Nghiên cứu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng lượng mặt trời tại tỉnh ninh thuận 1

v

Mục lục
Tựa
Quyết định giao đề tài luận văn tốt nghiệp
Lý lịch khoa học
Xác nhận ca cán bộ hướng dẫn
Li cam đoan i

Li cm ơn ii
Tóm tắt luận văn iii
Abstract iv
Mục lục v
Danh sách các hình viii
Danh sách các bng ix
Chương I: Tổng quan 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cu 2
1.3. Nhu cầu năng lượng thế giới 2
1.4. Các kết qu nghiên cu trong và ngoài nước. 4
1.4.1. Kết qu nghiên cu và ng dụng trên thế giới 4
1.4.2. Kết qu nghiên cu và ng dụng ti Việt Nam. 5
1.5. Mục tiêu và giới hn ca đề tài 6
1.6. Phương pháp nghiên cu 6
1.7. Nội dung luận văn 6
Chương II: Cơ sở lý thuyết 8

2.1. Mặt tri, cấu to ca mặt tri 8
2.2. Các phn ng ht nhân trong mặt tri 10
2.2.1. Phn ng tổng hợp ht nhân Hêli 10
2.2.2. Phn ng tổng hợp Cácbon và các nguyên tố khác 11

2.3. Bn chất ca bc x mặt tri. 12
2.3.1. Bc x mặt tri tới bề mặt trái đất - nh hưng ca lớp khí quyển 13
vi

2.3.2. Bc x mặt tri tới bề mặt trái đất - nh hưng ca chuyển động qu đất
– mặt tri. 13
2.4. Các thành phần bc x mặt tri tới bộ thu 14
2.5. Công nghệ điện mặt tri 14
2.5.1. Công nghệ nhiệt mặt tri nhiệt độ thấp 14
2.5.2. Công nghệ nhiệt mặt tri nhiệt độ cao 15
2.6. Tuabin hơi nước 16
2.6.1. Sơ lược về tuabin hơi 16
2.6.2. Nguyên lý làm việc ca tuabin hơi 17
2.7. Chu trình Rankine 18
Chương III: Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời 20

3.1. Năng lượng bc x mặt tri 20
3.2. Tổng cưng độ bc x mặt tri lên bề mặt trên Trái đất 24
3.3. Bc x mặt tri truyền qua kính 26
3.4. Đo cưng độ bc x mặt tri. 27
3.5. Các loi gương phn x năng lượng mặt tri 27
Chương IV: Khảo sát, đánh giá lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời 32

4.1. Đánh giá chung về thuận lợi ti tỉnh Ninh Thuận trong việc lắp đặt nhà máy
điện mặt tri 32
4.1.1. Gii thích một số thuật ngữ, nội dung và phương pháp tính một số chỉ
tiêu thống kê khí hậu. 32
4.1.2. Điều kiện thuận lợi phát triển năng lượng mặt tri ti Ninh Thuận 33
4.2. Lựa chọn vị trí lắp đặt, công suất nhà máy 35
4.2.1. Lựa chọn vị trí lắp đặt 35

4.2.2. Lựa chọn công suất nhà máy 35
4.β.γ.Tính toán lượng hơi cần thiết để cung cấp cho tuabin 36
4.3. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri dùng gương parapol trụ,
dầu tổng hợp làm dung môi truyền nhiệt 38
4.3.1. Nguyên lý hot động ca nhà máy 38
vii

4.3.2. Năng lượng hóa hơi một lít nước 39
4.3.3. Thông số, thành phần ca bộ thu 40
4.3.4. Hệ thống dự trữ nhiệt vào ban đêm 42
4.4. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri dùng gương parapol trụ
làm bộ thu, hỗn hợp muối nóng chy làm dung môi truyền nhiệt. 44
4.5. Công nghệ nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri dùng gương phẳng 47
4.5.1. Nguyên lý hot động 47
4.5.2. Năng lượng mặt tri do bộ thu hấp thụ 47
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài 50

