Điều tra đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn NLM và TT trên tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của tỉnh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ KHẢ
NĂNG ĐÓNG GÓP CỦA CÁC NGUỒN
NLM&TT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN
VÀO LƯỚI ĐIỆN CỦA TỈNH



Ngành : THIẾT BỊ MẠNG – NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số:23.0
Học Viên: HÀ THỊ NINH
Người HD Khoa học : PGS.TS. ĐẶNG ĐÌNH THỐNG



Khoa đào tạo SĐH



Người HD khoa học

Đặng Đình Thống
Học viên



Hà Thị Ninh




THÁI NGUYÊN - 2008



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
Nội dung Trang
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG
LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO
3
1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC
ĐẶC TÍNH CỦA CHÚNG
3
1.1.1. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 3
1.1.2. Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 6
1.2. CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ
CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG

7
1.2.1. Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT) 7
1.2.2. Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN) 11
1.2.3. Công nghệ điện gió 12
1.2.4. Phát điện từ sinh khối 14
1.2.5. Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt 15
1.2.6. Phát điện từ nguồn năng lƣợng đại dƣơng 16
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN
TỪ NLM & TT
18
1.3.1. Trên thế giới 18
1.3.2. Tại Việt Nam
20
CHƢƠNG 2. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG
LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN
24
2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI 24
2.1.1. Vị trí địa lý. 24
2.1.2. Dân số 24
2.1.3. Địa hình – Khí hậu 26
2.1.4. Tài nguyên 26
2.2. HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN 28
2.2.1. Hiện trạng phụ tải 28
2.2.2.Dự báo nhu cầu điện 29
2.2.3.Các nguồn cung cấp điện năng 35

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.3. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG
MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN

36
2.3.1. Vai trò của năng lƣợng mới và tái tạo 36
2.3.2. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo ở Thái Nguyên. 38
2.3.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ. 38
2.3.4.Năng lƣợng sinh khối 45
2.3.5. Năng lƣợng mặt trời 50
2.4. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG
54
CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN
NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO
58
3.1. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN 58
3.2. CÁC CÔNG NGHỆ ĐƢỢC ĐỀ NGHỊ 58
3.2.1. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ 59
3.2.2. Năng lƣợng sinh khối để phát điện 63
3.2.3. Năng lƣợng mặt trời 67
CHƢƠNG 4. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG 79
4.1. TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TRƢỜNG TỰ NHIÊN 79
4.2. TÁC ĐỘNG TỚI ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84
PHỤ LỤC 85



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
LỜI NÓI ĐẦU
Bước sang thế kỷ 21, cùng với nhịp độ phát triển kinh tế - xã hội ngày một

gia tăng trong khuôn khổ của nguồn tài nguyên bị hạn chế, loài người đang đứng
trước nguy cơ cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng cổ điển và phải đương
đầu với vấn đề ô mhiễm môi trường sống đã ở mức báo động trong phạm vi toàn
cầu gây ra bởi lượng khí thải độc hại trong quá trình sử dụng năng lượng.
Vì vậy, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng bổ sung và nghiên cứu sử dụng
các nguồn năng lượng mới và tái tạo đang được các quốc gia trên toàn thế giới quan
tâm. Năng lượng mới và tái tạo là những nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng to
lớn và có khả năng tái tạo hầu như vô tận.
Việt Nam nói chung và Thái Nguyên nói riêng nhu cầu sử dụng năng lượng
ngày càng tăng, nguồn năng lượng truyền thống dần dần không đáp ứng đủ nhu cầu
sử dụng năng lượng cho con người. Do vậy, việc điều tra, đánh giá tiềm năng và
khả năng đóng góp của các nguồn năng lượng mới và tái tạo là vấn đề cấp bách và
cần thiết.
Đề tài tốt nghiệp “Điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của
các nguồn NLM & TT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của Tỉnh” được
nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến lược phát triển năng lượng chung của
Tỉnh và cả nước, hiện tại nguồn năng lượng này có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng
điện cho những vùng miền núi xa xôi, hẻo lánh, những nơi chưa có điện lưới quốc
gia của Thái Nguyên, phục vụ cho việc phát triển kinh tế, xã hội, xoá đói, giảm
nghèo...Trong tương lai, nó có thể dần thay thế các nguồn năng lượng điện hiện nay.
Khi nghiên cứu đề tài này, tôi đã có được các tài liệu liên quan hiện có về các
nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam và Thái Nguyên. Tuy nhiên, đây là
một lĩnh vực hoàn toàn mới do vậy các tài liệu còn rất hạn chế và các số liệu chưa
đầy đủ, có sự sai lệch số liệu từ các nguồn khác nhau ( các bài báo, dự án, tạp chí,
quy hoạch phát triển...), không phải tất cả các số liệu sử dụng đều cập nhật.
Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ
tận tình của PGS.TS Đặng Đình Thống – Giám đốc trung tâm năng lượng mới


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, các sở Điện lực, Công nghiệp, Nông nghiệp, Tài
nguyên môi trường...cùng bạn bè, đồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2008

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
CHƢƠNG 1

CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI
VÀ TÁI TẠO

1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH
CỦA CHÚNG
1.1.1. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo
1.1.1.1 Năng lƣợng mặt trời.
Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển
của sự sống trên trái đất. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các dạng 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. Tuy nhiên để khai thác sử dụng
nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó đặc
biệt khi tới bề mặt quả đất.
1.1.1.2. Năng lƣợng gió
Năng lượng gió là một dạng chuyển tiếp của năng lượng mặt trời, bởi chính
ánh nắng ban ngày đã đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt
độ và áp suất giữa nhiều vùng khác nhau, và các khối không khí từ những khu vực
có áp suất cao sẽ dịch chuyển nhanh đến những vùng có áp suất thấp hơn, tạo ra
hiện tượng gió thổi đều khắp trên bề mặt địa cầu.
Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây
ảnh hưởng xấu về mặt xã hội.
1.1.1.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ.
Theo đánh giá chung về thủy điện nhỏ thì rất lớn, đặc biệt là ở những khu

vực miền núi nơi tập trung rất nhiều sông suối nhỏ, mặt khác đây là nguồn năng
lượng có giá thành rẻ nên cần có chính sách khai thác và sử dụng hiệu quả.
Từ 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 phụ thuộc


