Nghiên cứu đề xuất năng lượng tái tạo phục vụ cấp điện chiếu sáng và nước nóng cho các đồn biên phòng vùng sâu, vùng xa

Bộ công thơng
Viện năng lợng




BáO CáO TổNG HợP
KT QU KHOA HC CễNG NGH TI
NCKH & CN NM 2010





Nghiên cứu đề xuất ứng dụng
năng lợng táI tạo phục vụ NHU CầU
Sử DụNG NĂNG LƯợNG cho các
đồn biên phòng vùng sâu, vùng xa


M Số Đề TàI: I-172






C quan ch trỡ ti: Vin Nng lng
Ch nhim ti: Phm Hng Võn

8766

H Ni - 10/2010
Bộ công thơng
Viện năng lợng





BáO CáO TổNG HợP
KT QU KHOA HC CễNG NGH TI
NCKH & CN NM 2010




Nghiên cứu đề xuất ứng dụng
năng lợng táI tạo phục vụ NHU CầU
Sử DụNG NĂNG LƯợNG cho các
đồn biên phòng vùng sâu, vùng xa


M Số Đề TàI: I-172

Ch nhim ti
C quan ch trỡ ti






Phm Hng Võn


H Ni - 10/2010
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
5



Danh sách những người thực hiện đề tài

TT Họ và tên
Học vị, học hàm
chuyên môn

Cơ quan
1 Phạm Hồng Vân Kỹ sư Viện Năng lượng
2 Lý Ngọc Thắng Kỹ sư
Viện Năng lượng
3 Hồ Thị Lan Hương Thạc sỹ
Viện Năng lượng
4 Nguyễn Văn An Kỹ sư
Viện Năng lượng
5 Vũ Duy Hùng Cử nhân
Viện Năng lượng
6 Đặng Công Kiên Bộ Tư lệnh Biên Phòng

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
6

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

0.1- Cơ sở lý do thực hiện đề tài 9
0.2 - Mục tiêu của đề tài 11
0.3 - Phạm vi nghiên cứu 12
0.4 - Nội dung đề tài 12
CHƯƠNG I – PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC
ĐIỂM KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN TIỀM NĂNG NLTT 14

I.1 - Tiêu chí lựa chọn phân loại vị trí điển hình ứng dụng NLTT 14

I.2- Phương pháp nghiên cứu lựa chọn địa điểm, điều tra khảo sát 14
I.2.1- Lựa chọn địa điểm các đơn vị biên phòng để điều tra, khảo sát 14
I.2.2- Phương pháp thu thập và xử lý các số liệu 15
I.3- Phương pháp xác định tiềm năng các nguồn NLTT tại chỗ 16
I.3.1 – Xác định tiềm năng năng lượng mặt trời 16
I.3.2 – Xác định tiềm năng năng lượng gió 17
I.3.3 – Xác định khả năng sản xuất khí sinh học 18
I.3.4 – Xác định khả năng sản xuất điện của thủy điện nhỏ 19
I.4- Phương pháp xác định nhu cầu sử dụng NL của các đồn Biên phòng 20
I.4.1 – Nhu cầu chiếu sáng 20
I.4.2 - Nhu cầu sử dụng nước nóng 21
I.4.3 – Nhu cầu nhiệt cho đun nấu 21
CHƯƠNG II – ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CÁC NGUỒN NLTT VÀ
TÍNH TOÁN NHU CẦU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TẠI CÁC ĐỒN BIÊN
PHÒNG 22

II.1- Đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT tại các đồn biên phòng 22
II.1.1 - Khu vực miền núi phía Bắc 22
II.1.2 - Khu vực ven biển phía Bắc 22
II.1.3 - Khu vực Bắc Trung bộ 23
II.1.4 - Khu vực Nam Trung bộ 23
II.1.5 - Khu vực Tây Nguyên 23
II.1.6 - Khu vực phía Nam 24
II.2 – Tính toán nhu cầu sử dụng năng lượng tại các đồn biên phòng 24
CHƯƠNG III - LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG
CÁC NGUỒN NLTT ĐỂ ĐÁP ỨNG NHU CẦU SỬ DỤNG NL TẠI CÁC
ĐỒN BIÊN PHÒNG 27

III.1- Lựa chọn sơ đồ hệ thống cung cấp năng lượng 27
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng

TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
7

III.1.1- Hệ thống đun nước nóng bằng NLMT 27
III.1.2- Sơ đồ hệ thống phát điện bằng NLTT 28
III.1.3- Sơ đồ hệ thống công trình thủy điện mini 32
III.1.4- Sơ đồ hệ thống công trình KSH cấp khí cho đun nấu hoặc phát điện 33
III.2 – Giải pháp công nghệ cho các thành phần của hệ thống 34
III.2.1- Hệ thống đun nước nóng NLMT 34
III.2.2- Hệ thống phát điện bằng NLTT 36
III.2.3- Hệ thống công trình khí sinh học cho đun nấu và phát điện 42
III.3 – Tính toán hệ thống NLTT để cung cấp nhu cầu NL cho một số đồn biên
phòng đã được khảo sát cụ thể 42
III.3.1- Các đồn biên phòng tỉnh Điện Biên 43
III.3.2- Các đồn Biên phòng Hải Phòng 45
III.3.3- Các đồn Biên phòng tỉnh Thừa Thiên Huế 46
III.3.4- Các đồn Biên phòng tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận 49
III.3.5- Các đồn Biên phòng tỉnh Đăk Lăk 51
III.3.6- Các đồn Biên phòng tỉnh Kon Tum 52
III.3.7- Các đồn Biên phòng tỉnh An Giang 53
III.4 – Giải pháp vận hành và bảo dưỡng các hệ thống NLTT 55
III.4.1- Vận hành và bảo dưỡng hệ thống phát điện NLTT 55
III.4.2- Vận hành và bảo dưỡng công trình khí sinh học 57
CHƯƠNG IV - KHỐI LƯỢNG XÂY DỰNG VÀ VỐN ĐẦU TƯ 59
IV.1- Khối lượng xây dựng 59
IV.1.1 - Các đồn biên phòng ở khu vực miền núi phía Bắc 59
IV.1.2 - Các đồn Biên phòng ở khu vực ven biển phía Bắc 60
IV.1.3 - Các đồn Biên phòng ở khu vực Bắc Trung bộ 61

IV.1.4 - Các đồn Biên phòng ở khu vực duyên hải Nam Trung bộ 62
IV.1.5 - Các đồn Biên phòng ở khu vực Tây Nguyên 63
IV.1.6 - Các đồn biên phòng ở khu vực phía Nam 64
IV.1.7 - Các đơn vị tiểu đoàn huấn luyện và các cơ sở đào tạo thuộc Bộ Tư lệnh
biên phòng trên toàn quốc 65

IV.2- Vốn đầu tư xây dựng 66
IV.3- Hiệu quả kinh tế - xã hội của dự án 67
CHƯƠNG V - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤ LỤC 72

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
8

Bảng chữ viết tắt

ĐHBK Đại học Bách Khoa
ĐNNMT Đun nước nóng mặt trời
KH&KT Khoa học và kỹ thuật
KSH Khí sinh học
NL Năng lượng
NLG Năng lượng gió
NLMT Năng lượng mặt trời
NLTT Năng lượng tái tạo
PV Photovotaic – Pin mặt trời
TĐN Thuỷ điện nhỏ

TTNLTT & CCPTS Trung tâm Năng lượng tái tạo và Cơ chế Phát triển sạch
VNĐ Đồng tiền Việt Nam
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
9

