Luận văn Điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn Năng lượng mới và tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của Tỉnh

uồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận và nó là một nguồn năng lượng sạch.Trong quá trình sử dụng, nguồn năng lượng này không sinh ra khí nhà kính hay gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu. Về mặt vật chất thì mặt trời chứa đến 78,4% khí Hydro (H2), Heli (He) chiếm 19,8%, các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%. Năng lượng do mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra 3,865.1026 J, tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn. Nhưng bề mặt quả đất chỉ nhận được một năng lượng rất nhỏ và bằng 17,57.1016J hay tương đương năng lượng đốt cháy của 6.106 tấn than đá. Năng lượng khổng lồ từ mặt trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạt nhân. Khối lượng của mặt trời xấp xỉ 2.1027 tấn. Để mặt trời chuyển hoá hết khối lượng của nó thành năng lượng cần một khoảng thời gian là 15.1013 năm. Từ đó có thể thấy rằng nguồn năng lượng mặt trời là khổng lồ và lâu dài. Quả đất có thể xem gần đúng là một quả cầu quay xung quanh mặt trời trên quỹ đạo gần tròn có bán kính trung bình là R=1,495.1011 m. Thời gian cần thiết để quả đất quay được một vòng xung quanh mặt trời là 365 và 1/4 ngày hay một năm. Ngoài chuyển động quay xung quanh mặt trời, quả đất còn tự quay xung quanh trục riêng của nó. Chu kỳ quay của qủa đất xung quanh trục riêng của nó là 24 giờ hay một ngày đêm. Sự định hướng của trục quay riêng của quả đất cùng với sự chuyển động của nó xung quanh mặt trời và xung quanh trục riêng dẫn đến sự thay đổi liên tục của bức xạ mặt trời trên bề mặt quả đất. Vì vậy năng lượng mặt trời có đặc tính không ổn định. Một đặc tính quan trọng khác của năng lượng mặt trời mà chúng ta cần phải quan tâm khi sử dụng đó là năng lượng mặt trời có cường độ bức xạ biến đổi theo không gian. Vì vậy định hướng dàn Pin mặt trời phụ thuộc vào địa phương lắp đặt. 2.3.5.2. Đánh giá tiềm năng Bảng 2.11: Bức xạ tổng cộng trung bình tháng và năm của tỉnh Thái Nguyên (kcal/cm2) I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII năm 3,2 6,4 7,6 10,1 12,3 10,9 11,9 12,1 11,6 8,9 7,3 6,0 110,2 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006- 2010, có xét tới 2015 Bảng 2.12: Số giờ nắng trung bình tháng, năm của tỉnh Thái Nguyên (h) I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII năm 82,4 93,8 142,3 172,3 191,3 151,9 188,8 170,4 148,9 129,6 126,1 109,6 1707 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Qua số liệu thống kê trên ta thấy Thái Nguyên có điều kiện thiên nhiên rất thuận lợi cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời. Hầu hết các tháng đều có nắng trừ tháng 1, 2 và tháng 12 là bức xạ mặt trời hơi yếu. Tống số giờ nắng trong năm 1707h . Mức tổng xạ trung bình 110,2 kCal/cm2/năm. Biến trình năm có tổng xạ cực đại chính vào tháng V, cực đại phụ vào tháng VIII, cực tiểu chính vào tháng I. Từ các số liệu trên ta thấy tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời khá lớn và việc ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời để phát điện là hoàn toàn khả thi. Tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời được đánh giá theo phương pháp trực tiếp như sau: a. Tiềm năng lý thuyết Căn cứ vào các số liệu về diện tích tự nhiên của tỉnh và bảng số liệu bức xạ tổng cộng trung bình tháng và năm của tỉnh Thái Nguyên ta có thể tính toán sơ bộ tổng tiềm năng lý thuyết của nguồn năng lượng mặt trời như sau: Tổng bức xạ trung bình của Thái Nguyên: 110,2 kcal/cm2.năm. Diện tích của tỉnh 3541,5 Km2 = 3541,5.1010 cm2 Từ hai số liệu trên ta sẽ xác định được sơ bộ tổng tiềm năng lý thuyết trung bình của tỉnh: Trong đó:  ALT = QTB. STN ATL: Tổng tiềm năng lý thuyết trung bình QTB: Tổng bức xạ trung bình STN : Diện tích tỉnh Thái Nguyên ALT = 110,2.3541,5.1010 = 390273,3.1010 Kcal/năm = 1626138,75.1010 KJ/năm = 451,7.1010 KWh/năm = 4517 tỷ kWh/năm Toàn bộ tiềm năng lý thuyết trên nếu ta dùng để sản xuất điện và sử dụng công nghệ Pin mặt trời, hiệu suất 10% ta sẽ tính được tiềm năng phát điện của năng lượng mặt trời: ALTĐ = ALT. PMT Trong đó: ATLĐ: Tiềm năng phát điện của năng lượng mặt trời ATL: Tổng tiềm năng lý thuyết trung bình PMT : Hiệu suất của Pin mặt trời ALTĐ = 451,7.1010. 10% = 45,17.1010 KWh/năm = 451,7 tỷ kWh/năm Hiện nay tổng tiêu thụ điện cả nước ta là khoảng 50 – 55 tỷ kWh/năm. Tiềm năng phát điện lý thuyết của NLMT trên địa bàn tỉnh ước tính khoảng 451,7 tỷ kWh/năm. Như vậy NLMT ở TN có tiềm năng lớn gấp 8 -9 lần tiêu thụ điện cả nước hiện nay. Nếu dùng để sản xuất nhiệt với công nghệ hiệu ứng nhà kính, hiệu suất 40% . Ta có tiềm năng nhiệt của năng lượng mặt trời: QLTN = ALT. BTP Trong đó: QLTN: Tiềm năng nhiệt của năng lượng mặt trời ATL: Tổng tiềm năng lý thuyết trung bình BTP : Hiệu suất của bộ thu phẳng QLTN = 1626138,75.1010. 40% = 651255,5.1010 KJ/năm b. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật Tương tự như việc đánh giá tiềm năng kinh tế kỹ thuật của thuỷ điện, khi đánh giá tiềm năng kinh tế kỹ thuật của năng lượng mặt trời ta cũng cần phải quan tâm đến những hạn chế của điều kiện địa hình, điều kiện thi công, lắp đặt, cơ sở hạ tầng, trình độ công nghệ…người ta chỉ có thể khai thác được một phần của tiềm năng lý thuyết. Đồng thời khi khai thác phải đem lại hiệu quả kinh tế. Với đặc điểm của tỉnh là một vùng trung du miền núi, nên diện tích có dân cư và các cơ sở sản xuất chỉ chiếm 11,21% diện tích tỉnh. Nguồn năng lượng mặt trời chỉ đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi được ứng dụng ở những nơi có dân cư sinh sống. Từ những phân tích trên ta có thể tính toán sơ bộ tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất điện của NLMT : AĐ = ALTĐ. Sdc Trong đó: AĐ: tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất điện ATLĐ: Tiềm năng phát điện của năng lượng mặt trời Sdc: Diện tích có dân cư và các cơ sở sản xuất AĐ = 45,17.1010 . 11,21% = 5,064. 1010 KWh/năm Tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất nhiệt: QN = QLTN. Sdc Trong đó: QN: Tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất nhiệt QLTN: Tiềm năng nhiệt của năng lượng mặt trời Sdc: Diện tích có dân cư và các cơ sở sản xuất QN = 651255,5.1010. 