Bước tiến dài của công nghệ năng lượng mặt trời pdf

Bước tiến dài của công nghệ năng
lượng mặt trời
Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste
Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc
đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho
chiếc động cơ hơi nước đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời thì đến nay,
công nghệ năng lượng nhiệt mặt trời (solar thermal energy - STE) đã có
những bước tiến dài.
Giờ đây đã có hàngloạtcác hệ công nghệ đang đượchoặc sẵn sàngsử dụng -
trong đó phải kể đến mánggươngparabôn, thápnăng lượng, vàhệ thốngđĩa/động
cơ - và một số hệ khác đang trongquá trìnhtriển khai. Các thôngbáo liên tiếp xuất
hiện trongtháng 10 và 11 vừaqua cho thấy sự đa dạng và mức độ triển khaicủa
các côngnghệ này.
Công nghệ CSP thế hệ mới
Công ty Ausra Inc.đã đưa vào hoạtđộng trạmnăng lượngnhiệt mặt trời
(STE) Kimberlina tại Bakersfield (bang California, Mỹ). Đây là trạmnhiệtđiện mặt
trời đầu tiênkể từ khi Công ty FPLEnergy xây dựng 9hệ thống phátnăng lượng
mặttrời tại sa mạc Mojave vào cuốinhững năm 1980 và đầu những năm1990.
TrạmKimberlina công suất 5MW điện sử dụng công nghệ tập trung năng lượng
mặttrời (concentratingsolarpower -CSP) “thế hệ mới”, theocáchgọi của Ausra
Inc., vàcôngty này nói rằng trạm phát điện này đượcxâydựng theomẫu của trạm
nhiệt điện Liddellở bang NewSouth Wales (Ôxtrâylia). Trạm bao gồm các dãy
gương dài 1.000 foot (cỡ 300 m),và 150công nhânphảimất 7 tháng mới xây dựng
xong (xemẢnh 1). Các tuyến thu năng lượngsẽ phát ra 25MWnhiệtnăng làm
quay mộttuabinhơi tại trạm phátđiện năng lượng sạch cạnhđó.Theo công ty
Ausra, họ đã giảmđược chi phí nhờ đơngiảnhoá thiết kế và sản xuất gươnghàng
loạt tại nhà máy của họ tại LasVegas (bangNevada).
Kimberlina chỉ là bướckhởiđầu của nhiệt điện mặt trời tại bang California.Hiện
nay côngty Ausrađang triển khai cho công ty Pacific Gas and Electricmột nhàmáy
nhiệt điện công suất 177 MWtại CarrizoPlains, ở phía tây Bakersfield.Ngoài nhà
máy trên, Ban Năng lượngbangCalifornia đang xét duyệt các đề xuất về năm nhà

máy nhiệt điệnmặt trời cỡ lớn, bao gồm dự án SES Solar Two(750MW)của công
ty Stirling EnergySystems, thápnăng lượng mặt trời Ivanpah (400MW) củacông
ty BrightSource,dự án mángthu năng lượng mặttrời (250MW)của công ty
BeaconSolar tại KernCounty và haidự án năng lượng hỗn hợp (hybrid)có sử
dụngmáng thu năng lượngmặt trờiđể tạo ra công suấttổng là112 MW.Sáu dự án
nói trên cộng lại sẽ bổ sung 1.689 MW cho lướiđiện.VănphòngQuảnlý Đất Liên
bangcũng đang nghiên cứuyêu cầu đầu tư 34 nhà máy điệnmặt trời nữatại miền
Nam California,với tổng công suất khoảng 24 GW.
Tuabinhơi nước tháp mặt trời
Theo công ty Siemens Energy, họ sẽ cung cấpmột độngcơ hơi nước công nghiệp
cho mộttrong những nhà máy điện thápmặt trời (solartower) vận hành thương
mại đầu tiên, đó là dự án SolarTres(19 MW)của côngty Sener,đặtở gần Seville
(TâyBan Nha), đã khởi côngcáchđây 7 năm. Để tập trungánh sáng mặt trời, nhà
máy điện này sẽ sử dụng hệ thống gương dõi theo mặt trời được bố trí thành hàng
xungquanhthápvà phảnxạ ánh sáng trực tiếp vào bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao
khoảng 400foot (120 m).
Ảnh 2: Khôngphải chỉ cứ thuỷ tinh mới phản quang. Mỏngphản quang dài
375 foot (114 m),rộng20 foot (6 m).Theohóng SkyFuel,đây là đơn nguyên máng
gương parabôn lớnnhất chođến nay.
Các gương dõi theo mặt trời (heliostat) sẽ được bố trí trên diện tích0,32 km2, tức
làkhoảng bằng 60 lần diện tích sân bóng đá. Trong dự án này, muối được sử dụng
để truyền nhiệt bên trong bộ thu, thay vì dầu nhiệt (thermo oil) theo cách truyền
thống. Ánh sáng mặt trời tập trung sẽ tạo ra nhiệt độ trên 900oC tại thiết bị thu.
Kết quả là muối khi bị nung nóng lên tới khoảng 565oC, sẽ chuyển sang trạng thái
lỏng và chảy qua bộ trao đổi nhiệt, tạo ra đủ hơi nước làm quay tổ máy phát điện
tuabin.
Siemens, hãng chuyên chế tạo tuabin dùng trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời
dùng gương parabôn, đã chế tạo riêng tuabin SST-600 loại hai xilanh gia nhiệt lại
để đáp ứng các yêu cầu công nghệ cho dự án tháp mặt trời Sener. Theo công ty
Siemens, việc gianhiệt lạisẽ nâng cao hiệu suấtchung của nhà máy. Siemens cũng