5.1. Kết luận 50
5.1.1. Các kết qu đt được trong đề tài. 50
5.1.2. Các hn chế trong đề tài 50
5.2. Hướng phát triển ca đề tài 50
Tài liệu tham kho 51
Phụ lục 52

viii

Danh sách các hình

Hình 1.1μ Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm β006 (nguồn IEA, β008) 3
Hình 1.β Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1λ80 và dự báo đến nămβ0γ0 4

Hình 2.1. Bề ngoài ca mặt tri 8
Hình 2.2. Cấu trúc ca mặt tri 9
Hình 2.3 nh hưng chuyển động qu đất lên bc x mặt tri tới trái đất 13
Hình 2.4 Các thành phần bc x mặt tri tới bộ thu 14
Hình 2.5 : Hộp thu năng lượng mặt tri hiệu ng nhà kính 15
Hình 2.6 : Nhà máy nhiệt điện mặt tri sử dụng đĩa parapol 16
Hình 2.7: Nhà máy nhiệt điện mặt tri sử máng parapol 16
Hình β.8μ Sơ đồ nguyên lý làm việc ca tuabin hơi 17
Hình 2.9: Chu trình Rankine 18
Hình 3.1 Dãi bc x điện từ 20
Hình 3.2. Góc nhìn mặt tri 21
Hình γ.γ. Quá trình truyền năng lượng bc x mặt tri qua lớp khí quyển ca trái
đất 23
Hình γ.4. Phân bố E0 ca mặt tri 23
Hình γ.5. Sơ đồ phân bố các thành phần bc x khếch tán 25
Hình 3.6. Hiệu ng lồng kính 26
Hình γ.7 aμ Máy đo bc x nhiệt SL β00 27
Hình γ.7 bμ Máy đo bc x nhiệt G-3202-18 27
Hình 3.8. Hệ gương và mặt thu 29
Hình γ.λ. Gương phẳng 30
Hình 3.10. Gương parabol trụ - khai triển và tính toán 31
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý chu trình Rankine 36
Hình 4.β. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt tri sử dụng máng parapol
trụ 38
Hình 4.3. Collector parapol trụ 39
Hình 4.4. Lắp đặt các máng parapol trụ 44
Hình 4.5 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt tri sử dụng gương phẳng 47
ix

Danh sách các bảng

Bng 1.1: Tình hình phát triển điện mặt tri trên thế giới. 5
Bng 4.1. Thống kê số gi nắng các tháng trong năm từ 2008 – 2012 33
Bng 4.2 Thống kê nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm từ 2008 - 2012 33

1. Tổng quan
1

Chương I
Tổng quan

1.1 Đặt vấn đề
Sự tăng trưng mnh về kinh tế kéo theo nhu cầu về năng lượng tăng trên toàn cầu
nói chung và Việt Nam nói riêng. Các nguồn năng lượng hiện đang khai thác như
than đá, khí, dầu là các nguồn năng lượng ch yếu, các nguồn năng lượng này
đang dần cn kiệt và đắt đỏ, xu hướng chung ca toàn thế giới trong nhưng năm qua
và trong tương lai đang và sẽ tăng cưng khai thác các nguồn năng lượng sch có
tiềm năng lớn và dồi dào trong tự nhiên như năng lượng mặt tri, năng lượng địa
nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng gió, biogas
Năng lượng mặt tri là năng lượng được to ra từ ánh sáng mặt tri. Nguồn năng
lượng này có thể tái to được và gần như vô tận đối với con ngưi, không gây ô
nhiễm môi trưng
Trong khi các dng năng lượng truyền thống ngày càng cn kiệt và các cuộc khng
hong về năng lượng diễn ra ngày càng nặng nề, thì việc nghiên cu nhằm khai thác
các nguồn năng lượng có thể tái to đã được chú ý phát triển. Các dng năng lượng
tái to đang được nghiên cu phát triển hiện nay là năng lượng mặt tri, năng lượng
sinh khối (chất đốt thực vật, khí biogas…), năng lượng gió, năng lượng nước (thuỷ
năng),vv Về thực chất, các dng năng lượng tái to đều có xuất x từ năng lượng
mặt tri. Đến nay, năng lượng tái to phát triển nhanh nhất thế giới có ng dụng
hiệu qu vào đi sống là điện mặt tri với tốc độ tăng trưng bình quân hằng năm là