11,21% = 73005,74.1010 KJ/năm So với nhu cầu tiêu thụ điện của tỉnh( đã được tính toán trong mục 2.2 chương 2) năm 2005 là 855,8.106kWh và trong những năm tới năm 2010 là 1598 kWH; đến năm 2015 là 2850,5.106kWh. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật sản xuất điện của NLMT gấp 60 lần lượng điện tiêu thụ năm 2005 và gấp 18 lần lượng điện tiêu thụ năm 2015. Qua các số liệu trên ta thấy Thái Nguyên có tiềm năng NLMT tương đối lớn. Việc ứng dụng NLMT có thể khắc phục được tình trạng thiếu điện hiện nay, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong tương lai. 2.4. Hiện trạng nghiên cứu, ứng dụng Hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên lưới điện đã phủ đến tất cả các xã trong tỉnh. Đến cuối tháng 12 năm 2005, theo thống kê của Điện lực Thái Nguyên, có 145/145 xã có điện. Khu vực nông thôn số hộ có điện chiếm tỷ lệ 95,36%. Hiện nay tỉnh đang triển khai dự án năng lượng nông thôn 2 ( RE-II), do WB tài trợ. Dự án sẽ cải tạo, nâng cấp và mở rộng lưới điện cho 30 xã thuộc 6 huyện: Phú Bình, Định Hóa, Phú lương, Phổ Yên, Đại Từ, Đồng Hỷ. Theo quy hoạch phát triển lưới điện của tỉnh, số hộ được cấp điện từ lưới điện quốc gia đến năm 2010 là 99,7%. Như vậy cần nghiên cứu cấp điện cho các hộ còn lại bằng các nguồn năng lượng mới và tái tạo. Nguồn năng lượng sinh khối hiện nay mới chỉ dùng để phát nhiệt phục vụ nhu cầu sinh hoạt. Năng lượng mặt trời, một số hộ gia đình dùng để đun nước nóng sinh hoạt. Năng lượng thủy điện nhỏ bước đầu được ứng dụng để phát điện. Hiện tại tỉnh đang xây dựng một nhà máy thuỷ điện cỡ vừa trên lưu vực sông Công, tại huyện Đại Từ với công suất 1,98MW. Trong những năm qua tỉnh đã xây dựng và lắp đặt 10 trạm thủy điện cỡ nhỏ công suất từ 15-50 kW, với tổng công suất lắp máy là 240 kW. Tuy nhiên hầu hết các trạm thủy điện này đã hỏng. Bảng 2.13: Các trạm thủy điện nhỏ hiện có tỉnh Thái Nguyên ( Công suất 50 kW) Tên công trình Địa điểm Công suất ( kW) Tình trạng vận hành 1. Chợ Chu H. Định Hóa 18 Hỏng 1979 2. Bình Thanh H. Định Hóa 20 Hỏng 1985 3. Bao Cường H. Định Hóa 20 Hỏng 1989 4. Lương Phú H. Phú Bình 48 Hỏng 1993 5. Dao Xa H. Phú Bình 34 Hỏng1994 6. Tân Dương H. Định Hóa 30 Hỏng 1995 7. Phương Tiến H. Định Hóa 15 Hỏng 1989 8. Tràng Xá H. Võ Nhai 20 Hỏng 1992 9. Dân Tiến H. Võ Nhai 15 Hỏng 1993 10. Thắng Lợi Sông Công 20 Hỏng 1994 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Các trạm thủy điện nhỏ này được đưa vào sử dụng từ những năm 66 – 67, cả thiết bị và công trình thủy công đều đã bị hỏng từ những năm 90, do các trạm này được lắp đặt bằng các thiết bị do các nước xã hội chủ nghĩa (cũ) cung cấp như: Liên Xô, Trung Quốc, Hungari, Tiệp Khắc ... Sau một thời gian làm việc trong điều kiện chiến tranh phá hoại, công tác quản lý còn yếu kém, các thiết bị hư hỏng dần lại không có thiết bị thay thế nên phần lớn các trạm thuỷ điện này đã phải ngừng hoạt động và bị phá huỷ. Ngoài ra trên địa bàn tỉnh còn hàng nghìn thủy điện cực nhỏ (thủy điện mini) công suất 300 – 500 W phục vụ thắp sáng, nghe đài… cho các hộ gia đình ở những nơi chưa có điện lưới quốc gia. Qua nghiên cứu sơ bộ, dựa trên cơ sở các tài liệu và các kết quả khảo sát đánh giá tại thực địa cho thấy tỉnh Thái Nguyên còn một số hộ khả năng kéo điện lưới đến rất khó khăn. Để cấp điện cho những hộ dân này thích hợp nhất là dùng các trạm thủy điện mini (thủy điện cực nhỏ) PHƢƠNG ÁN CẤP ĐIỆN BẰNG NGUỒN THỦY ĐIỆN CỰC NHỎ CHO CÁC HỘ CHƢA CÓ ĐIỆN LƢỚI ( 2005 – 2010 ) Số TT Huyện, xã Số hộ Công suất yêu cầu ( kW) Thủy điện cực nhỏ Số tổ máy Công suất Vốn đầu tƣ ( tr.đ) 1 2 3 4 8 9 10 I 1 2 3 4 5 6 7 8 II 1 2 3 4 5 6 H. Võ Nhai Phương Giao Liên Minh Bình Long Vũ Chấn Nghinh Tường Sảng Mộc Thượng Nung Thần Xa H. Định Hóa Tân Thịnh Tân Dương Quy Kỳ Kim Sơn Bảo Linh Bình Yên 634 141 43 171 24 102 92 37 23 492 88 110 133 26 47 15 285 63 19 77 11 46 41 17 10 222 40 50 60 12 21 7 950 211 65 257 37 153 138 55 34 738 133 166 200 39 71 22 285 63 19 77 11 46 41 17 10 222 40 50 60 12 21 7 1140 886 7 8 Trung Lương Phú Đình 49 23 22 10 74 34 22 10 Toàn tỉnh: 1126 507 1689 507 2027 Nguồn: Viện năng lượng- Quy hoạch phát triển điện lực Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Trong tương lai khi mà các nguồn năng lượng hoá thạch ngày một cạn kiệt, nhu cầu dùng điện ngày một tăng thì việc ứng dụng nguồn năng lượng mới để sản xuất điện tại Thái Nguyên, Việt Nam và thế giới nói chung là cần thiết và cấp bách. NLM và TT không chỉ dùng cho vùng sâu, vùng xa, nơi chưa có điện lưới mà trong tương lai là một trong các nguồn năng lượng thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch khác. Sử dụng cho nông thôn vùng sâu vùng xa chỉ là một giải pháp trước mắt. Với tiềm năng về các nguồn năng lượng mới của Tỉnh đã phân tích ở trên thì việc ứng dụng năng lượng mới là hoàn toàn khả thi. CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 3.1. Các tiêu chí lựa chọn Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các công nghệ phát điện từ năng lượng mới và tái tạo ngày càng hoàn thiện. Việc lựa chọn công nghệ phát điện tối ưu nhằm thoả mãn đầy đủ nhu cầu về công suất và điện năng với chi phí nhỏ nhất. Các công nghệ phát điện năng lượng mới và tái tạo được lựa chọn theo các tiêu chí sau đây: - Suất đầu tư VNđ/kW - Chí phí sản xuất hay giá thành sản xuất điện VNđ/kWh - Hiệu suất % - Thời gian xây dựng - Vòng đời dự án - Tỷ lệ vốn: ngoại tệ/ trong nước - Diện tích chiếm đất - Môi trường sinh thái - Chí phí vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa… 3.2. Các công nghệ đƣợc đề nghị Tiềm năng về các nguồn năng lượng mới và tái tạo của Thái Nguyên được phân tích và đánh giá ở chương 2. Trong đó, năng lượng thuỷ điện nhỏ có tiềm năng lớn nhất và được đánh giá là quan trọng và mang tính khả thi cao nhất trong khai thác trước mắt cũng như lâu dài. Đây là một nguồn năng lượng sạch, sử dụng phù hợp với các yêu cầu bảo vệ môi trường sinh thái, đồng thời có tính tái tạo hầu như vô tận vì nó gắn liền với tuần hoàn thuỷ văn, một chu trình chuyển động bất tận của nước giữa mặt đất và bầu khí quyển, tiếp đến là năng lượng sinh khối và năng lượng mặt trời. 3.2.1. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ 3.2.1.1.Thuỷ điện nhỏ là công nghệ số một đối với Thái Nguyên Thuỷ điện nhỏ được coi là công nghệ số một đối với Thái Nguyên bởi các lý do sau đây: - Do đặc điểm tự nhiên Thái Nguyên phần lớn diện tích là đồi núi, độ dốc cao, hệ thống sông ngòi dày đặc, lượng mưa hàng năm lớn tạo cho Tỉnh một tiềm năng lớn về thuỷ điện nhỏ ( Chương 2). - Thái Nguyên có tiềm năng thủy điện phân bố đều trên toàn bộ diện tích của tỉnh, việc xác định vị trí đặt trạm không phải là vấn đề khó khăn. Các vị trí xây dựng thuỷ điện nhỏ đều nằm ở các vùng núi xa xôi, hẻo lánh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc điện khí hoá nông thôn miền núi, đảm bảo được công bằng xã hội trong phân trong phân phối năng lượng. - Điện năng do thuỷ điện tạo ra là nguồn điện sạch, không có phát thải độc hại. Đa số các nhà máy thuỷ điện có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tốt, chi phí xây dựng không đắt hơn là bao so với nhiệt điện. Nguồn điện do thủy điện nhỏ cung cấp phù hợp với nhu cầu dùng điện của địa phương cả về quy mô và mức độ an toàn cung cấp điện. - Giá thành sản xuất điện năng của thuỷ điện nhỏ rẻ hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác và chỉ bằng khoảng 10 – 20 % giá thành sản xuất của nhà máy nhiệt điện. Trong xây dựng trạm không xảy ra vấn đề về sinh thái, không ảnh hưởng đến quyền lợi của dân chúng trong vùng. - Các tính toán về chế độ làm việc, các chỉ tiêu chịu lực của các công trình trạm và tính an toàn của thuỷ điện nhỏ khác với các chỉ tiêu của các trạm thuỷ điện lớn ở mức độ phức tạp. - Đầu tư ngoại tệ cho thuỷ điện thấp, nhiều thiết bị cho thuỷ điện nhỏ có thể chế tạo trong nước. - Các công trình thuỷ điện có khả năng sử dụng tổng hợp cao, ngoài phát điện còn phục vụ nhiều mục tiêu khai thác khác như phòng lũ, tưới nước, cấp nước, phát triển thuỷ sản... Trên cơ sở tiềm năng to lớn về thuỷ điện nhỏ và những đặc tính ưu việt của nó, thuỷ điện nhỏ được lựa chọn là công nghệ số một đối với Thái Nguyên. Tuy nhiên, thuỷ điện nói chung và thuỷ điện nhỏ nói riêng vẫn còn những hạn chế như: - Mặc dù thuỷ năng là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và rẻ, nhưng lại là một nguồn năng lượng không ổn định, hoàn toàn phụ thuộc vào thiên nhiên, vào các điều kiện khí tượng thuỷ văn. - Công trình thủy điện nhỏ nói chung không đòi hỏi phải có hồ điều tiết lớn nên ít gây ra các tổn thất về môi trường, tài nguyên và kinh tế xã hội cho khu vực xây dựng công trình. Nhưng nó lại lệ thuộc chặt chẽ hơn vào sự thay đổi thất thường của chế độ dòng chảy nên cung cấp năng lượng không ổn định, hiệu quả khai thác thấp. Mặt khác, công trình thủy điện nhỏ có số lượng lớn, với số vốn đầu tư đáng kể cho mỗi công trình. Nếu không chú ý đảm bảo chất lượng trong thiết kế, xây dựng, cung cấp thiết bị, quản lý, vận hành dẫn đến khai thác kém hiệu quả, công trình nhanh chóng xuống cấp, hư hỏng thì sẽ gây ra lãng phí to lớn về kinh tế. Qua các phân tích ưu điểm và các hạn chế của thuỷ điện nhỏ ở trên, đối với Thái Nguyên thủy điện nhỏ có tính khả thi cao nhất, như đã trình bày ở các mục trước, địa hình, sông suối Thái Nguyên rất thích hợp cho việc xây dựng các trạm thuỷ điện nhỏ. Dân cư gồm nhiều dân tộc ít người, kinh tế kém phát triển, trình độ dân trí thấp cần được quan tâm... 3.2.1.2. Các công nghệ TĐN a. Phương pháp tập trung năng lượng và các dạng trạm thuỷ điện Các con sông suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng về năng lượng ( gọi là thuỷ năng ). Thông thường nguồn thuỷ năng này phụ thuộc vào độ dốc sông suối và lưu lượng nước chảy qua. Nguồn thuỷ năng có thể phân bố đều hoặc không đều trên một đoạn sông suối. Để tập trung năng lượng của dòng chảy, nghĩa là để tạo được độ chênh mực nước giữa thượng lưu (TL) và hạ lưu (HL) người ta sử dụng ba phương pháp ứng với ba kiểu trạm thuỷ điện sau: * Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn Phương pháp này là đắp đập tạo nên độ chênh mực nước giữa ( TL) và hạ lưu ( HL). Đập có nhiều loại: Đập đất, đập đá, đập bê tông. Còn trạm thuỷ điện có thể bố trí sau đập hay trong lòng đập. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện sau đập hay trạm thuỷ điện trong lòng đập. Vì độ cao đập hạn chế nên phương pháp này được sử dụng chỉ cho các đoạn sông suối có độ dốc nhỏ. Cột nước toàn phần của trạm thuỷ điện được xác định bằng hiệu mực nước thượng lưu và hạ lưu: HTp = TL - HL Hình 3.1. Mô hình tập trung năng lượng bằng đập ngăn * Phương pháp tập trung năng lượng bằng đường dẫn Phương pháp này sử dụng đường dẫn để tạo độ chênh mực nước giữa thượng lưu TL và hạ lưu HL. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện đường dẫn. Đường dẫn có thể bằng đường ống hoặc kênh dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này thích hợp với các con sông suối có độ dốc lớn hay có bậc thác. Hình 3.2. Mô hình tập trung tập trung năng lượng bằng đường dẫn * Phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy Phương pháp này tạo độ chênh mực nước bằng đập ngăn và bằng đường dẫn đối với đoạn sông có độ dốc khác nhau. Độ chênh mực nước của trạm bằng tổng độ chênh mực nước đập tạo nên và độ chênh của đường dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này gọi là trạm thuỷ điện tổng hợp. Cột áp toàn phần được xác định bằng tổng cột áp do đập và đường dẫn tạo nên: HTp = TL - HL = Hdap + Hd.dẫn Hình 3.3. Mô hình tập trung năng lượng bằng dòng chảy Trong ba kiểu trạm trên thì kiểu trạm thuỷ điện nhỏ đường dẫn được ưu tiên chọn so với các kiểu khác vì hệ thống sông suối của Thái Nguyên có độ dốc lớn và kiểu trạm này không xảy ra mâu thuẫn với dân sở tại về đất đai do kiểu trạm này không làm thay đổi dòng chính, giữ nguyên đường thoát lũ, không ảnh hưởng đến quyền lợi của dân chúng trong vùng ( di dân, tái định cư, môi trường sinh thái...). b. Công nghệ thuỷ điện nhỏ Sau khi đã lựa chọn được phương pháp tạo cột nước cho các trạm thuỷ điện nhỏ, thuỷ năng sẽ được đưa qua Tuabin và máy phát để tạo ra điện năng theo sơ đồ sau: Hình 3.4. Công nghệ thuỷ điện nhỏ Trong đó: - Tuabin nước (tuabin thuỷ lực) là một thiết bị động lực biến đổi thuỷ năng thành cơ năng kéo máy phát điện. Tuabin nước có thể được nối trực tiếp với máy phát điện hoặc gián tiếp thông qua bộ truyền động, công suất của máy phát điện được xác định theo công suất của Tuabin. Tuabin có hai loại là tuabin phản lực và tuabin xung lực. Việc lựa chọn loại tuabin, kích thước, số vòng quay ... của tuabin được trình bày chi tiết trong các tài liệu chuyên môn. - Máy