MỞ ĐẦU

0.1- Cơ sở lý do thực hiện đề tài
Đối với các nước phát triển, năng lượng tái tạo (NLTT) là nguồn quan trọng
trong cán cân năng lượng và bảo vệ môi trường. NLTT cũng là nguồn cung ứng lâu
dài. Các nước phát triển ở châu Âu và các châu lục khác đã có những bước phát
triển ứng dụng công nghệ NLTT đáng ghi nhận.
Để phát triển NLTT, nhiều nước đã đặt ra mục tiêu tỷ lệ NLTT trong tổng nhu
cầu NL giai đoạ
n 2010-2012 hoặc dài hơn đến 2020. Ví dụ Châu Âu EU nhắm đến
mục tiêu đến 2020 sẽ có 20%, Trung Quốc 15%; Thái Lan đến 2011 sẽ có 8%; Hàn
Quốc 7% đến 2010; Indonesia 15% đến 2015; Anh quốc 15% đến 2020; Thuỵ Điển
49% đến 2020; New Zeland 90% đến 2025; Philipine 4.7 GW đến 2013…
Riêng nước Mỹ có 25 tiểu bang đặt mục tiêu 20% đến năm 2017. Năm 2009,
tổng thống Mỹ Barack Obama đã ký đạo luật khôi phục và tái đầu tư nước Mỹ
(American Recovery and Reinvestment Act) trong đó dành $16.8 tỷ hỗ trợ các dự

án tiết kiệm NL và NLTT (Energy Efficiency and Renewable Energy-EERE).
Tổng thống muốn đảm bảo rằng 10% điện của nước Mỹ là NLTT như điện gió và
điện mặt trời vào năm 2012 và 25% vào năm 2025, và đặt mục tiêu giảm 80% khí
thải hiệu ứng nhà kính vào năm 2050.
Tính đến năm 2008, doanh thu từ NLTT của Đức là 30 tỷ euro. Bên cạnh đó,

việc phát triển NLTT đã cung cấp việc làm cho 278.000 người dân Đức. Chính
sách phát triển NLTT của Đứ
c nằm trong chính sách chung của EU, tức là đến năm
2020 sẽ giảm 20% những loại NL gây ô nhiễm, tăng 20% các loại NLTT, giảm khí
nhà kính xuống 20%, bằng những năm 90 của thập kỷ trước. Mục tiêu của Đức là
đến năm 2020, NLTT sẽ chiếm tối thiểu 30% tổng nhu cầu năng lượng
Còn Việt Nam đặt mục tiêu đến năm 2020, sản lượng điện NLTT chiếm
khoảng 5% tổng nguồn đi
ện, trong đó sẽ ưu tiên phát triển NLTT theo hướng thủy
điện nhỏ, điện gió, điện mặt trời… nhằm tăng tỷ lệ các nguồn NLTT khoảng 3%
tổng NL thương mại sơ cấp vào năm 2020 và 11% vào năm 2050.
1

Ở các nước phát triển thì công nghệ chế tạo thiết bị sử dụng NLTT đã phát
triển từ lâu đạt chất lượng rất cao, độ bền tốt, mức độ tự động hoá cao và có thị
trường toàn thế giới. Không những chế tạo sản phẩm để bán mà các nước này đã và
đang xuất các công nghệ chế tạo thiết bị sang các nước theo nhiều hình thức.

1
Trong “Quy hoạch tổng thể Phát triển năng lượng tái tạo”, của Viện Năng lượng lập năm 2009
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
10

Trung Quốc, trình độ sản xuất thiết bị NLTT cũng đạt tương đối tốt, tự động
hoá, tuy nhiên tuổi thọ và độ bền vẫn còn kém hơn so với các nước Tây Âu, nhưng
về giá thành lại rẻ hơn nhiều. Thiết bị NLTT của Trung Quốc đã xuất sang các nước
khu vực Châu Âu, Châu Phi, Châu Á và hiện tại xuất sang Việt nam cũng rất nhiều.

Việc ứng dụng công nghệ NLTT để cung cấp nhu c
ầu sử dụng năng lượng với
quy mô nhỏ nhất là ở những khu vực không thể nối được lưới điện ở nhiều nước
trên thế giới đã phát triển mạnh và đạt được hiệu quả rất cao.
Việc nghiên cứu các giải pháp ứng dụng NLTT sẵn có tại chỗ cho mục đích
cung cấp năng lượng như điện thắp sáng, nhu cầu nhiệ
t cho đun nấu, đun nước
nóng, để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cho cụm dân cư, cho các chiến sỹ các đồn
biên phòng vùng núi và hải đảo của Việt Nam, đã được nhiều cơ quan, đơn vị thực
hiện. Các đơn vị tham gia nghiên cứu lĩnh vực này bao gồm: Viện Năng Lượng -
Bộ Công Thương, Trung tâm NLM trường ĐHBK Hà Nội, Trường ĐHBK
TP.HCM, Đã có nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụ
ng, nhiều công trình thử nghiệm,
trình diễn, được thực hiện ở một số đồn biên phòng trong cả nước, đã góp phần
cải thiện đời sống tinh thần cho các chiến sỹ.
Đã có một số nghiên cứu, công trình ứng dụng các dạng công nghệ NLTT độc
lập hay kết hợp để cung cấp cho nhu cầu sử dụng năng lượng cho một cụm dân cư,
trạm y tế xã, trung tâm văn hoá xã, các đồn biên phòng, nh
ững nơi quá hẻo lánh
không thể đưa điện lưới tới hoặc có thể nối lưới nhưng giá thành quá cao. Đối với
những vùng này, việc sử dụng các công nghệ NLTT để đáp ứng nhu cầu sử dụng
năng lượng tại chỗ được coi là giải pháp thích hợp nhất.
Điển hình là dự án “Ứng dụng năng lượng mặt trời và gió cung cấp điện cho
quần đả
o Trường Sa” đã góp phần cải thiện đáng kể đời sống sinh hoạt của dân cư
và chiến sĩ bộ đội trên đảo Trường Sa Lớn. Hệ thống điện mặt trời và điện gió đã
chính thức đi vào hoạt động từ đầu năm 2009, đã cung cấp gần 100% nhu cầu điện
cho hoạt động an ninh quốc phòng và sinh hoạt của đảo. Ngoài ra dự án cũ
ng trang
bị 100 đèn NLMT xách tay cho các đảo thuộc quần đảo Trường Sa.

Dự án hệ thống phát điện hỗn hợp pin mặt trời – diesel - ắc quy để cung cấp
điện cho 102 hộ dân thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm (TP Hội An, Quảng Nam) đã
được đóng điện vào ngày 31-12-2009, công suất lắp đặt 28kWp pin mặt trời.
Dự án thử nghiệm “Chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi ở Việt
Nam” (giai đoạn 1 từ 2003-2006) do Cục Chăn nuôi - B
ộ Nông nghiệp và Phát triển
nông thôn thực hiện cùng hợp tác với Tổ chức phát triển Hà Lan. Mục tiêu của
Chương trình là áp dụng hiệu quả công nghệ khí sinh học trong nước, phát triển thị
trường khí sinh học, phát triển và bảo vệ môi trường nông thôn thông qua việc cung
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
11

cấp nguồn năng lượng sạch cho các hộ gia đình nông thôn, cải thiện điều kiện vệ
sinh cộng đồng và sức khoẻ người dân nông thôn, tạo công ăn việc làm cho người
dân nông thôn và giảm sự phát thải khí nhà kính. Tính đến nay dự án đã xây dựng
được 88.000 hệ thống KSH so với mục tiêu đặt ra đến năm 2012 là 166.000 hệ
thống.
Các dạng công nghệ NLTT thường được áp dụng:
- Điện mặt tr
ời thông qua sử dụng pin mặt trời (PV),
- Dàn đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời,
- Tua bin gió phát điện cỡ nhỏ,
- Hầm KSH đã phát triển mạnh ở quy mô cỡ nhỏ (công trình có thể tích từ
10 ÷ 50m
3
) trên toàn quốc.
Báo cáo Nghiên cứu đề xuất ứng dụng năng lượng tái tạo phục vụ nhu cầu sử