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
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 lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu
người ta sử dụng một số phương pháp kiểu trạm thuỷ điện như: Phương pháp tập
trung năng lượng bằng đập ngăn, phương pháp tập trung năng lượng bằng đường
dẫn và phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy.
1.1.1.4. Năng lƣợng sinh khối.
Sinh khối bao gồm các loài thực vật sinh trưởng và phát triển trên cạn cũng
như ở dưới nước, các phế thải hữu cơ như: rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà phê..., các
loại phế thải động vật như: phân người, phân gia súc, gia cầm.... Sinh khối là nguồn
năng lượng đầu tiên của loài người và mặc dù ngày nay các nguồn năng lượng hoá
thạch như: than đá, dầu mỏ, khí đốt là các nguồn năng lượng chính nhưng sinh khối
vẫn còn được sử dụng với một khối lượng và tỉ lệ khá lớn, nhất là ở các nước đang
phát triển.
Sinh khối là một nguồn năng lượng có khả năng tái sinh. Nó tồn tại và phát
triển được trên hành tinh chúng ta là nhờ có ánh sáng mặt trời. Các loài thực vật hấp
thụ ánh sáng mặt trời để thực hiện các phản ứng quang hợp, biến đổi các khoáng
chất, nước và các nguyên tố vô cơ khác thành các chất hữu cơ. Trong quá trình
quang hợp, thực vật còn hấp thụ khí cacbonic và tạo ra oxy là chất khí tạo ra sự
sống trên quả đất này. Các tính toán cho thấy rằng, hàng năm thực vật hấp thụ 0,1%
tổng năng lượng bức xạ mặt trời tới quả đất, và nhờ phản ứng quang hợp, tạo ra

2x10
11
tấn chất hữu cơ và cho một nguồn năng lượng rất lớn, khoảng 3x10
12
J.
Phần lớn các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam ta, được thiên
nhiên ban tặng cho nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời rất dồi dào. Ở các nước
này mật độ năng lượng mặt trời khá cao, nằm trong khoảng từ 4 đến
7KWh/m
2
.ngày, là điều kiện rất thuận lợi cho thực vật phát triển.
Phản ứng quang hợp còn là phản ứng cơ bản tạo ra thức ăn cho động vật.
Nếu kể đến cả sản phẩm oxy của phản ứng quang hợp ta có thể nói rằng sinh khối


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
nói chung và thực vật nói riêng có ý nghĩa quyết định đối với sự sống trên hành
tinh chúng ta.
Năng lượng sinh khối hoàn toàn có thể thay thế các nguồn năng lượng hoá
thạch đang bị khai thác cạn kiệt và gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề
1.1.1.5. Năng lƣợng địa nhiệt.
Địa nhiệt là nguồn năng lượng tự nhiên ở trong lòng quả đất, dưới lớp vỏ
không dày lắm của quả đất, nhiệt độ lên đến 1000
0
C đến hơn 4000
0
C, ở một số khu
vực áp suất cũng rất lớn, vượt quá 130MPa. Còn ở lớp trên cùng của vỏ Trái đất chỉ

có nhiệt độ bình quân trong năm là 15
0
C, dưới lớp đó là một lớp có nhiệt độ bình
quân là 540
0
C, còn tại lớp lõi trong nhiệt độ bình quân là 7000
0
C. Khối năng lượng
khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn năng lượng vô hạn sinh ra từ
các chuỗi phản ứng hạt nhân, sự phân hủy các chất phóng xạ tiến hành thường
xuyên trong lòng Trái đất như Thori (Th), Protactini (Pa), Urani (U)...vv, năng
lượng do các phản ứng phóng xạ được tích tụ trong lòng quả đất hàng triệu năm với
một lượng khổng lồ làm nóng chảy lõi quả đất dưới áp suất cao. Đi sâu xuống lòng
đất 2-40m (tùy địa điểm) ta sẽ gặp tầng Thường ôn, tức là tầng có nhiệt độ không
chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Mặt Trời. Dưới tầng Thường ôn càng xuống sâu nhiệt
độ càng tăng.
Người ta gọi địa nhiệt cấp là độ sâu tính bằng mét đủ để nhiệt độ tăng lên
1
0
C. Trị số trung bình là 33m. Nếu xuống sâu được đến 60km thì có nhiệt độ tới
1800
0
C. Thường thường để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt người ta chỉ cần
khoan các giếng sâu 4-5km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 200
0
C. Nước được làm
sôi lên sẽ theo ống dẫn lên và có thể làm chạy các máy phát điện...vv. Theo đánh
giá của các chuyên gia, có khoảng 10% diện tích vỏ quả đất có chữa các nguồn địa
nhiệt có thể đánh giá được tiềm năng của nó. Các nguồn này có thể cung cấp cho
nhân loại một nguồn năng lượng rất lớn.