phát điện có hai loại: máy phát một pha xoay chiều điện áp 220V và máy phát ba pha xoay chiều điện áp 220V hoặc 380V. Loại máy phát có công suất trên 1000kW thường sử dụng điện cao áp 6,3kV. Máy phát cực nhỏ công suất từ 01kW trở xuống thường là máy một pha rôto dùng nam châm vĩnh cửu, do vậy kết cấu máy phát đơn giản và có hiệu suất tương đối cao ( 0,7 – 0,9). Máy phát cực nhỏ công suất từ 01kW trở lên thường dùng rôto dây quấn và kích từ, nghĩa là phải cung cấp cho rôto của máy phát dòng điện một chiều để tạo ra từ trường ( máy phát kích từ ngoài hoặc máy phát tự kích). Với công nghệ phát điện trên ước tính chi phí lắp đặt khoảng 1800 USD/1kW lắp đặt. Về mặt kỹ thuật, công nghệ TĐN không quá phức tạp, nhiều địa phương có khả năng thiết kế, lắp đặt. Hiện nay trong nước có một số cơ sở như cơ khí Hà Nội, công ty thiết bị điện bộ năng lượng...có thể chế tạo các thiết bị thuỷ lực, máy phát điện cỡ nhỏ. Trung tâm NLM trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã thiết kế và chế tạo các kiểu máy TĐN có công suất từ 200 - 20000W... Đối với Thái Nguyên, công nghệ TĐN có tính khả thi về nguồn (chương 2), công nghệ, kinh tế, môi trường...và góp phần điện khí hoá nông thôn, thực hiện công bằng xã hội. Có thể xây dựng các trạm TĐN trên hai hệ thống sông chính là sông Công và sông Cầu, hiện nay tỉnh đang xây dựng trạm thuỷ điện Hồ Núi Cốc với công suất lắp đặt 1,98 MW. Rất nhiều địa điểm có thể xây dựng cần được khảo sát, nghiên cứu cụ thể. 3.2.2. Năng lƣợng sinh khối để phát điện Có hai công nghệ để làm biến đổi sinh khối sinh ra các dạng năng lượng. Đó là công nghệ nhiệt hoá và công nghệ sinh hoá. Công nghệ sinh hoá sử dụng các phản ứng lên men sinh khối như lên men rượu, lên men kỵ khí nhờ các chủng loại vi sinh để biến đổi sinh khối ở áp suất và nhiệt độ thấp thành các loại nhiên liệu khí (khí sinh học) hoặc lỏng (ethanol, methanol…). Ngược lại, công nghệ nhiệt hoá sử dụng các quá trình nhiệt độ cao để biến đổi sinh khối nhờ các quá trình đốt cháy, nhiệt phân, khí hoá, chất lỏng 3.2.2.1. Công nghệ nhiệt hoá để phát điện * Khí hoá sinh khối Là quá trình biến đổi sinh khối thành một khí cháy có nhiệt trị trung bình hay thấp. Nhiên liệu khí có ưu điểm hơn nhiên liệu rắn vì cháy với hiệu suất cao hơn, ít phát thải hơn và dễ điều chỉnh quá trình cháy, vận chuyển và sử dụng đơn giản. Có nhiều loại khí hoá dùng các loại khí cháy khác nhau như: - Khí hoá dùng không khí - Khí hoá dùng ôxy - Khí hoá dùng hydrô - Khí hoá nhiệt phân Hình 3.5. Các quá trình khí hoá và các loại thiết bị khí hoá sinh khối Hình 3.6. Công nghệ biến đổi sinh khối  Các sản phẩm của các công nghệ trên là các nhiên liệu có nhiệt trị lớn có thể sử dụng để phát điện. 3.2.2.2. Các công nghệ biến đổi sinh hoá Công nghệ biến đổi sinh hoá điển hình là công nghệ khí sinh học ( biogas). Khí sinh học được tạo ra nhờ các quá trình phân huỷ lên men kỵ khí của các chất hữu cơ. Khí sinh học là một hỗn hợp khí cháy gồm khoảng 60% Metan (CH4), 30% Cacbonic (CO2) và khoảng 10% các khí khác( Hydro, oxy, nito, sunfuahidro…). Nhiệt trị khí sinh học phụ thuộc nguyên liệu đầu vào, và nằm trong khoảng 16 đến 20 MJ/m3. Quá trình này xảy ra trong các hầm khí sinh học. Hầm khí sinh học là thiết bị thực hiện quá trình biến đổi sinh khối thành khí sinh học. Một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với hầm khí sinh học là phải kín để các chủng vi khuẩn kỵ khí hoạt động bình thường tạo ra metan. Hiện nay có nhiều thiết kế hầm khí sinh học. Đó là  Hình 3.7. Hầm sinh khối có nắp trôi nổi hầm có nắp trôi nổi, hầm có nắp cố định và hầm làm bằng chất dẻo. Nhưng dù kiểu hầm có khác nhau nhưng chúng đều phải có 4 thành phần cơ bản sau đây: - Cửa nạp nguyên liệu. - Buồng lên men, phân huỷ và tạo khí. - Buồng chứa chất khí. - Cửa cho phế thải ra ngoài. Hình 3.8. Hầm sinh khối có nắp cố định Hầm khí sinh học kiểu nắp cố định là loại thông dụng nhất ở nước ta cũng như trên thế giới. Nguồn gốc của loại hầm này là từ Trung Quốc. Nó gồm một bể hình trụ xây bằng gạch – ximăng, phần trên được đậy kín bằng một nắp có dạng vom cầu, cũng được đúc bằng bêtôn hay gạch – xi măng, có nắp một ống dẫn có van để lấy khí. Phần dưới của bể phân huỷ hình trụ được nối thống với các bể nạp liệu và bể chứa nước thải, cũng xây bằng gạch- xi măng, bằng các ống bằng bêtông, sành hay ống nhựa. Nguyên liệu (như phân gia súc, gia cầm, phân người...) được cho vào bể nạp nhiên liệu trộn khuấy đều với nước và theo ống nạp vào bể phân huỷ. Quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra trong bể phân huỷ. Khí sinh học được tạo ra được đẩy lên phía trên mặt thoáng của hỗn hợp nhiên liệu - nước trong bể phân huỷ. Phần bã thải sẽ theo ống dẫn vào bể chứa nước thải. Áp suất khí sinh học ở dưới nắp hầm khá cao nên để an toàn người ta còn có thể nắp một thiết bị an toàn. Khi dùng khí người ta dùng một đường ống bằng kim loại, bằng nhựa cứng hay ống chất dẻo nối từ ống lấy khí ở nắp hầm đến bếp đun, đèn thắp sáng hay các thiết bị sử dụng khác. Quy mô của hầm có thể vài ba mét khối đến hàng trăm mét khối phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và nhu cầu sử dụng khí. Năng suất sản xuất khí của hầm phụ thuộc rất lớn vào nguyên liệu đầu vào. Khí sinh học có rất nhiều ứng dụng như thắp sáng, dùng làm nhiên liệu đun nấu, phát điện v.v... Ngoài ra công nghệ khí sinh học còn là một công nghệ làm sạch môi trường. Trong tương lai việc ứng dụng khí sinh học để phát điện ngày càng tăng cả về số lượng và công suất. Sinh khối sau khi qua quá trình khí hoá hoặc sinh hoá tạo ra các chất khí có nhiệt trị lớn được dùng trực tiếp qua Tuabin để phát điện. Hình 3.9. Công nghệ phát điện từ sinh khối Công nghệ phát điện từ sinh khối dự tính chi phí lắp đặt khoảng 2000USD/1kW. Đến nay, các công nghệ biến đổi sinh hoá, kỹ thuật xây dựng hầm khí không còn mấy khó khăn một số mẫu đã được định hình phổ biến. Hiện tại, sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Thái Nguyên đang triển khai dự án khí sinh học do chính phủ Hà Lan tài trợ và đã tổ chức rất nhiều cuộc hội thảo, tuyên truyền, tập huấn cho người sử dụng tại tất cả các đơn vị hành chính của tỉnh, đào tạo được một đội ngũ kỹ thuật viên. Đây là một điều kiện thuận lợi để có thể đưa công nghệ phát điện từ sinh khối vào ứng dụng thực tế tại một số địa phương có tiềm năng sinh khối như