60% ch yếu  Nhật Bn, Đc và Mỹ.
Ti Việt Nam, theo các nhà nghiên cu trên thế giới, Việt Nam có tiềm năng rất lớn
về năng lượng mặt tri. Cưng độ bc x mặt tri trung bình ngày trong năm  phía
Bắc là 3,69KWh/1m
2
và phía Nam là 5,9KWh/1m
2
, số gi gi nắng trong một năm
 miền Bắc khong 1.600h và  miền Nam khong β.600h. Điện lưới quốc gia ngày
1. Tổng quan
2

càng quá ti trong việc cung cấp điện kinh doanh và cho sinh hot bình thưng.
Thiếu điện dẫn đến cắt điện luân phiên và việc tăng giá điện đã gây nh hưng
không nhỏ tới cuộc sống ca ngưi dân nói riêng cũng như hot động sn xuất kinh
doanh nói chung. Việc sử dụng nguồn năng lượng mặt tri dồi dào vô tận đang tr
thành vấn đề mà ngưi dân và doanh nghiệp đã bắt đầu quan tâm.
1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng khô nóng, gió
nhiều, bốc hơi mnh, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26-27
0
C. Tỉnh Ninh Thuận có
cưng độ chiếu x mặt tri lớn, thi gian chiếu sáng dài và đồng đều nên có điều
kiện tiếp nhận hàng năm một lượng bc x mặt tri rất lớn: trên 190 kcal/cm
2
, trong
đó tháng ít nhất cũng 14 kcal/cm
2
. Số gi nắng trung bình c năm trong khong
2.600-2.800 h, tổng nhiệt độ trong năm khong 9.500 - 10.0000

o
C, phân bố tương
đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói hơn λ0% số ngày
trong năm có thể sử dụng được năng lượng mặt tri. Số tháng nắng trong nămμ λ
tháng/năm (tương đương 200 ngày nắng/năm). Vì vậy, tỉnh Ninh Thuận là một
trong những tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt tri lớn, rất thuận lợi cho việc xây
dựng nhà máy điện năng lượng mặt tri.
Nhiệm vụ chính ca đề tài này là nghiên cu công nghệ xây dựng nhà máy điện năng
lượng mặt tri phù hợp nhất đặt ti tỉnh Ninh Thuận cụ thể là ti huyện Thuận Nam,
nhằm đáp ng nhu cầu điện năng cho các hộ dân đang sinh sống trên địa bàn huyện.
Trong đề tài này ngưi nghiên cu đã đưa ra ba công nghệ nhà máy điện mặt tri
khác nhau, sau đó tính toán, so sánh các số liệu có được để lựa chọn công nghệ phù
hợp nhất.
1.3. Nhu cầu năng lượng thế giới
Hầu hết nhu cầu năng lượng ca thế giới được cung cấp bi nhiên liệu hóa thch là
dầu, khí đốt tự nhiên và than đá (hình 1.1). Việc cung cấp năng lượng chính trong
năm β006 là hơn 80%, trong khi năng lượng tái to vẫn chiếm một tỷ lệ nhỏ. Nguồn
tài nguyên hóa thch là hữu hn, phân phối không đồng đều. Việc khai thác, sn
1. Tổng quan
3