1.1.1.6. Năng lƣợng đại dƣơng.
Tiềm năng năng lượng của các đại dương chứa trong sóng và thuỷ triều cũng
như trong sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng trên bề mặt và các lớp nước


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
lạnh ở dưới đáy các đại dương là vô cùng to lớn. Gió thổi trên một khoảng không
gian bao la trên các đại dương sẽ tạo ra sóng biển dữ dội, liên tục và mang theo một
nguồn năng lượng có thể nói là vô tận. Thuỷ triều là kết quả giữa lực hút của mặt
trời, mặt trăng với quả đất và do sự chuyển động của quả đất xung quanh mặt trời,
cũng như sự quay xung quanh trục nghiêng của quả đất. Ở một số khu vực trên thế
giới, mức nước biển dâng lên và hạ xuống trên 12m hai lần trong một ngày. Đại
dương còn là một bộ thu năng lượng khổng lồ, hấp thụ năng lượng mặt trời dưới
dạng nhiệt năng làm nóng lớp nước ở bề mặt và tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa
lớp nước nóng ở bề mặt và nước lạnh dưới sâu.
1.1.2. Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo
1.1.2.1. Đặc tính phong phú và có thể tái sinh:
Có thể nói các nguồn năng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) rất phong phú
và có sẵn do thiên nhiên ban tặng cho chúng ta, không những thế hầu hết các nguồn
năng lượng này đều có thể tái tạo được. Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời
hết sức dồi dào, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng
lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt cũng có trữ lượng khá lớn nếu không muốn
nói là khó có thể cạn kiệt được. Tiềm năng của năng lượng tái tạo hay năng lượng
tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là
vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không
thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời)
hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng
sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.

Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng
lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng truyền thống mà ngày nay
được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn
tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực
hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch)
với các lò phản ứng tái sinh, khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc
dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này.
1.1.2.2. Nguồn năng lượng sạch và không gây ô nhiễm môi trường
Tất cả các nguồn NLM & TT đều sạch nên việc sử dụng các nguồn năng
lượng này sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho
kinh tế. So sánh với các nguồn năng lượng truyền thống như: Than đá, hoá thạch
hay thuỷ điện, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả
có hại đến môi trường. Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi
trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thủy điện
lớn cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước. Ngoài ra,
việc di dân cũng như việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng
lên vai những người dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài toán
khó đối với các nhà hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy
hoạch các đập nước tại Việt Nam cũng không còn nhiều.
Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài
đến cuộc sống của người dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rò rỉ hạt nhân
cộng thêm chi phí đầu tư cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có
nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng này.
Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây

ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe người dân. Hơn thế
nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao.
Theo báo cáo từ Tổ chức Hoà Bình Xanh và Hội đồng Năng lượng Tái tạo
châu Âu việc đầu tư vào năng lượng xanh tới năm 2030 sẽ giảm một nửa lượng phát
thải CO2. Bản báo cáo này cung cấp một luận cứ kinh tế về sự luân chuyển các
khoản đầu tư toàn cầu sang năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ điện, địa
nhiệt và năng lượng sinh khối trong hơn nửa thế kỷ tới.
1.2. CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC
ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG
1.2.1. Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT)


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
Có thể xem mặt trời là một quả cầu cách quả đất 150 triệu km. Đường kính
mặt trời 1,39 triệu km, lớn hơn 109 lần đường kính quả đất, áp suất ở phần trong
mặt trời rất cao, cao hơn áp suất khí quyển ở quả đất khoảng chục triệu lần. Nhiệt
độ trên mặt trời biến đổi từ hơn 15 triệu độ ở trong lõi tới 6 000 độ ở mặt ngoài của
nó.
Khí quyển mặt trời chứa khoảng 78,4% khí Hydro (H
2
), 19,8% Heli (He), các
nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%.
Các điều kiện về áp suất, nhiệt độ và thành phần khí quyển trên mặt trời là điều
kiện lý tưởng cho phản ứng nhiệt hạt nhân và tạo ra nguồn năng lượng khổng lồ.
Mỗi giây nó phát ra năng lượng tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.10
16

tấn than đá.

Tuy nhiên bề mặt quả đất chỉ nhận được 17,57.10
16
W, tương đương năng lượng
đốt cháy hết 6 triệu tấn than đá.
NLMT rất lớn, nhưng phân bố lại mỏng, chỉ khoảng 800-1000W/m
2
nên việc
khai thác khá khó khăn.
Bản chất bức xạ mặt trời (BXMT) là sóng điện từ có phổ bước sóng rất rộng, từ
hàng km đến phần tỷ m. ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0.4 đến 0,7 m, chỉ
chiếm một phần rất nhỏ phổ BXMT (hình 1.1).






Hình 1.1. Phổ BXMT
Tuy nhiên khi BXMT xuyên qua lớp khí quyển tới bề mặt quả đất, do các
phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi,… làm tán xạ, hấp thụ, nên phổ và cường độ
BXMT trên mặt đất bị giảm đi rất đáng kể.
1.2.1.1. Công nghệ nhiệt mặt trời (NMT)
10
-10
10
-8
10
-6
10
10

10
-4
10
-2
10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10
12
10
14
Tia
vũ
trụ
Tia
Rơnghen
Tia tử
ngoại
Tia
nhìn
thấy
Tia
hồng

ngoại
Sóng
ngắn
Sóng vô tuyến điện


( )
m)
Tia



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
a. Hiệu ứng nhà kính
Hiệu ứng nhà kính là một trong những hiệu ứng quan trọng nhất được ứng
dụng để khai thác năng lượng mặt trời. Nguyên lý hoạt động như sau: Các loại
kính xây dựng cho các tia BXMT có bước sóng truyền qua một cách dễ dàng, trong
khi đó các bức xạ có > 0,7 m (các tia này còn được gọi là tia nhiệt) thì bị kính
phản xạ trở lại.
Trước hết ta khảo sát một hộp thu nhiệt mặt trời như hình 1.2. Mặt trên hộp
được đậy bằng tấm kính (1). Thành xung quanh và đáy hộp có lớp vật liệu cách
nhiệt dày (2). Đáy trong của hộp được làm bằng tấm kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt trên
của nó phủ một lớp sơn đen, hấp thụ nhiệt tốt và được gọi là tấm hấp thụ (3).