các cơ sở sản xuất mía đường tại Võ Nhai, Đồng Hỷ với diện tích 700ha mía, các cơ sở chế biến lâm sản, các trang trại chăn nuôi... 3.2.3. Năng lƣợng mặt trời Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời: - Sử dụng dưới dạng nhiệt năng: dựa trên cơ sở hiệu ứng nhà kính - Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng: hệ thống pin quang điện (hay pin mặt trời) và công nghệ nhiệt điện mặt trời. 3.2.3.1. Nhiệt mặt trời Dựa trên nguyên lý “ hiệu ứng nhà kính” người ta chế tạo các bộ thu phẳng. Bộ thu phẳng có thể được ứng dụng trong nhiều mục đích khác nhau như để sản xuất nước nóng, sấy nông hải sản phẩm, chưng cất nước, sưởi ấm nhà cửa v.v…Nó có thể có nhiều hình dạng khác nhau được thiết kế cho phù hợp với mục đích sử dụng. 3.2.3.2. Điện mặt trời Hiện nay có hai công nghệ để sản xuất điện bằng NLMT. Đó là công nghệ Pin mặt trời (hay Quang- Điện) và công nghệ Nhiệt điện mặt trời. a. Công nghệ nhiệt điện mặt trời Năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ như máng Parabol, đĩa Parabol, gương cầu... để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng và do đó có nhiệt độ rất cao, có thể làm bốc hơi nước ở nhiệt độ và áp suất lớn và sau đó hơi làm quay các tuabin để phát ra điện năng. Hình 3.10. Các loại bộ hội tụ Đối với công nghệ nhiệt mặt trời, do sự có mặt của hệ thống quang học nên bộ thu hội tụ thường đi kèm thêm bộ dõi theo Mặt trời (Tracker) để hội tụ các tia mặt trời đúng diện tích cần thiết, nên việc thiết kế, tính toán và vận hành, bảo dưỡng phức tạp, khó khăn. Đối với các bộ thu không yêu cầu độ hội tụ cao thì sự định hướng bộ thu có thể chỉ cần điều chỉnh vài ba lần trong một ngày và có thể thực hiện bằng tay. Nhưng với các bộ thu yêu cầu độ hội tụ cao thì cần phải điều chỉnh sự định hướng bộ thu một cách liên tục nhờ một thiết bị gọi là bộ theo dõi mặt trời. Sự có mặt của các bộ theo dõi mặt trời này làm cho việc thiết kế, chế tạo các hệ bộ thu hội tụ phức tạp hơn nhiều. Yêu cầu bảo dưỡng cũng tăng lên. Tất cả những vấn đề này dẫn tới làm tăng chi phí hệ thống bộ thu. Một nhược điểm khác của bộ thu hội tụ là chỉ thu được một phần nhỏ bức xạ nhiễu xạ. Đối với địa bàn tỉnh Thái Nguyên, hiện nay nguồn NLM mới chỉ được ứng dụng để cung cấp điện cho vùng sâu, vùng xa, những nơi chưa có điện lưới quốc gia, vùng đồng bào dân tộc ít người trình độ dân trí thấp, công suất sử dụng nhỏ chủ yếu chỉ dùng để thắp sáng, nghe đài, xem Tivi.... Vì vậy công nghệ nhiệt điện mặt trời không thích hợp. Công nghệ nhiệt điện mặt trời người ta thấy chỉ có hiệu quả khi nhà máy có qui mô công nghiệp, tức là có công suất từ hàng chục đến hàng trăm MW. b. Công nghệ Pin mặt trời * Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Pin mặt trời: Một lớp tiếp xúc bán dẫn PN có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ Mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là Pin mặt trời. Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các Pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn Silicon (Si). Hình 3.11 là sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tình thể Silicon (Si). Phần chính của nó là một lớp tiếp xúc bán dẫn pn (4) giữa lớp vật liệu Si loại n (lớp (3)) và lớp vật liệu Si loại p (lớp (5)). Lớp bán dẫn loại n (3) khá mỏng, độ dày khoảng vài chục m ( m = micro-mét = 1 phần triệu mét) để cho ánh sáng có thể xuyên vào sâu trong các lớp chất bán dẫn. Hình 3.11- Sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tinh thể Si Để đảm bảo độ bền cơ học cho PMT người ta phải chế tạo lớp bán dẫn p (5) khá dày, 300 500 m. Điện cực mặt trên (2) làm bằng kim loại và có dạng lưới để ánh sáng có thể lọt qua và vào được lớp (4). Điện cực mặt dưới cũng bằng kim loại (6). Trên cùng là một màng chống phản xạ ánh sáng (1) để giảm sự phản xạ ánh sáng trên bề mặt trên của Pin. Hoạt động của pin mặt trời như sau: Khi chiếu ánh sáng mặt trời vào mặt trên của pin, ánh sáng sẽ tạo ra trong các lớp bán dẫn lân cận lớp tiếp xúc pn (4) các cặp điện tử – lỗ trống. Các cặp này là các hạt dẫn điện mang điện tích âm (điện tử) và điện tích dương (lỗ trống). Do tính chất đặc biệt của lớp tiếp xúc bán dẫn, nên tại lớp tiếp xúc (4) đã có sẵn một điện trường tiếp xúc Etx. Điện trường này lập tức tách điện tử và lỗ trống trong các cặp điện tử, lỗ trống vừa được ánh sáng tạo ra và bắt chúng chuyển động theo các chiều ngược nhau để tạo thành dòng điện. Vì vậy nếu nối các điện cực trên và dưới bằng một dây dẫn có bóng đèn (7) thì sẽ có một dòng điện qua bóng đèn và đèn sáng. Hiện tượng chiếu ánh sáng vào lớp tiếp xúc bán dẫn pn ta thu được dòng điện ở mạch ngoài được gọi là hiệu ứng Quang - Điện. Như vậy PMT hoạt động dựa trên hiệu ứng quang- điện để sản xuất điện. Hơn 90% PMT được sản xuất và ứng dụng hiện nay là PMT làm bằng chất bán dẫn tinh thể Si. Đối với PMT loại này, thì khi chiếu ánh sáng mặt trời với cường độ Eo= và ở nhiệt độ To= 25oC thì hiệu điện thế giữa 2 cực của pin là khoảng 0,55V và cường độ dòng điện cực đại đạt được 25 30 mA/cm2. Vì hiệu điện thế và dòng điện nhỏ như vậy, nên để ứng dụng PMT, trong thực tế người ta phải nối nối tiếp hay song song nhiều pin lại với nhau tạo thành modun PMT. Ngoài ra việc chế tạo modun còn nhằm bảo vệ PMT khỏi sự phá hoại của môi trường. Việc vận chuyển và lắp đặt các hệ thống PMT cũng thuận lợi và an toàn hơn. Hình 3.12- Sơ đồ cấu tạo PMT Si Hình 3.13- Một mô đun PMT hoàn thiện (nhìn từ mặt trên) Các PMT sau khi đã được nối điện xong (3) được đặt vào giữa 2 tấm keo EVA (Ethylene Vinyl Acetate) trong suốt (2). Trên cùng người ta đặt tấm kính (1) và dưới đáy người ta đặt tấm đế (5) bằng kính, chất dẻo hoặc vật liệu không thấm nước vào đó. Người ta nung trong buồng chân không cả hệ thống trên đến 100 110oC thì các tấm keo EVA bị nóng chảy. Sau đó người ta ép khi làm nguội cả hệ thống, các lớp keo EVA sẽ đông cứng và kết dính tất cả các lớp và các tấm thành một khối vững chắc. Các PMT do đó được cách ly hoàn toàn với môi trường và được bảo vệ trước mọi va đập cơ học. Hình 3.3 là hình ảnh một mô đun PMT đã hoàn thiện. Cho đến nay nước ta chưa sản xuất được PMT thương mại mà phải nhập của nước ngoài, giá khoảng 4USD/Wp. Công suất của modun PMT được đo bằng Oát- đỉnh (peak Watt- viết tắt là Wp) là công suất điện mà modun PMT phát ra được khi ánh sáng mặt trời có cường độ 1000W/m2 chiếu