Đề tài giới thiệu nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm nhà máy điện năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

ĐỀ CƯƠNG
Đề tài: Giới thiệu nguyên lý hoạt động và ưu
nhược điểm nhà máy điện năng lượng mặt trời
Giáo viên hướng dẫn: Phạm Văn Kiên
Nhóm: 3
Lớp:22D1

Năm học 2022 - 2023

MỤC LỤC
1


CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG………………...……………………………3
1.1.Năng lượng mặt trời…………………………………………………………..3
1.2.Công nghệ tập trung nhiệt mặt trời (CSP-concentrating solar power)………..3
1.3.Lịch sử hình thành…………………………………………………………….3
CHƯƠNG 2:NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI4
2.1. Nhà máy điện mặt trời máng parabol (Parabolic trough power plant)……….4
2.2. Nhà máy điện tháp mặt trời (Solar tower power plant)………………………5
2.2.1.Nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa thể tích không áp suất………….5
2.2.2. Nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa có áp suất……………………...5
CHƯƠNG 3:ƯU NHƯỢC ĐIỂM NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI…………..…..7
3.1.Ưu điểm……………………………………………………………………….7
3.1.1.Về mặt môi trường…………………………………………………………..7
3.1.2.Về mặt kinh tế……………………………………………………………….7
3.2.Nhược điểm……………………………………………………………………7
KẾT LUẬN………………………………………………………………………..9

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………10

CHƯƠNG 1:
2


GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là năng lượng bức xạ và nhiệt được tạo ra bởi mặt trời. Đây
là nguồn năng lượng đầu tiên được con người sử dụng trước khi học bí quyết tạo ra
lửa. Năng lượng mặt trời tạo nên nguồn năng lượng tái tạo trên địa cầu. Con người
cũng như tất cả các sinh vật trên trái đất sẽ chẳng thể tồn tại trong trường hợp
khơng có mặt trời và nguồn năng lượng mặt trời.
Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày một gia tăng, khả năng cung cấp các
nguồn năng lượng nội địa hạn chế (trữ lượng dầu/khí/than đang dần cạn kiệt) trong
khi tiềm năng nguồn Năng lượng tái tạo rất lớn kèm theo nhu cầu sử dụng điện cho
sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác nguồn Năng lượng tái tạo (NLTT) sẵn có
cho sản xuất điện là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế và môi
trường.Trong các năm gần đây, các công nghệ NLTT, trong đó cơng nghệ Năng
lượng mặt trời (NLMT) có tốc độ tăng trưởng cao và liên tục .
1.2.Công nghệ tập trung nhiệt mặt trời (CSP-concentrating solar power).
Công nghệ tập trung nhiệt mặt trời tạo ra năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng
gương hoặc thấu kính để tập trung một diện tích lớn ánh sáng mặt trời vào máy thu.
Điện được tạo ra khi ánh sáng tập trung được chuyển đổi thành nhiệt (năng lượng
nhiệt mặt trời), điều khiển động cơ nhiệt (thường là tua bin hơi) kết nối với máy
phát điện hoặc cung cấp phản ứng nhiệt hóa.
1.3.Lịch sử hình thành
Cơng trình đầu tiên về cơng nghệ nhiệt điện năng lượng mặt trời xảy ra vào năm
1910, tại sa mạc Sahara, bởi Frank Shuman khi một động cơ hơi nước đã được vận
hành nhờ hơi nước được tạo ra từ năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, sự nổi lên của

động cơ chạy bằng xăng dầu đã khiến công nghệ này nhanh chóng đi vào quên
lãng, và chỉ được mở lại vào hàng thập kỷ sau.

CHƯƠNG 2:
3


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT
TRỜI
2.1. Nhà máy điện mặt trời máng parabol (Parabolic trough power plant)
Các bộ thu ánh sáng đơn lẻ có thể quay theo chiều dọc trục để theo sát sự di
chuyển của mặt trời. Các tấm gương này tập trung ánh sáng lên gấp khoảng 80 lần
tại điểm trung tâm là những ống hấp thụ. Những ống này được bao bọc bởi một lớp
kính để hạn chế mất mát về nhiệt xảy ra. Một lớp vỏ bọc được chọn lựa đặc biệt
bao ngoài các ống hấp thụ để ngăn cản nhiệt tỏa ra ngoài qua bề mặt các ống. Với
các hệ thống truyền thống, một loại dầu giữ nhiệt đặc biệt sẽ chảy trong các ống đó,
và với tác động của ánh sáng nhiệt độ sẽ lên đến 400 độ C. Lượng nhiệt này sẽ
được vận chuyển qua các bộ trao đổi nhiệt nơi tạo hơi quá nhiệt để sử dụng cho chu
trình hơi nước. Hơi nước quay tuabin và chạy máy phát, tạo ra điện. Sau khi qua
các tầng của tuabin nó được ngưng đọng lại thành nước và thơng qua bơm được
đưa trở lại vòng lặp. Nguyên lý sản xuất ra điện sử dụng hơi nước gọi là chu trình
Clausius-Rankin. Quá trình này được sử dụng trong các nhà máy điện hơi nước cổ
điển như các nhà máy nhiệt điện.