Hình 1.2. Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính
Các tia bức xạ mặt trời (BXMT) có bước sóng < 0,7 m tới mặt hộp thu, đi
qua tấm kính phủ phía trên (1), tới bề mặt tấm hấp thụ (3). Tấm này hấp thụ năng
lượng BXMT và chuyển hoá thành nhiệt làm cho tấm hấp thụ nóng lên, khi đó nó

trở thành nguồn phát xạ thứ cấp phát ra các tia bức xạ nhiệt có bước
sóng
m7,0
, hướng về mọi phía. Các tia đi lên phía trên bị tấm kính ngăn lại,
không ra ngoài được. Nhờ vậy, hộp thu liên tục nhận BXMT nên tấm hấp thụ được
nung nóng dần lên và có thể đạt đến nhiệt độ hàng trăm độ. Như vậy năng lượng
nhiệt mặt trời bị "giam" trong hộp, giống như một cái bẫy nhiệt - năng lượng vào
được nhưng không thể ra được. Đó là nguyên lý “hiệu ứng nhà kính”. Nhiệt độ của
tấm hấp thụ càng cao, phát xạ nhiệt từ mặt hấp thụ càng lớn, cho đến khi năng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
lượng mà tấm hấp thụ nhận được từ BXMT cân bằng với năng lượng mất mát cho
môi trường xung quanh thì trạng thái cân bằng nhiệt được thiết lập.
b. Bộ thu phẳng
Bộ thu phẳng có cấu tạo dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính như đã mô tả
trên, nhưng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng nhiệt khác nhau phần thu nhiệt có thể
có các dạng kết cấu khác nhau. Bộ thu Năng lượng mặt trời (NLMT) 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.
1.2.1.2. Công nghệ điện mặt trời (ĐMT)
Hiện nay có hai công nghệ để sản xuất điện bằng NLMT. Đó là công nghệ
Nhiệt điện mặt trời và công nghệ Pin mặt trời (hay pin quang điện). Trong công
nghệ thứ nhất, 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 sản xuất ra

điện năng. Còn trong công nghệ pin mặt trời, năng lượng mặt trời được biến đổi
trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn được chế tạo từ các vật
liệu bán dẫn điện. Các pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng
nào còn bức xạ mặt trời tới nó. Các hệ thống 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 các hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát
triển và ứng dụng. Ngay từ năm 1950 các pin mặt trời đã trở thành nguồn điện rất
tin cậy cho các vệ tinh nhân tạo và hiện nay là các tàu vũ trụ. Đặc biệt từ cuộc
khủng hoảng dầu lửa năm 1973, các hoạt động nghiên cứu hoàn thiện công nghệ pin
mặt trời đã phát triển mạnh mẽ. Hiện nay sản xuất pin mặt trời đã trở thành một
trong các ngành công nghiệp quan trọng ở nhiều nước công nghiệp phát triển trên
thế giới.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
1.2.2. Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN)
1.2.2.1. Công nghệ thuỷ năng và các đặc điểm
Các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng
về năng lượng (gọi là thuỷ năng). Thông thường các nguồn thuỷ năng 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 đây:
a. Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn
Phương pháp này là đắp đập tạo nên độ chênh mực nước giữa TL và HL.
Đập có nhiều loại: đập đất, đập đá và đập bêtông. 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 TL và HL.
b. 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 và hạ lưu. 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.
c. 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.
1.2.2.2. Các ứng dụng
Đối với một trạm thuỷ điện nhỏ quan trọng nhất là phương pháp xác định
kích thước tuabin. Tuabin nước được sử dụng chủ yếu để kéo máy phát điện nhằm


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
cung cấp điện cho các hộ sử dụng. Ở các vùng miền núi, tuabin nước còn được sử
dụng để làm quay trực tiếp máy bơm cấp nước sinh hoạt và tưới cây. Ngoài ra
tuabin nước còn được sử dụng để chạy các máy công cụ khác: Máy gia công cơ khí,
máy xay xát, ...vv.
a. Tuabin nước chạy máy phát điện
Tuabin được nối trực tiếp với máy phát điện hoặc gián tiếp thông qua các bộ truyền
động. Công suất của máy phát điện sẽ được xác định theo công suất của tuabin, còn
vòng quay của máy phát được chọn theo số vòng quay đồng bộ.

* Tuabin kéo trực tiếp máy phát
Loại này có số vòng quay của tuabin bằng số vòng quay của máy phát
* Tuabin kéo máy phát qua bộ truyền
Loại này thì số vòng quay của tuabin thường nhỏ hơn vòng quay của máy phát và
được xác xác định theo tỷ số truyền của bộ truyền đai hay hộp số cơ khí.
b. Tuabin kéo bơm
Để phục vụ cho việc cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới cho vùng sâu,
vùng xa, nơi có nguồn thuỷ năng nhỏ, người ta sử dụng tuabin để trực tiếp kéo bơm.
Tổ hợp như vậy gọi là bơm thuỷ luân. Tuabin kéo bơm có hai loại: Buồng hở và
buồng kín
* Tuabin buồng hở cột nước thấp 0,4 đến 4m, cột áp bơm đạt 2 đến 24m.
Loại này thường là tuabin hướng trục, được nối trực tiếp với máy bơm. Máy bơm
được sử dụng có thể là bơm ly tâm một cấp hay nhiều cấp
* Tuabin buồng kín cột nước tuabin từ 2m trở lên, cột áp bơm từ 7m đến
hàng trăm mét. Loại này có thể nối trực tiếp hay gián tiếp với máy bơm qua bộ
truyền đai hay hộp số. Bơm sử dụng có thể là bơm một cấp hay nhiều cấp, bơm
thường có lưu lượng nhỏ và cột áp cao, có thể sử dụng bơm xoáy hay bơm ly tâm,
trường hợp bơm nước sạch cho sinh hoạt có thể dùng bơm piston.
1.2.3. Công nghệ điện gió
1.2.3.1. Năng lượng gió (NLG) và đặc điểm