vào mặt modun và ở nhiệt độ 25oC. Ví dụ 1 modun PMT 75Wp có nghĩa là khi đặt tấm PMT dưới ánh sáng mặt trời có cường độ 1000W/m2 (nắng lúc giữa trưa vào mùa hè) thì modun đó phát ra 75W điện năng. Vào các thời gian nắng kém hơn, ví dụ buổi sáng hay buổi chiều, mùa đông,v.v.... modun không phát ra đủ 75W. * Ưu điểm của Pin mặt trời Với công nghệ Pin mặt trời năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện. Các Pin mặt trời sản xuất ra điện một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời tới nó. Các hệ thống năng lượng Pin mặt trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không đòi hỏi phải bảo dưỡng, chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng khác, nên nó là hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng. c. Ứng dụng của Pin mặt trời PMT được ứng dụng để sản xuất điện. Hiện nay có 2 phương pháp sử dụng điện mặt trời. Đó là các phương pháp nguồn điện PMT nối lưới và nguồn điện PMT độc lập. *Nguồn điện Pin Mặt trời nối lưới Hình 3.14 : là sơ đồ một hệ thống nguồn điện mặt trời nối lưới. Dàn PMT gồm nhiều modun PMT được ghép nối lại với nhau (nối nối tiếp, song song hay hỗn hợp) và lắp đặt trên mái nhà hay nơi có nắng suốt ngày. Khi có nắng dàn PMT phát ra dòng điện một chiều. Dòng điện này được cho qua Bộ biến đổi điện IN để biến đổi thành dòng điện xoay chiều (ví dụ dòng điện 220V, 50Hz) và qua công tơ điện CT1 đưa vào lưới điện quốc gia (hay địa phương). Khi sử dụng người ta lấy điện trực tiếp từ lưới điện qua công tơ điện CT2 cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện như Tivi (TV), tủ lạnh (TL), quạt (Q), đèn (Đ),v.v... Như vậy công tơ điện CT1 sẽ ghi số điện năng dàn PMT phát lên lưới, còn công tơ điện CT2 ghi số điện năng mà hộ sử dụng. Căn cứ vào chỉ số CT1 và CT2 mà hộ có hệ thống điện PMT được trả hoặc phải nộp thêm tiền điện. Trong phương pháp này mạng lưới điện quốc gia hay địa phương đóng vai trò như một hệ thống tích trữ điện năng (hay một nhà băng điện năng). Phương pháp trên rất kinh tế và an toàn, nên các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Pháp, Đức,... đều sử dụng công nghệ này. Tuy nhiên phương pháp này chỉ ứng dụng được những khu vực có lưới điện. Hình 3.14 : Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới Ở các khu vực miền núi, hải đảo,... nơi không có lưới điện hay khi sử dụng với công suất nhỏ thì người ta phải dùng phương pháp hay công nghệ nguồn điện PMT độc lập. *Nguồn điện Pin mặt trời độc lập Hình 3.15 là sơ đồ khối của một hệ nguồn điện PMT độc lập. Nó bao gồm một số thành phần như Dàn PMT, Bộ điều khiển (BĐK), Bộ ác qui, Bộ biến đổi điện (BDD) và các thiết bị tiêu thụ điện (tải). Hình 3.15- Sơ đồ khối hệ nguồn điện mặt trời độc lập Dàn PMT gồm một hay một số modun PMT nối ghép lại. Hàng ngày lúc có ánh sáng mặt trời, dàn PMT hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và biến đổi thành điện năng của dòng điện một chiều. BĐK là một thiết bị điện tử, nó có nhiệm vụ kiểm soát tự động các quá trình nạp và phóng điện của ác quy, bảo vệ ác quy và bảo vệ các thiết bị tiêu thụ điện (gọi chung là tải). Khi ác quy đã được nạp điện no, dung lượng của ác quy đạt 100%, thì BĐK sẽ tự động cắt hoặc giảm dòng nạp điện cho ác quy từ dàn PMT. Nhờ vậy ác quy tránh được trạng thái “quá no” giảm tuổi thọ của nó. Ngược lại, khi ác quy bị đói quá, ví dụ dung lượng của nó chỉ còn lại 30% thì BĐK cũng tự động cắt hay giảm dòng điện cấp cho các tải, nhờ vậy ác quy không bị phóng điện quá kiệt, dẫn đến hư hỏng ác quy. Bộ ác quy là thành phần dự trữ điện năng. Vì dàn PMT chỉ phát điện lúc có nắng, trong khi đó các thiết bị điện lại có thể phải dùng vào các thời gian không có nắng (như bóng đèn chỉ dùng vào ban đêm, xem chương trình Tivi ban đêm, v.v...). Thông thường ác quy được sử dụng là ác quy chì- axit, giá không quá cao, có bán ở mọi địa phương. Nhược điểm của ác quy loại này là tuổi thọ không cao (trung bình chỉ được 2 – 3 năm nếu được chăm sóc, bảo dưỡng tốt), yêu cầu phải chăm sóc và bảo dưỡng thường xuyên. Các loại ac quy khác như ac quy kiềm, Cat-mi, v.v... Tốt hơn nhưng lại rất đắt. Thông số quan trọng của một bộ ác quy là hiệu điện thế và dung lượng của nó. Hiệu điện thế tính bằng V, còn dung lượng được tính bằng Am-pe-giờ (Ah) hay oát- giờ (Wh). Ví dụ các loại ác quy 12V-100Ah, 24V-400Ah, 48V-600Ah,v.v...Hiệu điện thế và dung lượng của bộ ác quy phải được tính toán phù hợp với các tải tiêu thụ và công suất dàn PMT. Trong trường hợp các thiết bị tiêu thụ điện một chiều 12V, 24V, 48V.... thì người ta có thể sử dụng điện ngay sau BĐK. Còn nếu có các thiết bị tiêu thụ điện dùng dòng điện xoay chiều, ví dụ 220V, 50Hz, như TV màu quạt, bơm nước, tủ lạnh,v.v... thì trong hệ nguồn cần có thêm một BDD. Công suất và các đặc trưng điện của BĐK và BDD (như hiệu điện thế vào, hiệu điện thế ra, giải hiệu điện thế làm việc,v.v...) phải được tính toán cho phù hợp với hệ thống. * Công nghệ phát điện hỗn hợp Nguồn điện Pin mặt trời nối lưới chỉ ứng dụng ở những nơi có lưới điện, công nghệ này phức tạp về mặt kỹ thuật, vấn đề đồng bộ hoá, chi phí đầu tư lớn ... Vì vậy nó mới chỉ được ứng dụng ở các nước phát triển. Đối với Thái Nguyên nguồn điện NLTT hiện tại đáp ứng nhu cầu cho các vùng xa xôi, hẻo lánh, chưa có điện quốc gia, nguồn điện Pin mặt trời độc lập và hệ thống phát điện Diêzen có thể đáp ứng được nhu cầu đó. Nhưng đối với các vùng nông thôn phụ tải thay đổi lớn trong ngày, phụ tải đỉnh thường xảy ra trong một vài giờ vào buổi tối, khi không có bức xạ mặt trời còn phụ tải vào các giờ khác thường thấp hơn.Việc điều chỉnh điện năng của nguồn PMT độc lập kém linh hoạt. Hệ thống phát điện Diezen độc lập là giải pháp tỏ ra hữu hiệu, song lại khó khăn và thất thường về nhiên liệu, đặc biệt giá nhiên liệu ngày một tăng. Các nghiên cứu cho thấy hệ thống phát điện lai ghép giữa NLTT và Diezen cung cấp điện linh hoạt và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn nguồn phát độc lập. Hệ thống điện hỗn hợp (còn gọi là hệ lai ghép) NLTT-Diezen là sự ghép nối giữa nguồn NLTT và máy phát điện Diezen đã và đang được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống phát điện hỗn hợp Pin mặt trời – Diêzen Các hệ thống này có một số ưu điểm so với các hệ thống phát điện năng dùng lượng tái tạo độc lập như sau: - Khai thác tốt hơn nguồn NLTT: Các hệ thống sử dụng nguồn NLTT độc lập thường được thiết kế ở các điều kiện bất lợi nhất. Đó là do nguồn NLTT thay đổi thất thường nên hệ thống phải được thiết kế sao cho nhu cầu phụ tải vẫn có thể được đáp ứng khi năng lượng sản ra ở mức tối thiểu. Do vậy ở các điều kiện bình thường hoặc tốt hơn sẽ xảy ra tình trạng công suất nguồn lớn hơn nhu cầu phụ tải, năng lượng sản ra ở thời điểm công suất phụ tải đỉnh sẽ không được sử dụng và bị lãng phí. Trái lại hệ thống lai ghép được thiết kế ở điều kiện trung bình theo năm nên sẽ khai thác tốt hơn nguồn NLTT. Do đó, một hệ thống lai ghép được thiết kế hợp lý có công suất các thiết bị nhỏ hơn và sẽ giảm bớt lãng phí năng lượng. - Cân đối tốt hơn với phụ tải: một ưu điểm khác của hệ lai ghép là khả năng cân đối tốt hơn giữa cung với cầu. Đối với một khu vực nông thôn, nhu cầu phụ tải đỉnh thường xảy ra vào các giờ cao điểm buổi tối, chủ yếu phục vụ nhu cầu thắp sáng và sinh hoạt. Điều này tạo cho ta hướng thiết kế và vận hành hệ thống hợp lý bằng cách đáp ứng nhu cầu phụ tải ở phần lớn thời gian trong ngày sử dụng nguồn NLTT và sau đó tăng công suất phát vào các giờ cao điểm khi chạy thêm cả máy phát điện - Nguồn có khả năng đáp ứng cao hơn: Với hệ PMT độc lập thông thường, luôn xảy ra trường hợp năng lượng không đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải. Đó là do năng lượng thu được luôn theo một mẫu thống kê nhất định, và luôn có khả năng trong một khoảng thời gian dài nguồn năng lượng mặt trời rất yếu hoặc thậm chí là không có. Một hệ thống lai ghép với nguồn phát “theo nhu cầu” có thể tránh được vấn đề trên do máy phát diezen sẽ chạy trong thời gian khó khăn đó. - Giảm chi phí đầu tư: Các hệ PMT thuần tuý đòi hỏi chi phí về bảo dưỡng thấp nhưng chi phí đầu tư lại cao. Còn máy phát diezen thì ngược lại, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng tăng và chi phí đầu tư thấp. Đối với hệ lai ghép, chi phí ban đầu sẽ thấp hơn các hệ pin mặt trời độc lập và sử dụng nhiên liệu cũng ít hơn hệ chỉ dùng máy phát diezen. - Đáp ứng phụ tải linh hoạt hơn: Máy phát diezen có thể cung cấp bổ sung năng lượng bằng cách đơn giản là kéo dài thời gian vận hành, nhờ vậy mà hệ lai ghép sẽ dễ dàng chấp nhận sự tăng của phụ tải. Các hệ PMT độc lập không thể đối phó được khi phụ tải tăng nhiều so với thiết kế và biện pháp duy nhất để giải quyết vấn đề này là tăng cỡ dàn lớn hơn phụ tải ban đầu. Tương tự như vậy, máy phát diezen độc lập cũng không dễ dàng chấp nhận điều này và cũng chỉ có cách chọn lại cỡ máy theo phụ tải thực tế và hạn chế không cho phụ tải tăng, hoặc chọn cỡ máy lớn hơn và cho chạy non tải ở giai đoạn đầu. Cũng như các hệ thống kỹ thuật khác, hệ thống điện lai ghép cũng có một số các nhược điểm nhất định sau đây: -. Phức tạp hơn trong điều khiển: Việc sử dụng kết hợp các nguồn phát điện với nhau dẫn đến sự phức tạp hơn trong điều khiển. Ngoài việc vận hành riêng rẽ, hệ điều khiển cũng cần phải cho phép có sự tương hỗ và phối hợp vận hành giữa các nguồn. Tuy nhiên, với sự phát triển của bộ vi xử lý, việc điều khiển và vận hành hệ thống sẽ bớt phức tạp hơn. - Yêu cầu kỹ thuật cao hơn: Các hệ lai ghép phức tạp hơn các hệ PMT và diezen độc lập về mặt thiết kế. Do vậy việc chế tạo và xây dựng đòi hỏi phải có kiến thức rộng về các thiết bị cũng như khả năng lắp giáp, vận hành. - Bảo dưỡng thường xuyên hơn các hệ PMT thuần tuý Tuy các hệ lai ghép yêu cầu ít bảo dưỡng hơn hệ diezen thuần tuý, nhưng nó đòi hỏi bảo dưỡng nhiều hơn hệ PMT thuần tuý. Việc bảo dưỡng là yêu cầu cơ bản để duy trì vận hành của hệ thống. Do ăcquy làm việc ở chế độ khắc nghiệt hơn nên việc duy trì, vận hành là rất cần thiết. - Cần có trình độ chuyên môn kỹ thuật cao hơn trong việc xử lý những sự cố - Gây tiếng ồn và tăng ô nhiễm môi trường: Hệ PMT thuần tuý tạo ra điện năng không gây ồn và ô nhiễm môi trường. Việc đưa thêm vào hệ lai ghép máy phát diezen sẽ thải ra khí CO2 và các khí phát thải không mong muốn khác. Ngoài ra tiếng ồn từ động cơ diezen có thể gây khó chịu đối với khu vực dân cư xung quanh. *Khả năng ứng dụng ở Thái Nguyên Do đặc điểm tự nhiên và xã hội của Thái Nguyên, địa hình chủ yếu là rừng núi, một số vùng sâu, vùng xa việc kéo điện lưới gặp nhiều khó khăn, dân cư gồm nhiều dân tộc ít người, trình độ lạc hậu, rất cần được ưu tiên phát triển. Công nghệ nhiệt điện mặt trời chỉ có hiệu quả khi nhu cầu phụ tải lớn, các nhà máy quy mô công nghiệp, vốn đầu tư lớn. Công nghệ Pin mặt trời độc lập hoặc hỗn hợp là phù hợp, khả thi và có khả năng ứng dụng cao nhất trong thời điểm hiện nay. Nhưng lâu dài thì phải là nguồn nối lưới. CHƢƠNG 4 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG 4.1. TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TRƢỜNG TỰ NHIÊN Nói chung các nguồn điện năng lượng mới và tái tạo ít ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường so với các nguồn điện truyền thống. Để đánh giá tác động môi trường ta phân tích cụ thể tác động môi trường của các dạng năng lượng mới và tái tạo. * Đối với một trạm thuỷ điện nhỏ: Bảng 4.1. Ảnh hưởng của trạm thuỷ điện nhỏ Tiêu chí môi trƣờng Tác động Chất lượng không khí Tiếng ồn và rung Chất lượng nước Hệ thống cấp nước Hệ thống tưới Thoát nước Bệnh dịch do nước Ngập lụt Vui chơi giải trí Khai mỏ Xói mòn Bồi lắng Đổi vị trí canh tác Chiếm dụng đất Cây cối và mùa màng Tác động đất ngập nước Tái định cư Tác động cảnh quan Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Ảnh hưởng tiêu cực Ảnh hưởng xấu Không ảnh hưởng Không ảnh hưởng Ảnh hưởng tốt Sinh thái học và bảo vệ tự nhiên Ảnh hưởng tốt Di sản văn hoá Không ảnh hưởng Phá hủy do xây dựng Ảnh hưởng xấu Tác động xã hội Ảnh hưởng tốt Kết luận: Các trạm thuỷ điện nhỏ có thể gây một số ảnh hưởng tự nhiên. Các tác động tích cực vẫn chiếm ưu thế, có một số tác động tiêu cực nhỏ khi xây dựng các trạm thuỷ điện nhỏ nhưng có thể áp dụng các biện pháp giảm thiểu. Ví dụ như sử dụng đất hoang hoá, phục hồi lại cảnh quan môi trường sau khi xây dựng, đền bù ảnh hưởng tới cây cối và mùa màng ... * Đối với nhà máy điện sinh khối: Để thấy rõ ảnh hưởng tới môi trường ta đi so sánh tác động của nhà máy nhiệt điện sinh khối và nhà máy nhiệt điện đốt than Bảng 4.2. Bảng so sánh về ô độ ô nhiệm giữa phát điện bằng sainh khối và than Các ảnh hƣởng Than Sinh khối Phát thải CO2 880g/kWh Trung hoà Phát thải SO2 1,20g/kWh Lượng S 0 Phát thải NOx 2,20g/kWh Nhỏ (Cháy nhiệt độ thấp) Phát thải bụi 0,16g/kWh Có Phát thải CH4 3,00g/kWh - Phát thải N2O 0,50/kWh - Khí nhà kính CO2, CH4, N2O - Chất lượng mùa vụ, cây trồng ... Mưa axít - Kết luận: Điện sinh khối từ các nguồn phế thải phụ phẩm là trung hoà về phát CO2, ít tạo mưa axit, là cơ hội để phát triển cây trồng nông lâm nghiệp. Công nghệ khí hoá sinh khối còn có tác động chống ô nhiễm, bảo vệ môi trường... * Điện mặt trời Tác động cơ bản của điện mặt trời đến môi trường là diện tích chiếm chỗ lớn, che khuất mặt trời làm ảnh hưởng đến sinh thái, nhưng có thể khắc phục được bằng cách lắp đặt các tấm pin mặt trời trên các mái nhà hoặc các vùng đất không sử dụng cho sản xuất nông nghiệp ... 