dụng năng lượng cho các đồn biên phòng vùng sâu, vùng xa được xây dựng dựa
trên các tài liệu và số liệu sau đây:
- Quyết định số 6228/QĐ-BCT ngày 10/12/2009 của Bộ trưởng Bộ Công
Thương về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2010.
- Các tài liệu và số
liệu điều tra hiện trạng và nhu cầu sử dụng năng lượng tại
các đồn Biên phòng vùng sâu, vùng xa, theo phiếu điều tra cũng như các chuyến
khảo sát thực tế tại các đồn biên phòng điển hình tại các khu vực đặc trưng trên toàn
quốc của đoàn khảo sát Viện Năng lượng kết hợp với Phòng Quản lý Kinh tế của
Bộ Tư lệnh Bộ đội Biên phòng.
-
Các số liệu của Tổng cục khí tượng thuỷ văn về nắng và gió của các khu vực
trên toàn quốc.
- Số liệu từ các nguồn khác.
0.2 - Mục tiêu của đề tài
* Mục tiêu chung
- Nghiên cứu, xây dựng, lập phương án ứng dụng NLTT tại chỗ phục vụ nhu
cầu sử dụng năng lượng cho các đồn biên phòng vùng sâu, vùng xa.
- Góp phần hoàn thiện cơ sở hạ tầ
ng cho một số đồn biên phòng đó.
* Mục tiêu kinh tế - xã hội
- Nâng cao điều kiện sinh hoạt, đời sống tinh thần của chiến sỹ Biên phòng, giữ
vững an ninh quốc phòng vùng biên.
- Tiết kiệm chi phí xăng dầu, điện,…và sử dụng hiệu quả nguồn NLTT.
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
12

* Mục tiêu khoa học công nghệ: Ứng dụng tiến bộ KHKT nhằm nâng cao chất
lượng cuộc sống của các chiến sỹ biên phòng
.
0.3 – Phạm vi nghiên cứu
- Xây dựng tiêu chí để lựa chọn phân loại các vị trí điển hình theo đặc trưng các
đồn biên phòng và đặc điểm điều kiện tự nhiên tại các vùng mà đồn biên phòng
phụ trách.
- Xác định tiềm năng các dạng NLTT và nhu cầu sử dụng NL tại các đồn biên
phòng điển hình đã lựa chọn,
- Nghiên cứu tại chỗ: Thiết kế mô hình, quy mô hệ thống cấ
p NL bằng các
nguồn NLTT tại chỗ.
0.4- Nội dung đề tài
- Nghiên cứu lựa chọn phân loại theo các tiêu chí ứng dụng NLTT cho các đồn
biên phòng điển hình vùng sâu, vùng xa ở các khu vực có điều kiện đặc trưng để
khảo sát thực tế và lên phương án cấp NLTT tại chỗ đặc trưng cho từng khu vực.
- Đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT, tính toán nhu cầu sử dụng NL và lựa
chọn mô hình, tính toán sơ bộ quy mô hệ th
ống, các giải pháp vận hành, bảo dưỡng
hệ thống NLTT tại các đồn biên phòng.
- Tính tổng mức đầu tư xây dựng công trình.
- Phân tích, đánh giá, kiến nghị, viết báo cáo tổng hợp.
Theo nội dung trên, các kết quả nghiên cứu của đề tài được tổng hợp thành các
chương, mục trong báo cáo KH&KT của đề tài, gồm các nội dung chính sau:
Mở đầu

Tóm tắt cơ sở và lý do thực hiện đề tài, mục tiêu, nội dung, phạm vi nghiên
cứu của Đề tài.
Chương I: Phương pháp nghiên cứu lựa chọn các điểm khảo sát và tính toán tiềm
năng NLTT

Bao gồm các nội dung như sau: các tiêu chí lựa chọn, phương pháp nghiên
cứu lựa chọn địa điểm, phương pháp xác định tiềm năng của các dạng NLTT tại
chỗ, xác định nhu cầu sử dụng NL của các đồn biên phòng điển hình lựa chọn.
Chương II: Đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT, tính toán nhu cầu sử dụng NL
tại các đồn biên phòng.
Bao gồm các nội dung như sau:
- Phân loại các đồn biên phòng theo địa điểm, đặc điểm đặc trưng (quy mô
đồn: quân số, diện tích có hoặc chưa có điện lưới, có đủ hay thiếu nước, có hoặc
không có chăn nuôi, ở đất liền hay ngoài đảo,…);
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
13

- Đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT tại chỗ ở các đồn biên phòng theo phân
loại trên;
- Tính toán nhu cầu sử dụng NL của các đồn biên phòng theo phân loại trên;
Chương III: Lựa chọn các giải pháp công nghệ sử dụng NLTT để cung cấp cho các
đồn biên phòng
Bao gồm các nội dung như sau:
- Lựa chọn mô hình
- Tính toán sơ bộ quy mô hệ thống
- Các giải pháp vận hành, bảo dưỡng hệ thống
Chương IV: Tổng vốn đầu tư xây dựng dự án

Chương V: Các kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng

TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
14

CHƯƠNG I – PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU LỰA
CHỌN CÁC ĐIỂM KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN
TIỀM NĂNG NLTT

I.1 - Tiêu chí lựa chọn phân loại vị trí điển hình ứng dụng NLTT
Mục tiêu của Báo cáo này là nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu
cầu sử dụng năng lượng cho các đồn biên phòng vùng sâu, vùng xa. Chính vì vậy
mà tiêu chí lựa chọn phân loại dựa vào các đặc điểm sau đây:
- Đặc điểm vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, đặc điểm khí hậu tại các vùng mà
các đồn biên phòng xây dựng, từ đó ta xác định được tiềm năng các dạng
năng lượng thiên nhiên sẵn có như năng lượng gió, mặt trời, thủy điện.
- Đặc điểm đặc trưng của các đơn vị biên phòng bao gồm: quy mô của đơn vị,
nhu cầu sử dụng năng lượng, có đủ nước hay không có đủ nước, khả năng
chăn nuôi của đồn như thế
nào?,…
Tiềm năng NLG, NLMT, thủy điện phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm vị trí địa
lý, điều kiện tự nhiên, đặc điểm khí hậu của từng khu vực, vì vậy đối với từng khu
vực sẽ có tiềm năng NLTT khác nhau. Dạng NL nào có tiềm năng lớn thì được ưu
tiên ứng dụng tất nhiên còn xét đến yếu tố kinh tế. Riêng với tiềm n
ăng KSH thì
còn phụ thuộc điều kiện và quy mô chăn nuôi của các đơn vị biên phòng.
Quy mô nhà ở cho đồn, trạm biên phòng được xây dựng theo mẫu thiết kế
chung đối với toàn quốc. Còn quy mô quân số thì theo chức năng nhiệm vụ của
đồn, trạm mà có sự khác nhau, nhưng đa số các đồn có quân số từ 40 – 50 người và
trạm là 8 – 15 người. Như vậy trong báo cáo này lựa chọn đồn có quân số từ 40 –
50 người và trạm là 8 – 15 ng