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
Năng lượng gió thường được khai thác từ các trạm đặt ở độ cao (20-70)m
so với bề mặt trái đất. Trên độ cao lớn (8-12)km gọi là tầng đối lưu, có gió thường
xuyên hơn và gọi là dòng chảy luồng (hay luồng khí). Gió loại này có vận tốc lớn
(25-80)m/s. Tiềm năng năng lượng của chúng lớn hơn nhiều. Đặc tính gió ở tầng
này khác nhiều so với đặc tính gió trên mặt đất. Song sử dụng gió ở độ cao này gặp

phải một số khó khăn rất lớn về mặt kỹ thuật khi chuyển tải điện từ độ cao lớn tới
mặt đất.
Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh
hưởng của một loạt các yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay đổi tác
động của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt đất...), đồng thời các
điều kiện địa hình tại chỗ, tốc độ gió thay đổi cả về giá trị và hướng. Hướng véctơ
vận tốc cho thấy vị trí tính theo góc của nó ứng với hướng được lấy làm gốc tính
toán (thường là hướng Bắc).
Vận tốc gió có tác động đáng kể tới động cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống
điều chỉnh tự động, việc sản sinh ra năng lượng phụ thuộc trước hết vào vận tốc gió
trung bình theo thời gian và diện tích bề mặt bánh công tác động cơ gió. Vận tốc gió
trung bình theo thời gian xác định bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc gió tức
thời đo được với số lần đo trong khoảng thời gian đo.
Vận tốc gió trung bình thay đổi đáng kể trong thời gian khác nhau trong
ngày, trong các tháng và các mùa. Do vậy người ta phân biệt diễn biến vận tốc theo
ngày, tháng, mùa đặc trưng cho xu hướng chung thay đổi vận tốc trong các chu kỳ
thời gian kể trên. Việc nghiên cứu sự biến đổi của vận tốc sẽ thuận lợi hơn nhờ sự
phân tích tổng hợp tính quy luật và sự biến đổi ngẫu nhiên cường độ gió trong một
khoảng thời gian chọn trước cũng như trên một diện tích không gian hữu hạn.
Thông thường ở các trạm khí tượng vận tốc gió trung bình được xác định trong
khoảng thời gian là 2 phút.
Đặc trưng của NLG là tập hợp các dữ liệu cần thiết và đủ độ tin cậy đặc
trưng cho gió như là một nguồn năng lượng và cho phép làm rõ giá trị năng lượng
của nó. Đó cũng là một hệ thống các dữ liệu đặc trưng cho chế độ gió ở các vùng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
khác nhau, trên cơ sở đó có thể tính toán các chế độ và thời gian làm việc của tổ

máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác được.
Đặc tính đặc trưng quan trọng nhất là mật độ phân bố các vận tốc gió khác
nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế độ vận tốc cực đại
(bão). Các giá trị vận tốc gió trung bình năm và trung bình mùa cũng là những đặc
trưng quan trọng, thuận lợi để đánh giá tiềm năng NLG.
Đặc tính quan trọng hơn cần phải kể đến là hàm quy luật thống kê tần số biến
đổi vận tốc gió trong khoảng thời gian xác định. Khi biết quy luật xác định và thông
số của hàm này và khi có các đặc tính của các tổ máy NLG, có thể đánh giá được
năng lượng sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp đặt, hiệu
quả kinh tế...vv.
Trong lĩnh vực NLG, mô hình toán có ý nghĩa quan trọng để đánh giá dung
lượng thiết bị Ắcquy, dự trữ công suất và đồng thời các biểu đồ cung cấp năng
lượng của tổ máy, vì rằng không thể tích trữ năng lượng gió cho tới khi nó thực hiện
được công hữu ích. Nói cách khác động cơ gió không có Ắcquy chỉ có thể làm việc
theo biểu đồ không điều khiển.
Gió là một nguồn năng lượng có đặc tính ưu việt là có ở tất cả mọi nơi. Song
việc ứng dụng NLG trong các quá trình sản suất là hết sức khó khăn, để nhận được
công suất lớn cần có động cơ gió kích thước rất lớn. Thêm vào đó là NLG không ổn
định theo thời gian nên khó sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông.
1.2.3.2. Các ứng dụng
Từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng gió để tạo ra cơ năng thay thế
cho sức lao động nặng nhọc, điển hình như các thuyền buồm chạy bằng sức gió, cối
xay gió...Ngày nay việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió được rất nhiều nước
quan tâm. Ứng dụng quan trọng nhất của năng lương gió là dùng để sản xuất ra điện
năng thông qua các động cơ gió, ứng dụng quan trọng thứ hai là bơm nước. Người
ta sử dụng các loại bơm khác nhau ghép nối với động cơ gió để bơm nước.
1.2.4. Phát điện từ sinh khối


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
Có hai công nghệ để làm biến đổi sinh khối 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.
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.
1.2.5. Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt
Địa nhiệt là nguồn năng lượng nhiệt tự nhiên ở trong lòng Quả đất. Có 5 loại
nguồn địa nhiệt. Đó là: nguồn nước nóng, nguồn áp suất địa nhiệt, nguồn đá nóng
khô, các núi lửa hoạt động và magma. Nhiệt từ các nguồn hay từ mỏ địa nhiệt có thể
khai thác nhờ sử dụng một số chất lỏng tự nhiên của quả đất để làm chất làm việc
vận chuyển nhiệt. Năng lượng nhiệt này có thể cho qua tuabin để phát điện hoặc
dùng một cách trực tiếp cho các quá trình gia nhiệt hoặc chế biến nhiệt công nghiệp.
Để khai thác các nguồn địa nhiệt người ta thường sử dụng phương pháp khoan như:
khai thác dầu hay khí đốt.
Đối với các nguồn địa nhiệt nông và nhiệt độ không cao (thấp hơn 170
0
C)
thường người ta khai thác nhiệt một cách trực tiếp hoặc sử dụng gián tiếp qua bộ
trao đổi nhiệt. Để sử dụng năng lượng địa nhiệt có hiệu quả thông thường người ta
sử dụng ngay tại chỗ, nơi có nguồn địa nhiệt khai thác, vì khi dẫn nhiệt đi xa (ống
dẫn) hao phí nhiệt sẽ lớn.
Để phát điện người ta có thể sử dụng một số hệ thống như:
a. Hệ thống hơi khô: Người ta lấy hơi nước từ các giếng đá khô và sau đó

