt trời. 40.0% 34.4% 35.0% 30.0% 26.0% 25.0% 20.5% 20.0% 15.0% 10.1% 10.0% 6.2% 5.0% 2.2% 0.6% 0.0% Dầu FO Than đá Khí đốt Biomass và Hạt nhân Thủy điện nhiên liệu rác thải khác Hình 1.1: Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm 2006 (nguồn IEA, 2008) 3
16. 1. Tổng quan Q. Btu 800 722 665 700 613 600 563 510 500 421 400 347 366 283 309 300 200 100 0 Năm Năm Năm Năm Năm Năm Năm Năm Năm Năm 1980 1985 1990 1995 2003 2010 2015 2020 2025 2030 Hình 1.2 Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1980 và dự báo đến năm2030 (nguồn IEA, 2008) 1.4. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. 1.4.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới Điện mặt trời được các nhà khoa học đề cập vào những năm đầu thập kỷ 70. Trong quá khứ và hiện nay sử dụng năng lượng điện mặt trời cho truyền thông vệ tinh, cho khu dân cư và tải là công nghiệp. Ở Mỹ, Nhật và một số nước Châu Âu như: Đức, Pháp vv đã có nhiều nghiên cứu cũng như xây dựng, đưa vào hoạt động các nhà máy điện năng lượng mặt trời với những công nghệ khác nhau. Công viên mặt trời Okhotnikovo, toạ lạc trên bán đảo Crimea, miền nam Ukraine, là nhà máy điện mặt trời lớn nhất tại trung và đông Âu, sản xuất đủ điện để cung cấp cho khoảng 20.000 hộ gia đình. Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo rộng 160 héc-ta và bao gồm 560.000 tấm thu năng lượng mặt trời. Nhà máy, với công suất 80 MWp, đã hoàn thành giai đoạn 1 và 2 hồi tháng 7/2011 và 3 và 4 hồi tháng 10. Nhà máy điện mặt trời Okhotnikovo được xem là dự án xanh hàng đầu của Ukraine. Việc nhà máy Okhotnykovo đi vào hoạt động sẽ giúp giảm 80.000 tấn khí thải các-bon của Ukraine mỗi năm. 4
17. 1. Tổng quan Để nắm rõ hơn về tình hình nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới ta có thể khảo sát các số liệu dưới đây Bảng 1.1: Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới. Thông số thống kê Công suất lắp đặt Lắp đặt mới năm 2010, toàn thế giới 16.6 GW Tổng lắp đặt tính đến cuối năm 2010 39.5 GW Điện năng sản xuất từ pin mặt trời năm 2010 toàn thế giới 47000 GWh Lượng phát điện ròng ở Đức năm 2009 617000 GWh Sản lượng điện thương mại Việt Nam 2010 86000 GWh (Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver) 1.4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam. Về vấn đề này hiện nay ở Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước đây thì nhà nước chưa quan tâm nhưng 5 năm trở lại đây thì có chuyển biến khá mạnh mẽ. Từ đó có chính sách hổ trợ nghiên cứu và đầu tư cho nguồn này. Cũng do thiếu điện nên nay là cơ hội cho năng lượng tái tạo phát triển. Đầu tư cũng khá lớn như vay tiền ngân hàng thế giới, dự án ODA Phần Lan cung cấp điện mặt trời cho khoảng 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa. Việc hợp tác với các Tổ chức Phi chính phủ trong lĩnh vực này cũng nhiều. Hiện nay tại trung tâm Năng Lượng Mới thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội có nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chức trên thì trung tâm này còn thường xuyên nghiên cứu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái tạo tại hơn 30 tỉnh thành trên cả nước chưa có điện lưới quốc gia như: Tỉnh Bắc Giang, Bình Định, Quảng Trị vv. 5
18. 1. Tổng quan Ứng dụng nhiệt mặt trời ở nước ta mới chủ yếu là để thiết kế, sản xuất, lắp đặt các thiết bị đun nước nóng sinh hoạt cho hộ gia đình, khách sạn, trường học, bệnh viện, khoảng 1,5 triệu m2 đã được lắp đặt. Theo thống kê của Bộ công thương, tỉ lệ năng lượng tái tạo tại nước ta tính đến năm 2007 chiếm khoảng 2.1% tổng công suất lắp đặt, trong đó năng lượng mặt trời chiếm 0.008%. 1.5. Mục tiêu và giới hạn của đề tài Mục tiêu của đề tài là đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời tại tỉnh Ninh Thuận, nghiên cứu công nghệ nhiệt điện năng lượng mặt trời phù hợp áp dụng tại tỉnh Ninh Thuận. Trong đó mục tiêu cụ thể là xác định công nghệ, tính toán công suất lắp đặt, xác định phương án lắp đặt nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời tại huyện Thuận Nam tỉnh Ninh Thuận. Giới hạn của đề tài là chỉ mới khảo sát, tính toán được công suất cho nhà máy tại một huyện, chưa tính toán được chi phí sản xuất. 1.6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn bao gồm: - Khảo sát, phân tích tổng hợp - Sử dụng các phương pháp thống kê để nghiên cứu và phân tích dữ liệu. - Nghiên cứu, đánh giá, so sánh các công nghệ xây dựng nhà máy điện mặt trời, sau đó chọn lựa công nghệ phù hợp nhất đối với địa phương nghiên cứu 1.7. Nội dung luận văn Phần còn lại của nội dung luận văn bao gồm: Chương 2. Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày sơ lược lý thuyết mặt trời, bức xạ mặt trời, tua bin hơi nước Chương 3. Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời 6
19. 1. Tổng quan Chương này trình bày các tính chất, phương pháp xác định bức xạ năng lượng mặt trời. Các bộ thu năng lượng mặt trời Chương 4. Khảo sát đánh giá, lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời Chương này trình bày những điều kiện thuận lợi ở tỉnh Ninh Thuận để xây dựng nhà máy nhiệt điện mặt trời. Lựa chọn vị trí lắp đặt, các công nghệ nhà máy nhiệt điện mặt trời khác nhau. Ứng với mỗi công nghệ có sự so sánh và lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. Chương 5. Kết luận và hướng phát triển của đề tài Chương này trình bày các kết quả đạt được trong luận văn, các mặt hạn chế và hướng phát triển của đề tài. 7
20. 2. Cơ sở lý thuyết Chương II Cơ sở lý thuyết 2.1. Mặt trời, cấu tạo của mặt trời Hình 2.1. Bề ngoài của mặt trời Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106 km (lớn hơn 110 lần đường kính trái đất), cách xa trái đất 150106 km (bằng một đơn vị thiên văn AU ánh sáng mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến trái đất). Khối lượng mặt trời khoảng Mo = 2.1030 kg. Nhiệt độ tại trung tâm mặt trời thay đổi trong khoảng từ 10.106 K đến 20.106 K, trung bình khoảng 15600000 K. Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử. Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron. Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch. Khi quan sát tính chất của vật chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được của mặt trời, các nhà khoa học đã kết luận rằng có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng mặt trời. 8
21. 2. Cơ sở lý thuyết Về cấu trúc, mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối cầu khí khổng lồ. Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi” có những chuyển động đối lưu, nơi xảy ra những phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn năng lượng mặt trời, vùng này có bán kính khoảng 175.000km, khối lượng riêng 160 kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ atmotphe. Vùng kế tiếp là vùng trung gian còn gọi là vùng “đổi ngược” qua đó năng lượng truyền từ trong ra ngoài, vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), can xi (Ca), nátri (Na), stronti (Sr), crôm (Cr), kền (Ni), cácbon ( C), silíc (Si) và các khí như hiđrô (H2), hêli (He), chiều dày vùng này khoảng 400.000 km. Tiếp theo là vùng “đối lưu” dày 125.000 km và vùng “quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000 K, dày 1000 km ở vùng này gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng 4500 K và các tia lửa có nhiệt độ từ 70000 K -10000 K. Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của mặt trời. Hình 2.2. Cấu trúc của mặt trời Nhiệt độ bề mặt của mặt trời khoảng 5762 K nghĩa là có giá trị đủ lớn để các nguyên tử tồn tại trong trạng thái kích thích, đồng thời đủ nhỏ để ở đây thỉnh thoảng lại xuất hiện những nguyên tử bình thường và các cấu trúc phân tử. Dựa 9