4.2. TÁC ĐỘNG TỚI ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI Các nguồn điện năng từ năng lượng tái tạo trước mắt cung cấp điện cho vùng xa xôi, hẻo lánh, những nơi chưa có điện lưới quốc gia tạo ra các ảnh hưởng xã hội như sau: Góp phần điện khí hoá nông thôn miền núi bằng các nguồn NLTT có tiềm năng lớn tại chỗ. Góp phần xoá đói, giảm nghèo, xoá bỏ cách biệt giữa miền núi và miền xuôi, nông thôn và thành thị. Ảnh hưởng có lợi về thông tin và văn hoá nhờ đài và tivi... Ảnh hưởng có lợi đối với giáo dục trẻ em nhờ có khả năng học khi trời tối. Ảnh hưởng có lợi đối với các hoạt động của người lớn trong gia đình nhờ có khả năng tiếp tục làm việc ngay cả khi trời tối, giảm cường độ lao động khi sử dụng điện thay thế các nguồn truyền thống trong sinh hoạt nông thôn ( củi, dầu..) Việc xây dựng, lắp đặt các nguồn điện năng lượng tái tạo không đòi hỏi phải tái định cư, không gây ảnh hưởng tới các hoạt động nông nghiệp, các công trình thủy lợi, văn hoá...Tạo ra một nguồn năng lượng tin cậy góp phần cải thiện mức sống của người dân, xoá đói giảm nghèo, thúc đẩy kinh tế phát triển. Tuy nhiên, điện năng từ NLTT còn cao so với mức sống, mức thu nhập của dân Việt Nam, điện mặt trời giá cao gấp khoảng 10 lần so với giá điện Việt Nam, thuỷ điện nhỏ, sinh khối giá tương đối cạnh tranh... Vì vậy, việc ứng dụng nguồn điện NLTT hiện nay còn gặp một số khó khăn. Vấn đề phát triển NLTT hiện nay cần có sự hỗ trợ của nhà nước thông qua các chính sách về trợ giá, về đầu tư...Các nước trên thế giới đều có những chính sách này. Trong tương lai, do các công nghệ NLTT hoàn thiện hơn, giá sản xuất năng lượng từ các nguồn NLTT sẽ giảm. Năng lượng hoá thạch cạn kiệt, khai thác khó khăn, giá năng lượng hoá thạch sẽ tăng. Và do các đòi hỏi về bảo vệ môi trường, các nguồn NLTT hoàn toàn có thể cạnh tranh về mặt kinh tế so với giá các nguồn năng lượng khác. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với mục đích và yêu cầu của đề tài là điều tra đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn và công nghệ năng lượng mới và tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của tỉnh, đề tài đã tập trung nghiên cứu, giải quyết các nội dung chính như sau: 1. Đã điều tra, thu thập số liệu về nguồn tài nguyên NLM&TT ở Thái Nguyên, cụ thể là: - Đã đánh giá điều kiện tự nhiên, xã hội đặc thù của tỉnh Thái Nguyên - Đã đánh giá hiện trạng và dự báo sản xuất, tiêu thụ cũng như độ tăng trưởng nhu cầu năng lượng của Tỉnh hiện nay và trong những năm tới. - Đã đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT của Tỉnh - Đánh giá hiện trạng khái thác, sử dụng các nguồn và công nghệ NLTT của tỉnh Thái Nguyên. 2. Đã phân tích, lựa chọn các công nghệ NLTT khả thi để có thể khai thác các nguồn tài nguyên NLTT trên địa bàn tỉnh góp phần vào sự cân bằng cung cầu về năng lượng nói chung và điện năng nói riêng. 3. Đã đánh giá tác động của các nguồn NLTT tới môi trường tự nhiên, xã hội  Qua việc điều tra, phân tích và đánh giá, rút ra một số kết luận và kiến nghị sau: KẾT LUẬN Điều kiện tự nhiên của Thái Nguyên rất thuận lợi cho phát triển khai thác, ứng dụng một số nguồn và công nghệ NLTT. Do các yêu cầu về phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh nhu cầu sử dụng điện tăng nhanh. Thái Nguyên có tiềm năng lớn về các nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là thuỷ điện nhỏ. Tuy nhiên việc nghiên cứu, ứng dụng các nguồn này chưa nhiều, chưa được quan tâm đúng mức. Các công nghệ phát điện NLTT có tính khả thi cao đối với Thái Nguyên, đem lại lợi ích lớn về tự nhiên, xã hội. KIẾN NGHỊ NLM & TT là loại nguồn sẽ có vị trí quan trọng trong thế kỷ 21 trong cân bằng năng lượng Việt Nam và bảo vệ môi trường. Hơn nữa, nó là nguồn thích hợp nhất hiện nay để giải quyết vấn đề cung cấp năng lượng cho nông thôn, vùng sâu, vùng xa. - Vì vậy, tỉnh cần có sự đầu tư thích đáng cho các hoạt động điều tra, thăm dò, đánh giá tiềm năng và khả năng khái thác, ứng dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo. Đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển công nghệ phát điện NLM & TT phù hợp với điều kiện của tỉnh. - Giá cả các nguồn năng lượng mới hiện nay nói chung còn khá cao vì vậy cần có sự hỗ trợ của nhà nước thông qua các chính sách về trợ giá, về đầu tư... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đặng Đình Thống – Lê Danh Liên (2006), Cơ sở năng lượng mới và tái tạo, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 2. UBND tỉnh Thái Nguyên (7-2006), Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010 có xét đến 2015, Hà Nội. 3. Viện Khoa học thuỷ lợi (1998), Báo cáo kết quả nghiên cứu nhánh đề tại tiềm năng, hiện trạng và phương hương phát triển thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam, Hà Nội. 4. TS. Phạm Khánh Toàn (2005), Báo cáo tổng kết KH&KT đề tài Nghiên cứ định hướng tính khả thi của việc sử dụng năng lượng mặt trời, thuỷ điện nhỏ và sinh khối quy mô công nghiệp ở Việt Nam, Hà Nội. 5. PGS.TS. Đặng Đình Thống (2005), Năng Lượng mặt trời và ứng dụng, Hà Nội. 6. GS.TS. Trần Đình Long (1999), Quy hoạch phát triển năng lượng và điện lực, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 7. Tập đoàn điện lực Việt Nam (2007), Báo cáo đề tài nghiên cứu, tính toán múc hỗ trợ giá trong chiến lược phát triển các nguồn điện năng năng lượng tái tạo độc lập ở Việt Nam. 8. Sở NN& PTNT tỉnh Thái Nguyên (2007), Báo cáo kết quả thực hiện dự án khí sinh học. 1. Tiềm năng năng lượng mặt trời 2. Tiềm năng thuỷ điện nhỏ 3. Tiềm năng năng lượng gió PHỤ LỤC 4. Diện tích các loại cây công nghiệp