cho trực tiếp qua tuabin để phát điện.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
b. Hệ thống hoá hơi đơn: Nước nóng từ nguồn địa nhiệt được làm bốc
hơi theo kiểu xung (nổ) và sau đó dẫn qua tuabin phát điện. Nước thải còn lại được
đưa trở lại nguồn (mỏ) địa nhiệt.
c. Hệ thống hoá hơi kép: Trong hệ thống này hơi nước được tạo ra trong
hai giai đoạn để tận dụng được nhiều hơn năng lượng địa nhiệt. Trong giai đoạn đầu
hơi nước được tách ra khỏi hỗn hợp nước nóng và hơi khi lấy dưới mỏ lên và cho
qua tuabin phát điện. Nước nóng được tách ra lại được hoá hơi theo kiểu xung và lại
được cho qua tuabin phát điện. Cuối cùng nước nóng thải còn lại được bơm trở lại
nguồn địa nhiệt.
d. Hệ thống hai tầng: Để tránh được hiện tượng ăn mòn và đóng cặn sinh
ra khi chất lỏng địa nhiệt đi trực tiếp qua hệ thống phát điện người ta dùng hệ thống
hai tầng nhờ bộ trao đổi nhiệt. Ở tầng thứ nhất chất lỏng địa nhiệt được bơm từ
giếng lên, đi qua bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt cho chất lỏng làm việc, sau đó nó
được làm ngưng tụ và cho trở về nguồn địa nhiệt. Ở tầng thứ hai, một chất lỏng
khác hoạt động theo chu trình kín, nhận nhiệt ở bộ trao đổi nhiệt, tới tuabin phát
điện, qua bộ ngưng tụ, trở về bộ trao đổi nhiệt. Các nhà máy điện địa nhiệt hoạt
động theo hệ thống hai tầng này có thể được thiết kế theo nhiều kiểu khác nhau để
tận dụng tối đa nguồn năng lượng địa nhiệt.
e. Hệ thống kết hợp: Là hệ thống sử dụng đồng thời cả hơi nước và áp suất
địa nhiệt. Trong hệ thống này hơi nước ở áp suất cao được dẫn qua hệ thống ống
dẫn với vận tốc rất lớn và cho xả vào các tuabin hơi để phát điện. Động năng rất lớn
của các dòng hơi trong các ống qua tuabin đã được chuyển thành điện năng.
Ngoài ứng dụng phát điện năng lượng địa nhiệt có nhiệt độ thấp hay trung
bình có thể dùng để sưởi ấm hay sản xuất nước nóng cho các mục đích sinh hoạt

trong các gia đình hay các cơ sở công cộng như: trường học, bệnh viện, nhà hàng,
khách sạn...vv.
1.2.6. Phát điện từ nguồn năng lƣợng đại dƣơng
1.2.6.1. Năng lượng thuỷ triều:


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
Năng lượng thuỷ triều có tính chu kỳ, có thể là nửa ngày, nửa năm hoặc dài
hơn. Các chu kỳ này ảnh hưởng đến độ chênh lệch của thuỷ triều. Để khai thác
nguồn năng lượng dạng này cần hiểu biết đầy đủ các quy luật vận động của thuỷ
triều. Biên độ của các chu kỳ thuỷ triều tăng lên một cách rất đáng kể, ở một số
vùng biển có địa hình đặc biệt như ở các cửa sông, ở các vịnh dạng hình phễu, ở các
khu vực có các đảo hay các doi đất chia mặt biển thành từng ngăn tạo ra sự phản xạ
và cộng hưởng sóng biển.
Các hệ thống năng lượng thuỷ triều có hồ chứa có thể được thiết kế để hoạt
động theo một trong ba phương thức sau:
- Phát điện khi triều lên
- Phát điện khi triều xuống
- Phát điện cả hai chiều
1.2.6.2. Năng lượng nhiệt đại dương
Nước nóng ở bề mặt và nước lạnh ở dưới tầng sâu của đại dương, nếu đem
lại gần nhau có thể sử dụng như là các nguồn nóng và nguồn lạnh trong một máy
nhiệt. Một máy nhiệt hoạt động với hai nguồn nhiệt như thế cũng giống như các
máy nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện, nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần
dùng một loại nhiên liệu nào cả. Một điều rất quan trọng đối với các nhà máy nhiệt
điện đại dương là cần phải lựa chọn sử dụng các vật liệu và thiết bị vừa phải chịu
được điều kiện môi trường biển rất khắc nghiệt, lại phải vừa đảm bảo hiệu quả kinh
tế.

1.2.6.3.Năng lượng sóng biển
Đây cũng là một nguồn năng lượng rất lớn và hấp dẫn. Tiềm năng năng
lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, thậm chí ngay ở một vị trí đã cho năng
lượng sóng biển cũng biến đổi theo thời gian từng giờ, từng ngày và từng mùa. Tuỳ
theo nguyên lý hoạt động mà các thiết bị khai thác sóng biển được nghiên cứu, thiết
kế và chế tạo theo từng loại khác nhau. Trên thế giới đã có nhiều công ty nghiên
cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển, nhưng nói
chung số lượng cũng như công suất thiết bị còn nhỏ.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN
TỪ NLM & TT
1.3.1. Trên thế giới
Hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng của các nguồn năng lượng
mới và tái tạo đang phát triển rất mạnh mẽ. Xuất phát từ tình hình thực tiễn là nguồn
năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt, thêm vào đó là nhu cầu sử dụng
năng lượng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau ngày càng tăng. Chính vì vậy
mà việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn năng lượng có thể tái sinh, các nguồn
năng lượng thân thiện với môi trường, và đặc biệt là các nguồn năng lượng này có
thể nói rất dồi dào cần được quan tâm và có chính sách cụ thể.
Quốc gia đầu tiên phát triển ở lĩnh vực này đó phải kể đến là Đức. Tại quốc
gia này chủ yếu ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió để phục vụ
nhu cầu sử dụng. Hệ thống cung cấp điện đã tương đối ổn định dựa trên một hạ tầng
cơ sở tập trung với các nhà máy phát điện lớn và mạng lưới dẫn điện đường dài.
Việc cung cấp điện ngày một tăng thông qua các thiết bị dùng năng lượng gió hay
quang điện có thể sẽ thay đổi hạ tầng cơ sở này trong thời gian tới.
Bảng: 1.1: Tỷ lệ của năng lượng tái tạo trong sản xuất điện tại Đức