ười là đơn vị điển hình để tính nhu cầu sử dụng năng
lượng chung cho các đơn vị biên phòng trên toàn quốc.
Từ các phân tích trên, việc ứng dụng NLTT phụ thuộc chủ yếu vào trí địa lý,
điều kiện tự nhiên, đặc điểm khí hậu mà các đơn vị biên phòng xây dựng. Do đó
tiêu chí phân loại các đơn vị biên phòng theo khu vực cùng ứng dụng các dạng
NLTT.
I.2- Phương pháp nghiên cứu lựa chọn địa đ
iểm, điều tra khảo sát
I.2.1- Lựa chọn địa điểm các đơn vị biên phòng để điều tra, khảo sát
Theo tiêu chí phân loại trên, việc lựa chọn các đơn vị biên phòng để điều tra,
khảo sát được tiến hành theo các vùng miền đặc trưng về vị trí địa lý, điều kiện tự
nhiên, cũng có nghĩa là theo khu vực cùng có tiềm năng NLTT như: gió, mặt trời,
thủy điệ
n. Các khu vực được phân chia như sau:
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
15

- Khu vực miền núi phía Bắc: bao gồm 7 tỉnh có đường biên giới: Lạng Sơn,
Cao Bằng, Hà Giang, Lào Cai, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La. Trong đó đề tài
lựa chọn các đồn biên phòng thuộc tỉnh Điện Biên để khảo sát.
- Khu vực ven biển phía Bắc: bao gồm 5 tỉnh có đường biên giới biển: Quảng
Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình. Các đồn biên phòng
thuộc thành phố Hải Phòng được lựa chọn khảo sát.
-
Khu vực miền Trung: chia thành hai vùng:
+ Bắc Trung bộ
: bao gồm 6 tỉnh vừa có đường biên giới đất liền, vừa có

biên giới biển: Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị,
Thừa Thiên Huế. Các đồn biên phòng thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế được
lựa chọn khảo sát.
+ Duyên hải Nam Trung bộ
: bao gồm 8 tỉnh có đường biên giới biển:
Đà Nẵng, Quảng Nam (có cả biên giới đất liền), Quảng Ngãi, Bình Định,
Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận. Các đồn biên phòng
thuộc các Ninh Thuận, Bình Thuận được lựa chọn khảo sát.
- Khu vực Tây Nguyên: bao gồm 4 tỉnh có đường biên giới: Gia Lai, Kon
Tum, Đắc Lắc, Đắc Nông. Các đồn biên phòng thuộc các tỉnh Đắc Lắc, Kon
Tum được lựa chọn khảo sát.
- Khu vực phía Nam: bao gồm 5 tỉnh có
đường biên giới đất liền: Bình
Phước, Tây Ninh, Long An, Đồng Tháp Mười, An Giang và 8 tỉnh có đường
biên giới biển: Bà Rịa - Vũng Tầu, TP. Hồ Chí Minh, Tiền Giang, Bến Tre,
Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, tỉnh Kiên Giang vừa có đường biên
đất liền và biên giới biển. Các đồn biên phòng thuộc tỉnh An Giang được lựa
chọn khảo sát.
I.2.2- Phương pháp thu thập và xử lý các số liệu
I.2.2.1- Xác định số liệu cần thu thập
Các nhóm số liệu cần thu thập g
ồm:
- Các thông tin về quy mô của các đơn vị biên phòng: quân số, diện tích nhà ở
và làm việc, diện tích tổng thể.
- Các số liệu để xác định tiềm năng các nguồn NLTT: các số liệu gió, mặt
trời, khí tượng thuỷ văn thuộc các địa phương mà các đơn vị biên phòng đóng quân.
- Các đặc điểm địa hình, địa vật khu vực các đơn vị biên phòng xây dựng.
- Tình hình các nguồn cung cấp điện, nước cũ
ng như nhu cầu sử dụng năng
lượng của các đơn vị biên phòng.

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
16

- Điều tra, khảo sát khả năng, kiểu, quy mô và dự tính tương lai có thể phát
triển chăn nuôi của các đơn vị biên phòng.
I.2.2.2- Thu thập số liệu
- Nghiên cứu văn phòng và điều tra trực tiếp để thu thập thông tin về kinh tế -
xã hội, địa lý, khí tượng thủy văn và số liệu về các nguồn NLTT tại các tỉnh có
đường biên giới.
- Kết hợp với đơn vị phối hợp thự
c hiện đề tài là phòng Kinh tế của Bộ Tư
lệnh Bộ đội Biên phòng để thu thập các thông tin về danh sách, đặc điểm chung
cũng như chức năng nhiệm vụ của các đơn vị biên phòng.
- Điều tra khảo sát trực tiếp bằng cách quan sát thực tế, bằng các cuộc phỏng
vấn đưa ra các câu hỏi điều tra đối với các cán bộ chiến sỹ tại các đơn vị biên
phòng, các cán bộ quản lý ở Bộ Chỉ huy Bộ đội Biên phòng các tỉnh được lựa chọn
khảo sát.
I.2.2.3- Tập hợp các số liệu đã thu thập
Các số liệu đã thu thập được tập hợp các bảng dưới dạng phân tích, thống kê,
các trang tính toán bằng các công thức liên quan. Việc tập hợp các số liệu đã thu
thập là nguyên liệu thô cho phân tích và viết báo cáo tổng hợp.
I.2.3- Xác định tiềm năng NLTT và nhu cầu sử d
ụng NL, lựa chọn mô hình hệ
thống cung cấp NL
- Xác định tiềm năng của các nguồn NLTT như là NL mặt trời, gió, khí sinh
học, thủy điện nhỏ có sẵn tại các vị trí mà các đồn biên phòng xây dựng.
- Xác định nhu cầu sử dụng NL của các đồn biên phòng.

- Xác định điều kiện phát triển kinh tế của các đồn biên phòng.
- Căn cứ vào nhu cầu sử dụng năng lượng và tiềm năng các nguồ
n NLTT để
xác định được cấu hình tối ưu cho hệ thống cung cấp NL (điện, nhiệt) bằng các
nguồn NLTT tại chỗ, ưu tiên nguồn có tiềm năng, ổn định và suất đầu tư thấp.
- Tính toán các thông số, thiết kế hệ thống, và dự toán kinh phí đầu tư các hệ
thống cung cấp NL (điện, nhiệt) bằng các nguồn NLTT tại chỗ cho các đồn biên
phòng.
I.3- Phương pháp xác định ti
ềm năng các nguồn NLTT tại chỗ
I.3.1 – Xác định tiềm năng năng lượng mặt trời
I.3.1.1 – Pin mặt trời để phát điện
Để xác định khả năng phát điện của pin mặt trời dựa vào công thức sau:
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
17


O
T
I
IP
E
η

=
(1.1)
Trong đó: P = Công suất của dàn pin mặt trời (kWp)

E = Sản lượng điện trung bình ngày của dàn pin (kWh/ngày)
I
0
= 1000 W/m
2
= 1 kW/m
2
, bức xạ mặt trời ở điều kiện tiêu chuẩn
I
T
= Bức xạ mặt trời trung bình ngày ở từng địa phương (kWh/m
2
/ngày)
η = Hiệu suất tổng thể của hệ thống bao gồm: bộ điều khiển, bộ biến
đổi, hiệu suất phóng nạp điện kho ắc quy, η = 0,75.
Trong công thức (1.1) đã không tính đến ảnh hưởng của góc nghiêng dàn pin
mặt trời và hiệu ứng nhiệt độ.
Như vậy từ công thức (1.1) sẽ xác định được công suất lắp đặt dàn pin mặt trời
để
đáp ứng nhu cầu điện năng trung bình ngày của các đồn biên phòng nơi không
có điện lưới.
I.3.1.2 – Dàn đun nước nóng mặt trời để cung cấp nước nóng
Để xác định khả năng đun nước nóng của thiết bị đun nước nóng mặt trời dựa
vào công thức sau:
()
S
tt
I
M
T