Một sự lựa chọn mới là hóa hơi trực tiếp nước bằng ánh sáng mặt trời. Với loại
mới này, nước sẽ được bay hơi dưới áp suất cao, ở nhiệt độ khoảng 500 độ C trước
khi được dẫn vào tuabin.
4

2.2. Nhà máy điện tháp mặt trời (Solar tower power plant)
Có hai loại nhà máy điện tháp, loại bình chứa thể tích khơng áp suất và loại bình
chứa có áp suất:
2.2.1.Nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa thể tích khơng áp suất:
Khơng khí từ mơi trường sẽ được chuyển đến bình chứa (nơi nhận các tia sáng
phản xạ từ các tấm gương) bởi một quạt gió. Bình chứa được nung nóng bởi các tia
bức xạ mặt trời và chuyển nhiệt độ đó qua cho khơng khí xung quanh (ở trong bình
chứa). Khơng khí trước khi vào bình chứa có nhiệt độ thấp. Nhiệt độ cao chỉ đạt
được trong bình chứa. Loại nhà máy này giảm mất mát nhiệt do phát xạ. Khơng khí
được tăng nhiệt độ lên từ 650 độ C- 850 độ C, trước khi đưa vào lị hơi để làm bay
hơi nước, điều khiển chu trình hơi trong tuabin. Trong trường hợp địi hỏi, có thể nó
sẽ được kết hợp với các loại nhà máy điện khác.

2.2.2. Nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa có áp suất:
Ánh sáng được tập trung để đốt nóng khơng khí trong bình chứa có áp suất
khoảng 15 bar và nhiệt độ lên tới 1100 độ C. Khơng khí nóng được sử dụng để
chạy tuabin. Khơng khí nóng sau khi được sử dụng một lần ở tuabin lại được tái sử
dụng để tạo hơi nóng cho một chu trình khác.

5


6


CHƯƠNG 3:
ƯU NHƯỢC ĐIỂM NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI
3.1.Ưu điểm
3.1.1.Về mặt môi trường
- Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời- một nguồn năng lượng

tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt… là
những nguồn nhiên liệu khơng thể phục hồi. Theo tính tốn của NASA, mặt trời
cịn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ năm nữa.
- Theo xu hướng phát triển gần đây trong cuộc đấu tranh cho việc làm sạch môi
trường trái đất, năng lượng mặt trời là lĩnh vực hứa hẹn nhất, có thể thay thế một
phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu khơng tái tạo được và do đó, nó đóng vai
trị quan trọng trong cơng cuộc bảo vệ mơi trường từ sự tăng nhiệt tồn cầu. Việc
sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện mặt trời về cơ bản
không phát thải các loại khí độc hại vào khí quyển. Ngay cả khi có phát thải một
lượng nhỏ thì nếu so sánh với các nguồn năng lượng truyền thống, lượng khí này là
khơng đáng kể.
3.1.2.Về mặt kinh tế
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng miễn phí và vơ tận, dư thừa để đáp ứng
nhu cầu về năng lượng của nhân loại, đủ dùng cho muôn vàn thế hệ về sau.
Tiềm năng của năng lượng mặt trời là rất lớn - mỗi ngày, bề mặt trái đất được
hưởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với
nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W) mà khơng bất kì chi
phí nào để chi trả cho nguồn năng lượng đấy
- Có khả năng vận hành ở công suất lớn để đáp ứng nhu cầu như các nhà máy nhiệt
điện mặt trời Noor (510 MW, Morroco), Ivanpah (392 MW, Hoa Kỳ), Mojave
(280MW, Hoa Kỳ), Solaben (200MW, Tây Ban Nha), Dhusar (125MW, Ấn Độ),
Ashalim (121 MW, Israel),....

7


Nhà máy nhiệt điện mặt trời lớn nhất thế giới Noor ở Morroco có tổng chi phí đầu tư xây dựng là
2,5 tỷ đô mỹ sử dụng cả công nghệ máng parabol và tháp năng lượng mặt trời

8

Nhà máy nhiệt điện mặt trời Ivanpah ở Hoa kỳ với công nghệ tháp năng lượng mặt trời

9


Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời Dhursar ở Ấn Độ sử dụng công nghệ CLFR (Phản xạ
Fresnel tuyến tính nhỏ gọn)