Sản xuất điện tại Đức (GWh)
Năm
Tổng số
lƣợng điện
tiêu dùng
Tổng số
năng
lƣợng tái
tạo
Tỷ lệ
năng
lƣợng tái
tạo ( %)
Sức
nƣớc
Sức
gió
Sinh
khối
Quang
điện
Địa
nhiệt
1990 550.700 17.045 3,1 15.579,7 43,1 1.422 0,6
1991 539.600 15.142 2,8 13.551,7 140 1.450 0,7
1992 532.800 17.975 3,4 16.152,8 275,2 1.545 1,5
1993 527.900 18.280 3,5 16.264,3 443 1.570 2,8
1994 530.800 20.233 3,8 17.449,1 909,2 1.870 4,2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
1995 541.600 21.923 4,0 18.335 1.563 2.020 5,3
1996 547.400 20.392 3,7 16.151,0 2.031,9 2.203 6,1
1997 549.900 21.249 3,9 15.793 2.966 2.479 11
1998 556.700 24.569 4,4 17.264,0 4.489,0 2.800 15,6
1999 557.300 28.275 5,1 19.707,6 5.528,3 3.020 19,1
2000 576.400 35.399 6,1 21.700 9.500 4.129 70
2001 580.500 36.480 6,3 19.800 11.500 5.065 115
2002 581.700 42.697 7,3 20.200 15.900 6.417 180
2003 44.697 7,7 18.700 18.500 6.909 255
2004 55.756 9,6 20.900 25.000 9.356 500 0,4
Nguồn:
Tại Nhật Bản đang nghiên cứu và sẽ tung ra thị trường các tế bào năng lượng
mặt trời nhỏ hình cầu có thể nhận ánh sáng mặt trời từ mọi hướng với hiệu suất
chuyển đổi quang điện cao. Các tế bào này có tên gọi Sphelar, đường kính 1 - 1,5
mm. Sphelar có thể tạo ra năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời trực tiếp hay gián
tiếp và có thể thu năng lượng theo bất cứ hướng nào (không nhất thiết phải đối diện
trực tiếp với mặt trời). Ngoài ứng dụng trong việc tạo năng lượng điện dùng cho
sinh hoạt, các nhà nghiên cứu công ty Kyosemin hiện đang nghiên cứu ứng dụng
Sphelar vào trong điện thoại di động.
Điện gió đã được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và là một nguồn điện rất có
tiềm năng. Đứng đầu về sản xuất điện gió ở châu Âu hiện nay là Đức, Tây Ban Nha
và Đan Mạch. Mỗi năm, người ta lại cho xây dựng thêm khoảng 30% số nhà máy
điện gió mới đem lại sản lượng 15 tỷ kWh. Hiện Đan Mạch là nước có nhà máy
điện gió ven bờ biển lớn nhất thế giới. Hà Lan cũng có trang trại gió lớn, chạy dài 5
km ven biển. Tổ chức đa quốc gia AMEC và Năng lượng Anh tới đây sẽ lắp 300
tuốc bin gió trên các bãi hoang và đầm lầy của mũi đảo phía bắc Hebrit Scotland.
Với vốn đầu tư 500 triệu bảng Anh, dự tính đây sẽ là nhà máy điện gió lớn nhất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
châu Âu, cho khoảng 1% tổng nhu cầu điện của Anh. Người ta cũng lắp đặt tuốc
bin từ suốt phía Tây Ireland đến biển Baltic. Nước Mỹ đã có một số trạm gió đầu
tiên tại Bắc Dakota. Chính phủ thuê đất của nhân dân với giá 2.000 USD/năm (bình
thường họ thu được 500USD/năm từ nông nghiệp). Điện khí hydro chỉ vài năm nữa
sẽ hết sức thông dụng. Ở Ireland, từ các năm 70, người ta đã lắp đặt các giàn địa
nhiệt để tận dụng tiềm năng to lớn của các núi lửa và suối nước nóng đang hoạt
động, nhằm sản xuất điện. Đến nay, họ đã tìm cách tách khí hydro nguyên chất ra
khỏi hơi nước để chạy máy. Những thử nghiệm quy mô đầu tiên về loại khí này đã
được các hãng Demler Critler, Shell và Liên minh châu Âu tài trợ, khoảng vài chục
triệu Euro. Vào năm 2005, tại đây xe buýt, xe hơi, các tàu đánh bắt cá sử dụng
nguyên liệu hydro đã được thử nghiệm và thu được kết quả tốt. Trong tương lai sẽ
triển khai ứng dụng rộng rãi vào tất cả các phương tiện (khoảng 30 - 40 năm tới).
Khí hydro có rất nhiều trên mặt nước các sông hồ, đại dương và sẽ là một nguồn
năng lượng vô tận, sạch, không độc, không gây ô nhiễm.
Điện mặt trời đem lại cho kinh tế thế giới 2,2 tỷ USD/năm. Nước đã lắp đặt
giàn pin mặt trời 15 triệu Watt đầu tiên là Tây Ban Nha, rồi Đức, Mỹ. Mới đây,
Nam Phi, Italia, Australia và ấn Độ đã cho lắp đặt các giàn pin mặt trời lớn, mỗi cái
có thể sinh được hơn 100 triệu Watt. Một số dự án đã được hoàn thành năm 2002,
phí tổn hiện tại là 0,15 USD cho 1 kWh và trong 8 - 10 năm nữa giá thành sẽ hạ
xuống chỉ còn 0,08 USD cho 1 kWh.
Điện hạt nhân mặc dù có những sự cố nhỏ, nhưng vẫn là một nguồn năng
lượng sạch hữu hiệu nay mai (ích lợi của điện hạt nhân không phụ thuộc vào thời
tiết). Theo đánh giá của các chuyên gia nguyên tử, điều quan trọng khi xây dựng các
lò điện là phải cẩn thận, an toàn. Ngoài ra, xử lý, chôn cất rác thải nguyên tử rất
quan trọng: nơi chôn dưới lòng đất phải thật ổn định, không xói mòn và nếu phát xạ