.
860
01
−
=
η
(1.2)
Trong đó: M = Số lít nước nóng thu được ở nhiệt độ t
1
(lít)
S = Diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời (m
2
)
t
0
= Nhiệt độ nước đầu vào (
0
C)
t
1
= Nhiệt độ nước nóng lấy ra (
0
C)
I
T
= Bức xạ mặt trời trung bình ngày ở từng địa phương (kWh/m
2
/ngày)
η = Hiệu suất của thiết bị, η = 0,3 ÷ 0,6.
Từ công thức (1.2) sẽ xác định được công suất của thiết bị ĐNNMT để đáp

ứng nhu cầu sử dụng nước nóng trung bình ngày của các đồn biên phòng.
I.3.2 – Xác định tiềm năng năng lượng gió
Để xác định gần đúng sản lượng điện hàng năm của một tua bin gió cỡ nhỏ
hơn 10kW có thể sử dụng công th
ức đơn giản sau:
E = 1,60003 x D
2
x V
3
(1.3)
Trong đó: E = Sản lượng điện ra của tua bin gió (kWh/năm)
D = Đường kính rotor (m)
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
18

V = Vận tốc gió trung bình năm tại vị trí lắp đặt (m/s)
Theo công thức (1.3) thì có hai yếu tố có tác động đáng kể đến sản lượng điện
ra của tuabin gió đó là đường kính rotor và tốc độ gió. Tăng đường kính rotor thì
sản lượng điện tăng theo tỉ lệ bình phương. Ví dụ, nếu tăng đường kính lên 2 lần thì
sản lượng điện sẽ tăng lên 4 lần.
Mặc dù đường kính cánh có tác độ
ng đáng kể về sản lượng điện, nhưng tốc độ
gió thậm chí còn quan trọng hơn. Năng lượng tỉ lệ luỹ thừa 3 tốc độ gió. Ví dụ, nếu
tốc độ gió tăng gấp đôi, sản lượng điện sẽ tăng lên 2
3
= 8 lần. Như vậy, tốc độ gió là
yếu tố quan trọng nhất để quyết định sản lượng điện của tuabin gió.

I.3.3 – Xác định khả năng sản xuất khí sinh học
Khí sinh học (KSH) là một hỗn hợp khí sinh ra từ quá trình phân huỷ của các
hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí. KSH là loại khí cháy được vì thế nó được
dùng như một loại nhiên liệu thay thế
các nhiên liệu truyền thống khác như xăng,
dầu chạy động cơ đốt trong hoặc thay thế củi, gỗ và các loại sinh khối khác trong
đun nấu và thắp sáng. Phản ứng cháy của KSH được biểu diễn như sau:
CH
4
+ 2O
2
→ CO
2
+ 2H
2
O + Q (kcal)
Về mặt năng lượng KSH có nhiệt trị 4700 ÷ 6500kcal/m
3
(nhiệt trị của mêtan
là 9100kcal/m
3
). Sau đây là bảng so sánh nhiệt lượng hữu ích khi đun nấu của 1m
3

KSH so với một số loại nhiên liệu thông dụng khác.
Bảng 1.1- So sánh nhiệt lượng hữu ích khi đun nấu của 1m
3
KSH so với một số
loại nhiên liệu
TT

Loại nhiên
liệu
Hiệu suất
bếp sử
dụng
Nhiệt trị
Nhiệt
lượng hữu
ích (kcal)
Qui đổi
tương
đương 1m
3

KSH
1 KSH 60% 5500 kcal/m
3
3300 1 m
3

2 Dầu hỏa 45% 8048 kcal/lít 3622 0.91 lít
3 Điện 85% 860 kcal/kWh 731 4.51 kWh
4 Củi 20% 3400 kcal/kg 680 4.85 kg
5 Rơm rạ 20% 2986 kcal/kg 597 5.53 kg
Đối với các đồn Biên phòng, chăn nuôi thường là quy mô nhỏ và nuôi thả rông
ngoài vườn. Vì vậy để xây dựng công trình khí sinh học cần phải quy hoạch xây
dựng chuồng trại thì mới có khả năng thu gom nguyên liệu nạp.
Tuỳ thuộc vào nguồn nguyên liệu nạp và khả năng thu gom nguyên liệu nạp
người ta quyết định được quy mô công trình. Thông thường nếu nguyên liệu nạp
thuần tuý là chất thải chăn nuôi thì quy mô công trình được quyết định b

ởi số lượng
gia súc mà đơn vị có được, sản lượng khí sinh ra được tính theo Bảng 1.2 dưới
đây.
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
19

Bảng 1.2 - Sản lượng khí của một số loại nguyên liệu thường gặp
TT
Loại nguyên
liệu
Lượng thải hàng ngày
(kg/đầu đ.v)
Hàm lượng
chất khô (%)
Hiệu suất sinh khí
(lít/kg/ngày)
1 Phân bò 15 - 20 18 - 20 15 - 32
2 Phân trâu 18 - 25 16 - 18 15 - 32
3 Phân lợn 1,2 - 4 24 - 33 40 - 60
4 Phân gia cầm 0,02 – 0,05 25 - 50 50 - 60
5 Phân bắc 0,18 – 0,34 20 - 34 60 - 70
Với các đồn Biên phòng, xây dựng công trình KSH vừa đáp ứng được phần
nào cho đun nấu và thắp sáng bằng đèn mạng vừa bảo đảm vệ sinh môi trường cũng
như cảnh quan của doanh trại. Quy mô công trình được lựa chọn sẽ được tính toán
dựa trên số lượng vật nuôi và nhu cầu sử dụng khí của các đồn biên phòng được
nêu trong Bảng 1.3 như sau. Thiết bị sử dụng KSH ở đây s
ẽ là các đèn mạng KSH

có suất tiêu thụ khí 80 -100lít khí/giờ, các bếp đun KSH suất tiêu thụ 500 – 1500lít
khí/giờ, máy phát điện 3 – 5 kW.
Bảng 1.3 - Lựa chọn quy mô công trình
TT
Số lợn nuôi
(con)
Lượng phân
(kg/ngày)
Qui mô bể
KSH (m
3
)
Lượng KSH
(m
3
/ngày)
Thời gian đun nấu
(giờ/ngày)
1 10 - 15 50 8 - 10 3 5 - 6
2 15 - 20 60 - 70 12 4 - 5 6 - 8
3 20 - 25 70 - 75 15 6 - 7 8 - 10
4 > 30 100 20 - 25 10 - 12 > 12

I.3.4 – Xác định khả năng sản xuất điện của thủy điện nhỏ
Năng lượng thuỷ điện là một dạng năng lượng sạch, tái tạo, dễ khai thác với
giá thành rẻ. Tuy nhiên với trạm thuỷ điện cực nhỏ không có hồ chứa, năng lượng
thường thay đổi theo lượng nước đến theo mùa. Khu vực miền núi phía Bắc, miền
Trung và Tây Nguyên là những khu vự
c thường có tiềm năng thuỷ điện nhỏ dồi dào
và phổ biến.