kếthợpvớiSener tìmra thiếtkế bảo vệ để tuabin hơi không bị nguộiquámứcvào
ban đêm.
Gương parabôn không có thuỷ tinh
Phần lớn cácmáng gươngparabôn đều làm bằng thuỷ tinh uốncong rất nặng. Thế
nhưng hãng SkyFuel Inc. mới thành lập và các nhà khoa học thuộc Phòng thí
nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia mới đây tiết lộ rằng SkyTrough lại được chế
tạo bằng vật liệu riêng của hãng SkyFuel mang tên ReflecTech, loại màng mỏng
polyme mạ bạc cótính phản quang cao, khó vỡ, đượcgắnvàocác tấm nhômmỏng
(Ảnh 2). Màng mỏng này có nhiều ưu điểm: cho phép chế tạo các tấm phân đoạn
lớn hơn, và do vậy số lượng yêu cầu ít hơn so với các thiết kế máng gương trước
đây, và theo hãng SkyFuel, nhờ đó giảm được chi phí chománg parabôn tập trung
ánh sáng tới35%; và có thể chế tạo với khốilượng lớn.
Khác với các đối thủ cạnh tranh khác trong lĩnh vực năng lượng mặt trời như
Ausra và BrightSource, trong các buổi đàm phán với nhiều công ty có ý định xây
dựng nhà máy nhiệt điện mặt trời tại miền Tây Nam nước Mỹ, hãng SkyFuel nói
rằng họ không muốn xây dựng các nhà máy điện của riêng họ theo công nghệ này.
SkyFuel cũngđangnghiêncứuphương áncủa riênghọ về côngnghệ Fresnel tuyến
tính, trongđó sử dụng muối nóng chảy làmchấtlỏngtruyềnnhiệt.
Ảnh 3: Tháp điện mặt trời ở TâyBan Nha
Công nghệ hỗn hợp năng lượngnhiệt mặt trời
Tháng 10/2008, Viện nghiên cứu Điện lực Mỹ (EPRI) bắt đầu chương trình nghiên
cứu tại hai nhà máy chu trình hỗn hợp đốt khí tự nhiên - nhà máy Griffith Energy
củacôngty Dynegy Inc.tạiKingman(bang Arizona) và nhàmáy điệnChuckLenzie
của công ty NV Energy, gần Las Vegas (bang Nevada) - nhằm giúp các công ty điện
lực bổ sung năng lượng mặt trời cho các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hoá
thạch.Trong khuônkhổ mộtcôngtrìnhnghiên cứu lớnhơn,trongnăm 2009,EPRI
thực hiện công trình nghiên cứu song song tại các nhà máy nhiệt điện than, tuy
nhiênđịa điểm tiến hành còn chưađượcxác định.
Theolậpluận củaEPRI thì27 bang củaMỹ đã cóchínhsáchvề mứcchuẩn ápdụng
năng lượng tái tạo, trong đó một số bang đề ra tỉ lệ bắt buộc về năng lượng mặt

trời. Tuy nhiên hiện nay đa số các ứng dụng năng lượng mặt trời còn chưa đủ sức
cạnh tranh về chi phí so với các phương án phát điện khác. Theo EPRI, sử dụng
năng lượng mặt trời để hỗ trợ than hoặc khí tự nhiên có thể “là phương án có chi
phí thấp nhất để bổ sung năng lượng mặt trời cho nguồn điện bởi vì phương án
này sử dụng các công trình điện hiện có. Và bởi vì cường độ năng lượng mặt trời
mạnhnhấtnói chunglạirơivàothời điểmphụ tảiđỉnhmùa hè,điềunàykhiếncho
chu kỳ hơi được năng lượng mặt trời hỗ trợ trở thành phương án năng lượng tái
tạo thựcsự hấp dẫn”.