vẫn thăm dò và tránh nhiễm độc được.
1.3.2. Tại Việt Nam
Về vấn đề này hiện nay ở Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước
đây thì nhà nước chưa quan tâm, nhưng 5 năm trở lại đây thì có chuyển biến khá


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
mạnh về nguồn năng lượng tái tạo. Từ đó có chính sách hỗ trợ nghiên cứu và đầu
tư cho nguồn này. Cũng do thiếu điện nên đây là cơ hội cho năng lượng tái tạo phát
triển. Đầu tư nay cũng khá lớn như vay tiền WB, tổng kinh phí 400 triệu đô la, để
điện khí hóa nông thôn, trong đó có nghiên cứu đánh giá các nguồn năng lượng tái
tạo và xây dựng khai thác năng lượng tái tạo để phục vụ điện khí hóa nông thôn. Dự
án này thực hiện từ năm 2000 đến 2010.
Dự án ODA Phần Lan với kinh phí 30 triệu đô la. Ủy ban Dân tộc Miền Núi
làm chủ đầu tư. Dự án này cung cấp điện mặt trời cho khoảng 300 xã miền núi khó
khăn, các xã vùng sâu vùng xa. Ngoài ra những dự án dưới 10 triệu đô thì nhiều
lắm.
Việc hợp tác với các Tổ chức Phi chính phủ trong lĩnh vực này cũng nhiều.
Hiện nay tại trung tâm Năng Lượng Mới trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có
nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ
chức này thì trung tâm này còn thường xuyên nghiên cứu và đưa vào lắp đặt nhiều
dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái tạo tại những vùng chưa có
điện lưới quốc gia như: Tỉnh Bắc Giang, Tỉnh Bình Định, Tỉnh Quảng Trị hay một
số địa phương khác trong cả nước.
Đánh giá chung nhất ở Việt Nam các dạng năng lượng tái tạo hay năng lượng
mới đều có. Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời rất phong phú, rồi gió, năng
lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa
nhiệt.

Trữ lượng thì khá lớn, tiềm năng của các nguồn thì: về thủy điện nhỏ rất lớn
như khu vực miền núi phía Bắc, phía Tây dọc biên giới Việt Lào. Năng lượng mặt
trời là khá nhất là từ Đà Nẵng trở vào. Năng lượng sinh khối trong rừng cũng rất lớn
, ngoài ra còn hai nguồn năng lượng sinh khối khác là bã mía thì chưa tận dụng hết
nguồn hoàn toàn chưa sử dụng là vỏ trấu.
Khí sinh học tiềm năng cũng lớn vì chăn nuôi nay cũng ở qui mô công
nghiệp, trang trại. Năng lượng đại dương gồm nguồn sóng biển, thủy triều và nhiệt


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
đại dương thì cho đến nay ở Việt Nam vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào để
khai thác.
Năng lượng gió Việt Nam thì không tốt bằng các nước châu Âu , thế nhưng
dọc bờ biển và hải đảo thì Việt Nam cao nhất so với các nước trong khu vực. Nay
do số liệu về gió trên độ cao 40 mét thì Việt Nam chưa có nhiều.
Hiện nay đang xây dựng một số cột đo gió độ cao trên 40 mét; khi đánh giá
được thì mới có thể khai thác. Năng lượng địa nhiệt của Việt Nam cũng khá nhiều
nguồn, có đến 300 vị trí có thể khai thác nhưng đến nay chưa có nghiên cứu sâu để
khai thác ứng dụng.
Từ các đánh giá về thực trạng ngành năng lượng của Việt Nam trong thời
gian qua cho thấy để đảm bảo an toàn cung cấp năng lượng, cần phải có một kế
hoạch phát triển năng lượng dài hạn và đề ra các chính sách năng lượng quốc gia
theo quan điểm chỉ đạo đã được nêu trong Nghị quyết Đại hội IX của Đảng: “Phát
triển năng lượng đi trước một bước đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, bảo
đảm an toàn năng lượng quốc gia”.
Với quan điểm chỉ đạo đã được nêu trên, để góp phần thực hiện thành công
mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Đảng, mục tiêu tổng quát phát triển
ngành năng lượng nước ta trong giai đoạn tới là:

“Khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng
trong nước; Cung cấp đầy đủ năng lượng với chất lượng ngày càng cao, giá cả hợp
lý cho phát triển kinh tế xã hội; đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia; Đa dạng hoá
phương thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh vực năng lượng, từng bước hình thành
và phát triển thị trường năng lượng cạnh tranh; Đẩy mạnh phát triển nguồn năng
lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu, nhất là vùng sâu, vùng xa, biên giới,
hải đảo. Phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, phát triển đi đôi
bảo vệ môi trường”.
Có chính sách ưu đãi về tài chính và mở rộng hợp tác quốc tế để tăng cường
công tác tìm kiếm thăm dò nhằm nâng cao trữ lượng và khả năng khai thác than,
dầu, khí đốt, năng lượng mới và tái tạo. Đảm bảo trữ lượng về nhiên liệu hoá thạch