Phản xạ Fresnel tuyến tính nhỏ gọn (CLFR) sử dụng các nguyên tắc của hệ thống
máng gương cong, nhưng với các hàng dài song song của gương phẳng chi phí thấp
hơn. Những gương phản xạ mơ-đun này tập trung năng lượng của mặt trời vào các
máy thu nâng cao, bao gồm một hệ thống các ống mà nước chảy qua. Ánh sáng mặt
trời tập trung làm sôi nước, tạo ra hơi nước áp suất cao để sử dụng trực tiếp trong
các ứng dụng phát điện và hơi nước cơng nghiệp.
3.2.Nhược điểm
Trong 7 nguồn năng lượng có tiềm năng lớn để ứng dụng vào việc tạo ra năng
lượng, công nghệ CSP là đắt đỏ nhất. Bộ năng lượng Hoa Kỳ đang hy vọng sẽ hạ
được giá thành xuống vào năm 1930 và khiến cho CSP cạnh tranh được với dầu
mỏ.
-

Chỉ khả thi ở quy mô lớn, ngoại trừ hệ thống năng lượng mặt trời tập trung
dạng hình parabol – một công nghệ mà chưa được ứng dụng nhiều lắm –
những hệ thống CSP chỉ có thể thi hành ở quy mô lớn. Đây cũng là điểm
khác biệt lớn nhất với công nghệ quang điện (PV) – với những tấm pin năng
10

lượng mặt trời – những thứ dễ áp dụng vào thực tiễn do chi phí sản xuất rẻ
hơn dù là ở mức độ nhỏ (cho những hộ gia đình).

-

Có thể gây hại cho môi trường, những dự án CSP yêu cầu một nguồn nước
rất lớn cho việc làm mát, một điều rất khó khăn những nhà máy sử dụng
cơng nghệ csp nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời thường được xây
dựng tại những địa điểm khơ khan như phía Tây Nam Hoa Kì, hay khu vực
Trung Đơng.

- Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời cx cần rất nhiều khơng gian đất, và
những đất đai đó chỉ được dùng riêng cho nhà máy, không được tận dụng
thêm vào việc khác. Sự ảnh hương tới hệ sinh thái hoang dã địa phương cũng
phải được cân nhắc, đặc biệt là những lồi chim có thể bị thiêu cháy chết khi
chúng bay ngang qua những ánh sáng có cường độ tập trung lớn.
- Khó khăn trong việc lưu trữ năng lượng: khơng như những nhiên liệu hóa
thạch, chúng ta khơng thể lưu trữ ánh sáng mặt trời và nước nóng một cách
dễ dàng. Điều này khiến năng lượng nhiệt điện mặt trời khơng đáng tin cậ,
bởi vì người sử dụng khơng thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng cho tình
huống khẩn cấp. Tuy điện tạo ra bởi các tua bin có thể được lưu trữ trong các
cục pin, nhưng việc làm đó rất đắt đỏ và khơng hiệu quả. Tương tự như vậy,
nước nóng cũng khơng thể được lưu trữ trong thời gian dài mà khơng tránh
khỏi sự thất thốt về nhiệt độ.
- Rất phụ thuộc vào vị trí đặt nhà máy để đảm bảo hoạt động tốt.
- Không ổn định: nhà máy nhiệt điện mặt trời gặp khó khăn trong việc tạo ra
năng lượng nhiệt điện mặt trời trong những ngày có mây dày đặc và sau khi
trời tối.
- Sử dụng những cơng nghệ cịn rất mới nên sẽ gặp khó khăn trong khâu thi
cơng, vận hành, lắp đặt,....

- Khó cạnh tranh lại những nhiên liệu hóa thạch ở thời điểm hiện tại do chi phí
cài đặt cao, sự bất ổn định của nó. Tuy nhiên vì cơng nghệ nhiệt điện mặt trời
khơng cần sử dụng vật liệu thơ, nó sẽ rẻ hơn dần trong tương lai

11


KẾT LUẬN
Với mục tiêu phát triển bền vững và bảo vệ Trái Đất, năng lượng Mặt Trời nói
chung và nhiệt điện Mặt Trời nói riêng đang là một vấn đề khó khăn, thách thức lớn
đối với các nhà khoa học, các nhà mơi trường. Chúng ta cần có cơng nghệ, giải
pháp, hướng đi đúng đắn và chiến lược để đẩy mạnh nền công nghiệp này.

12


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
Thảo luận thiết bị điện công nghiệp. />t=13831&s=7d624f9d4f412eda9f44af85545684cc.
2.
dienmattroi. Nhà máy điện mặt trời và những điều chưa biết. QSD Solar |
Đèn Năng Lượng Mặt Trời (2021).
3.
Ưu khuyết điểm của năng lượng mặt trời.
/>
13


4.
What is Concentrated Solar Power (CSP)? Solar Reviews

/>5.
Năng lượng nhiệt mặt trời. igus />
Tên thành viên
Lương Thành Nhơn
Lê Nam Hoàng
Giản Viết Chiến
Ngô Tuấn Anh
Mai Trần Quốc An

Công việc
Soạn nội dung, tìm kiếm nội dung
Chỉnh sửa bố cục, tìm kiếm nội dung
Tìm kiếm nội dung, góp ý
Tìm kiếm nội dung, góp ý
Tìm kiếm nội dung, góp ý

14


15