Khi các tổ máy thuỷ điện cực nhỏ có nguồn gốc từ Trung Quốc, công suất
100W, 200W, 500W, 1000W có mặt tại Việt Nam và sau này là các tổ máy loại này
do Việt Nam chế tạo, rất nhanh chóng nó được phổ biến rộng rãi trên toàn quốc với
quy mô gia đình. Năng lượng thuỷ điện được tính toán với công thức sau:
N = K x Q x H (1.4)
Trong đ
ó: N - là công suất của dòng nước (kW).
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
20

Q - lưu lượng dòng chảy qua thiết bị (m
3
/s)
H - chênh lệch cột nước ở trước và sau thiết bị (m)
K - là hệ số xét đến hiệu suất sử dụng năng lượng nước và hiệu suất của
thiết bị. Với các tổ máy cực nhỏ, K thường lấy chỉ từ 5 ÷ 6
Xem các thông số được minh hoạ trên sơ đồ công nghệ khai thác thuỷ điện ở
hình 3.1. Như vậy, muốn có được công suất 1 kW với cộ
t nước H = 1,0m chỉ cần
lưu lượng là Q= 0,2 m
3
/s (hay 200 l/s).
Sau đây là công thức ước tính tiềm năng sản xuất điện của thủy điện nhỏ:
E = 8760 x N x η (1.5)
Trong đó: E = Sản lượng điện ra của tổ máy thuỷ điện nhỏ (kWh/năm)
N = Công suất dòng nước (kW)
η = hệ số phụ tải (0,30 ÷ 0,52).

Gam công suất từ 1 ÷ 3 kW rất thích hợp cho phát triển quy mô lưới mini hoặc
cụm/hộ gia đình. Những khe suố
i với cột nước tự nhiên hoặc nhân tạo >0,7 m đều
có khả năng phát điện ở dạng này.
I.4- Phương pháp xác định nhu cầu sử dụng NL của các đồn Biên phòng
I.4.1 – Nhu cầu chiếu sáng
Trong mục này chỉ nghiên cứu xác định nhu cầu chiếu sáng đối với các đơn vị
biên phòng không có điện lưới quốc gia, mà phải sử dụng các nguồn NLTT tại chỗ
có tiềm năng để làm nguồn cung cấp chi
ếu sáng. Những nguồn NLTT có thể khai
thác sử dụng như: nguồn thuỷ điện nhỏ, pin mặt trời, tua bin gió cỡ nhỏ phát điện,
đèn khí sinh học, có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp các nguồn để tạo hệ thống
cung cấp năng lượng.
Nhu cầu chiếu sáng của các đơn vị biên phòng được xác định dựa vào số
phòng và diện tích phòng. Chiếu sáng cần phân làm 2 loạ
i là chiếu sáng chung và
chiếu sáng cục bộ. Tuỳ theo nhu cầu ở không gian chiếu sáng, có nơi kết hợp chiếu
sáng chung với chiếu sáng cục bộ để đáp ứng tốt công việc và tiết kiệm điện. Chiếu
sáng chung chỉ cần đủ ánh sáng cho đi lại, quan sát và tiếp khách; chiếu sáng cục bộ
phối hợp với chiếu sáng chung để đảm bảo ánh sáng cho làm việc với đặc điểm
khác nhau và chỉ
dùng khi làm việc.
Chiếu sáng chung dùng đèn huỳnh quang ống T8 - 36W, có quang thông
3.350 lumen và hiệu suất năng lượng phát quang dao động trong khoảng 80-
90lm/W, kèm theo chấn lưu điện tử loại có chất lượng cao. Chiếu sáng cục bộ dùng
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
21

loại đèn sợi đốt Halogen công suất 20W và 35W tại bàn làm việc, có điều chỉnh độ
sáng vô cấp. Có thể sử dụng đèn mạng KSH nếu đồn có tiềm năng chăn nuôi.
Tuỳ theo tiềm năng các nguồn NLTT sẵn có tại các đơn vị biên phòng không
có điện lưới mà nhu cầu chiếu sáng có thể khác nhau vì suất đầu tư của các nguồn
rất khác nhau.
I.4.2 - Nhu cầu sử dụng nước nóng
Theo đặc tính khí h
ậu vùng miền, nhu cầu sử dụng nước nóng để tắm rửa
trong mùa đông của các cán bộ chiến sỹ các đồn biên phòng thuộc các tỉnh từ Thừa
Thiên Huế trở ra Bắc được Bộ Tư lệnh Bộ đội Biên phòng quan tâm. Còn đối các
đồn biên phòng thuộc các tỉnh phía Nam, khí hậu quanh năm nóng ấm, thì nhu cầu
nước nóng chủ yếu là ăn uống.
Để đáp ứng cho nhu cầu nước uống, nấu nướ
ng, tắm hàng ngày, mỗi người
cần từ 30 ÷ 50 lít nước sạch, trong đó nhu cầu cho tắm sẽ là 20 ÷ 35 lít/người /ngày.
Như vậy, mùa đông mỗi người sẽ cần 20 ÷ 35 lít nước nóng ở nhiệt độ 35
0
C để tắm
hàng ngày
2
.
I.4.3 – Nhu cầu nhiệt cho đun nấu
Nhu cầu nhiệt cho đun nấu chủ yếu là phục vụ các bữa ăn hàng ngày của các
các bộ chiến sỹ đồn biên phòng. Nhiệt cho đun nấu được cấp từ nguồn năng lượng
KSH có thể cấp đủ hoặc chỉ một phần tuỳ thuộc vào quy mô chăn nuôi và quy mô
đơn vị.
Nhu cầu nhiệt để nấu ăn hàng ngày đối với mỗ
i người cần
550kcal/người/ngày, như vậy hàng ngày mỗi người cần 0,7 kg củi để đun nấu (nếu

hiệu suất bếp đun khoảng 23%). Đối với một đồn có quân số khoảng 50 người thì
hàng ngày cần 35kg củi và một năm cần 12 tấn củi cho nấu ăn.
Nhiệt lượng hữu ích được tính theo công thức sau:
Qhi = Bnl x Q
t

lv
x η (1.5)
Trong đó : Qhi - Nhiệt lượng hữu ích (kcal/người)
Bnl - Khối lượng chất đốt (kg/người/ngày)
Q
t

lv
- Nhiệt lượng của chất đốt (kcal/kg)
η - Hiệu suất bếp (%)


2
Theo nguồn dwrm.gov
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
22

CHƯƠNG II – ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG CÁC NGUỒN NLTT VÀ
TÍNH TOÁN NHU CẦU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
TẠI CÁC ĐỒN BIÊN PHÒNG

II.1- Đánh giá tiềm năng các nguồn NLTT tại các đồn biên phòng
Tiềm năng các nguồn NLTT như NL mặt trời và gió phụ thuộc rất nhiều vào
điều kiện về khí hậu của các vùng miền. Tiềm năng KSH phụ thuộc vào quy mô
chăn nuôi tập trung của các đồn biên phòng và phải có sẵn nguồn nước, không phụ
thuộc vào điều kiện khí hậu của vùng. Trong báo cáo này sẽ đánh giá tiềm năng các
nguồn NLTT theo vùng miề
n mà các đơn vị biên phòng xây dựng. Nguồn dữ liệu
làm cơ sở tính toán được thu thập từ Trung tâm Dữ liệu Khoa học Khí quyển của
NASA (Atmospheric Science data Center) đã qua xử lý và tổng hợp lại bởi các
thành viên tham gia thực hiện đề tài.
II.1.1 - Khu vực miền núi phía Bắc
Đối với khu vực miền núi phía Bắc, bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày
dao động trong khoảng từ 3,73 ÷ 4,29 kWh/m
2
/ngày. Tính toán sơ bộ như sau:
- Với 1kWp lắp đặt pin mặt trời sẽ thu được lượng điện năng trung bình 2,8 ÷
3,2 kWh/ngày.
- Với 1m
2
diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời sẽ thu
được lượng nước nóng trung bình ngày ở nhiệt độ 70
0
C là 29 ÷ 33lít/m
2
/ngày.
Tiềm năng năng lượng gió ở khu vực miền núi phía Bắc là rất thấp, nhưng có
một số địa điểm do đặc trưng về địa hình nên có tiềm năng về gió. Với giả thiết ở
những nơi đó có vận tốc gió trung bình năm là 3,5m/s, lắp đặt tua bin gió công suất
2kW có đường kính cánh 3,6m thì sản lượng điện năng trung bình năm sẽ vào
khoảng 890kWh/năm.

II.1.2 - Khu vực ven bi
ển phía Bắc
Đối với khu vực ven biển phía Bắc, bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày
dao động trong khoảng từ 3,83 ÷ 4,32 kWh/m
2
/ngày. Tính toán sơ bộ như sau:
- Với 1kWp lắp đặt pin mặt trời sẽ thu được lượng điện năng trung bình 2,9 ÷
3,2 kWh/ngày.
- Với 1m
2
diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời sẽ thu
được lượng nước nóng trung bình ngày ở nhiệt độ 70
0
C là 29 ÷ 33 lít/m
2
/ngày.
Tiềm năng năng lượng gió ở khu vực ven biển phía Bắc nói chung là không
cao, nhưng một số đảo ngoài khơi có tiềm năng gió tương đối tốt. Với giả thiết ở
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
23

những nơi đó có vận tốc gió trung bình năm là 4,2m/s, lắp đặt tua bin gió công suất
2kW có đường kính cánh 3,6m thì sản lượng điện năng trung bình năm sẽ vào
khoảng 1540kWh/năm.
II.1.3 - Khu vực Bắc Trung bộ
Đối với khu vực Bắc Trung bộ bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày dao
động trong khoảng từ 4,08 ÷ 4,75 kWh/m

2
/ngày. Tính toán sơ bộ như sau:
- Với 1kWp lắp đặt pin mặt trời sẽ thu được lượng điện năng trung bình 3,1 ÷
3,5 kWh/ngày.
- Với 1m
2
diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời sẽ thu
được lượng nước nóng trung bình ngày ở nhiệt độ 70
0
C là 31 ÷ 36 lít/m
2
/ngày.
Tiềm năng năng lượng gió ở khu vực Bắc Trung bộ không cao, nhưng một số
địa điểm ở vùng núi có gió địa hình và đảo ngoài khơi có tiềm năng gió tương đối
tốt. Với giả thiết ở những nơi đó có vận tốc gió trung bình năm là 3,5m/s, lắp đặt
tua bin gió công suất 2kWp có đường kính cánh 3,6m thì sản lượng điện năng trung
bình năm sẽ vào khoảng 890kWh/năm.
II.1.4 - Khu vực Nam Trung bộ

Đối với khu vực Nam Trung bộ bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày dao
động trong khoảng từ 4,89 ÷ 5,21 kWh/m
2
/ngày. Tính toán sơ bộ như sau:
- Với 1kWp lắp đặt pin mặt trời sẽ thu được lượng điện năng trung bình 3,7 ÷
3,9 kWh/ngày.
- Với 1m
2
diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời sẽ thu
được lượng nước nóng trung bình ngày ở nhiệt độ 70
0

C là 36 ÷ 40 lít/m
2
/ngày.
Năng lượng gió ở khu vực ven biển Nam Trung bộ có tiềm năng cao nhất so
với cả nước, đặc biệt một số đảo ngoài khơi như đảo Lý Sơn, đảo Phú Quý có tiềm
năng gió rất tốt với vận tốc gió trung bình năm vào khoảng 4,5 ÷ 5,9m/s ở độ cao
12m. Nếu lắp đặt tua bin gió công suất 5kW có đường kính cánh 6,4m thì sản lượng
điện năng trung bình năm sẽ vào khoảng 5.970 ÷ 13.460kWh/năm.
II.1.5 - Khu vự
c Tây Nguyên
Đối với khu vực Tây Nguyên có bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày
dao động trong khoảng từ 4,71 ÷ 5,12 kWh/m
2
/ngày. Tính toán sơ bộ như sau:
- Với 1kWp lắp đặt pin mặt trời sẽ thu được lượng điện năng trung bình 3,5 ÷
3,8 kWh/ngày (với hiệu suất hệ thống η = 0,75).
- Với 1m
2
diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời sẽ thu
được lượng nước nóng trung bình ngày ở nhiệt độ 70
0
C là 36 ÷ 39 lít/m
2
/ngày.
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
24

Năng lượng gió ở khu vực Tây Nguyên có tiềm năng không cao, nhưng một
số địa điểm có gió địa hình nên có tiềm năng khá tốt. Theo như tài liệu thống kê của
Bộ Tư lệnh Bộ đội Biên phòng, có nhiều đồn Biên phòng khu vực Tây Nguyên
chưa có nguồn điện lưới, vì vậy tại các đồn chưa có điện lưới mà nằm ở vùng có
tiềm năng gió thì có thể lắp đặt hệ th
ống kết hợp các dạng NLTT để cung cấp năng
lượng. Nếu lắp đặt tua bin gió công suất 2kW có đường kính cánh 3,6m với vận tốc
gió trung bình năm vào khoảng 3,0 ÷ 3,5m/s ở độ cao 12m thì sản lượng điện năng
trung bình năm sẽ vào khoảng 560 ÷ 890kWh/năm.
II.1.6 - Khu vực phía Nam
Đối với khu vực phía Nam có tiềm năng về NLMT cao nhất trong cả nước,
bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày dao động trong khoảng từ 4,92 ÷
5,23kWh/m
2
/ngày. Tính toán sơ bộ như sau:
- Với 1kWp lắp đặt pin mặt trời sẽ thu được lượng điện năng trung bình 3,7 ÷
3,9 kWh/ngày (với hiệu suất hệ thống η = 0,75).
- Với 1m
2
diện tích bề mặt hấp thụ của thiết bị đun nước nóng mặt trời sẽ thu
được lượng nước nóng trung bình ngày ở nhiệt độ 70
0
C là 38 ÷ 40 lít/m
2
/ngày.
Năng lượng gió ở khu vực phía Nam có tiềm năng không cao, ngay cả một số
đảo ngoài khơi như Côn Đảo, đảo Phú Quốc tiềm năng gió cũng không tốt vì vậy
đối với khu vực này không nên ứng dụng năng lượng gió.
Bảng 2.1- Tổng hợp tiềm năng các nguồn NLTT tại các khu vực

II.2 – Tính toán nhu cầu sử dụng năng lượng tại các đồn biên phòng
* Nhu cầu sử dụng nước nóng

Khu vực
Bức xạ mặt trời
(kWh/m
2
/ngày)
ĐNNMT
(Lít/m
2
/ngày)
Pin MT
(kWh/ngày/kWp)
Tua bin gió
2kW
(kWh/ngày)
TĐ mini
1kW
(kWh/ngày)
Miền núi phía
Bắc
3,73 ÷ 4,29 29 ÷ 33 2,8 ÷ 3,2 2.44 5.76
Ven biển phía
Bắc
3,83 ÷ 4,32 29 ÷ 33 2,9 ÷ 3,2 4.20
Bắc Trung bộ
4,08 ÷ 4,75 31÷ 36 3,1 ÷ 3,5 2.44 5.04
Nam Trung bộ
4,89 ÷ 5,21 36 ÷ 40 3,7 ÷ 3,9 5,17

Tây Nguyên
4,71 ÷ 5,12 36 ÷ 39 3,5 ÷ 3,8 2.44
Phía Nam
4,92 ÷ 5,23 38 ÷ 40 3,7 ÷ 3,9
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
25

Nhu cầu sử dụng nước nóng để tắm và ăn uống của cán bộ chiến sỹ các đồn
biên phòng được tính dựa trên cơ sở quân số của đồn và theo nhu cầu cần nước
nóng ở nhiệt độ 35
0
C để tắm sẽ là 20 ÷ 35 lít nước và 3 ÷ 5 lít nước đun sôi để ăn
uống cho một người /ngày. Với quân số của đồn biên phòng điển hình là 40 ÷ 50
người, nhu cầu cần nước nóng ở nhiệt độ 35
0
C để tắm sẽ vào khoảng 800 ÷ 1750
lít/ngày, hay là cần nước nóng ở nhiệt độ 70
0
C khoảng 270 ÷ 580 lít/ngày cho tắm
rửa và khoảng 120 ÷ 250 lít/ngày cho ăn uống.
* Điện năng tiêu thụ

Điện năng tiêu thụ bao gồm: chiếu sáng, thông tin liên lạc, xem ti vi, chạy
quạt,…và chỉ tính cho các đồn biên phòng không được sử dụng điện lưới trên địa
bàn toàn quốc. Do sử dụng nguồn NLTT là nguồn cung cấp nên nhu cầu tiêu thụ
điện sẽ tính thấp hơn so với sử dụng điện lưới.
Sau đây là kết quả tính toán nhu cầu tiêu thụ điện và nước nóng cho các đồn

và trạm biên phòng
điển hình được thể hiện trong bảng 2.2 và bảng 2.3.
Bảng 2.2- Nhu cầu tiêu thụ điện năng và nước nóng của các đồn biên phòng có
qui mô quân số từ 40 ÷ 50 người
TT Loại
Công
suất
(kW)
Số
lượng
Hệ số
đồng
thời (%)
Công
suất sử
dụng
(kW)
Số giờ sử
dụng
(giờ/ngày)
Điện năng
tiêu thụ
(kWh/ngày)
1 Đèn thắp sáng Hội trường 0.036 6 50% 0.108 1 0.108
2 Đèn thắp sáng phòng khách 0.036 2 50% 0.036 1 0.036
3 Đèn thắp sáng gian chỉ huy 0.056 4 50% 0.112 5 0.560
4 Đèn thắp sáng gian chiến sỹ 0.036 16 50% 0.288 4 1.152
5 Hệ thống thông tin 0.025 1 100% 0.025 24 0.600
6 TV 0.070 1 100% 0.035 4 0.140
7 Đèn bảo vệ 0.036 2 70% 0.050 8 0.403

8 Máy tính 0.200 1 100% 0.100 4 0.400
9
Đèn thắp sáng Bếp + nhà
ăn 0.036 6 30% 0.011 2 0.130
10 Nhà tắm + vệ sinh 0.02 5 30% 0.030 3 0.090
11 Quạt 0.055 32 90% 1.584 5 7.920
Công suất lớn nhất Pmax (kW) 3.5
Tổng tiêu thụ điện năng (kWh/ngày) 11.539
Nhu cầu cần nước nóng ở nhiệt độ 35
0
C để tắm (lít/ngày) `800 ÷ 1750
Nhu cầu cần nước nóng ở nhiệt độ 70
0
C để ăn uống (lít/ngày) 120 ÷ 250
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
26

Như vậy nhu cầu tiêu thụ điện năng tính cho các đồn biên phòng không được
sử dụng điện lưới, có qui mô quân số từ 40 ÷ 50 người vào khoảng 11,5kWh/ngày.
Bảng 2.3- Nhu cầu tiêu thụ điện năng và nước nóng của các trạm biên phòng có
qui mô quân số từ 8 ÷ 15 người
TT Loại
Công
suất
(kW)
Số
lượng

Hệ số
đồng
thời
(%)
Công
suất sử
dụng
(kW)
Số giờ sử
dụng
(giờ/ngày)
Điện năng
tiêu thụ
(kWh/ngày)
1 Đèn thắp sáng phòng họp 0.036 2 50% 0.036 1 0.036
2 Đèn thắp sáng gian chỉ huy 0.056 2 50% 0.056 5 0.280
3 Đèn thắp sáng gian chiến sỹ 0.036 4 50% 0.072 4 0.432
4 Hệ thống thông tin 0.025 1 100% 0.025 10 0.250
5 TV 0.070 1 100% 0.035 4 0.300
6 Đèn bảo vệ 0.036 1 100% 0.025 8 0.202
7 Máy tính 0.200 1 100% 0.100 4 0.400
8 Đèn thắp sáng Bếp + nhà ăn 0.036 4 30% 0.043 2 0.086
9 Nhà tắm + vệ sinh 0.02 1 100% 0.020 3 0.180
10 Quạt 0.055 12 90% 0.594 5 2.970
Công suất lớn nhất Pmax (kW) 1.6
Tổng tiêu thụ điện năng (kWh/ngày) 5.016
Nhu cầu cần nước nóng ở nhiệt độ 35
0
C để tắm (lít/ngày) 160 ÷ 350
Nhu cầu cần nước nóng ở nhiệt độ 70

0
C để ăn uống (lít/ngày) 25 ÷ 50

Nhu cầu tiêu thụ điện năng tính cho các trạm biên phòng không được sử dụng
điện lưới, có qui mô quân số từ 8 ÷ 15 người vào khoảng 5,0 kWh/ngày.
Nghiên cứu đề xuất ứng dụng NLTT phục vụ nhu cầu năng lượng cho các đồn biên Phòng


TTNLTT & CCPTS, Viện Năng lượng - Bộ Công Thương
27

CHƯƠNG III - LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ SỬ
DỤNG CÁC NGUỒN NLTT ĐỂ ĐÁP ỨNG NHU
CẦU SỬ DỤNG NL TẠI CÁC ĐỒN BIÊN PHÒNG
III.1- Lựa chọn sơ đồ hệ thống cung cấp năng lượng
III.1.1- Hệ thống đun nước nóng bằng NLMT
Theo đặc trưng khí hậu của nước ta, các khu vực từ tỉnh Thừa Thiên Huế trở ra
Bắc có hai mùa nóng và lạnh rõ rệt. Vì vậy, đối với khu vực miền Bắc, ngoài nhu
cầu nước nóng cho ăn uống, về mùa đông, cần phải có nước nóng để tắm rửa của
các cán bộ
chiến sỹ đồn biên phòng. Còn đối với khu vực phía Nam nước nóng chủ
yếu phục vụ cho ăn uống. Để có thể tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu khí phát
thải CO
2
trong lĩnh vực cấp nước nóng cho các đồn biên phòng, thì giải pháp dùng
NLMT thông qua các thiết bị ĐNNMT là tốt nhất có thể giải quyết được và mang
lại hiệu quả về mặt kinh tế.
Các thiết bị đun nước nóng mặt trời được chế tạo trong nước hoặc nhập ngoại
đều theo nguyên tắc chung là hấp thụ bức xạ kiểu lồng kính và tuần hoàn đối lưu
nhiệt tự nhiên. Bộ thu b

ức xạ của các thiết bị có thể là một trong các loại: bộ thu
phẳng, bộ thu ống có gắn cánh truyền nhiệt phẳng, bộ thu kiểu ống chân không bình
tự tạo đối lưu. Sau đây là nguyên lý hoạt động của hê thống đun nước nóng bằng
NLMT có bộ thu là kiểu ống chân không bình tự tạo đối lưu, hiện đang lưu hành
nhiều trên thị trường ở Việt Nam.