xuất, chuyển đổi các dng năng lượng sẽ phát thi chất gây ô nhiễm, to nên hiệu
ng nhà kính, tác động thay đổi khí hậu toàn cầu.
Gii quyết vấn đề tính bền vững và hữu ích. Năm 1λ87 báo cáo Brundtland Uỷ ban
Môi trưng thế giới và Phát triển, gọi là “ tương lai ca chúng ta”, cnh báo thế giới
tính cấp bách về việc cần phi phát triển kinh tế đồng thi duy trì, không làm cn
kiệt tài nguyên thiên nhiên hoặc thiệt hi môi trưng. Báo cáo cung cấp một tuyên
bố quan trọng về phát triển bền vững, xác định "phát triển đáp ng nhu cầu ca hiện
ti không nh hưng đến kh năng ca các thế hệ tương lai”, Để đáp ng nhu cầu
đó, hệ thống năng lượng hiện nay không bền vững. Chúng đã góp phần phát triển xã

hội sau cuộc cách mng công nghiệp và chịu trách nhiệm về các tiêu chuẩn sống
hiện nay. Điều đó sẽ gây ra suy gim trong một vài thế kỷ tới, các nguồn tài nguyên
quý giá được hình thành từ vài triệu năm trước.
Nhu cầu năng lượng trên thế giới ngày càng tăng cao (hình 1.β), các nguồn tài nguyên
sẽ ngày càng cn kiệt, do đó con ngưi phi tìm ra các nguồn năng lượng mới, phát
triển bền vững, một trong các nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt tri.

Hình 1.1: Tỉ lệ nguồn năng lượng trên thế giới năm 2006 (nguồn IEA, 2008)

34.4%
26.0%
20.5%
10.1%
6.2%
2.2%
0.6%
Dầu FO
Than đá
Khí đốt
Biomass và
rác thi
Ht nhân
Thy điện
nhiên liệu
khác
0.0%
5.0%
10.0%
15.0%
20.0%

25.0%
30.0%
35.0%
40.0%
1. Tổng quan
4


Hình 1.2 Nhu cầu năng lượng thế giới từ 1980 và dự báo đến năm2030
(nguồn IEA, 2008)
1.4. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.4.1. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
Điện mặt tri được các nhà khoa học đề cập vào những năm đầu thập kỷ 70. Trong
quá kh và hiện nay sử dụng năng lượng điện mặt tri cho truyền thông vệ tinh, cho
khu dân cư và ti là công nghiệp.  Mỹ, Nhật và một số nước Châu Âu nhưμ Đc,
Pháp…vv đã có nhiều nghiên cu cũng như xây dựng, đưa vào hot động các nhà
máy điện năng lượng mặt tri với những công nghệ khác nhau.
Công viên mặt tri Okhotnikovo, to lc trên bán đo Crimea, miền nam Ukraine, là
nhà máy điện mặt tri lớn nhất ti trung và đông Âu, sn xuất đ điện để cung cấp
cho khong 20.000 hộ gia đình.
Nhà máy điện mặt tri Okhotnikovo rộng 160 héc-ta và bao gồm 560.000 tấm thu
năng lượng mặt tri. Nhà máy, với công suất 80 MWp, đã hoàn thành giai đon 1 và
2 hồi tháng 7/2011 và 3 và 4 hồi tháng 10. Nhà máy điện mặt tri Okhotnikovo
được xem là dự án xanh hàng đầu ca Ukraine. Việc nhà máy Okhotnykovo đi vào
hot động sẽ giúp gim 80.000 tấn khí thi các-bon ca Ukraine mỗi năm.
283
309
347
366
421

510
563
613
665
722
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Năm
1980
Năm
1985
Năm
1990
Năm
1995
Năm
2003
Năm
2010
Năm
2015
Năm
2020

Năm
2025
Năm
2030
Q. Btu
1. Tổng quan
5

Để nắm rõ hơn về tình hình nghiên cu, ng dụng năng lượng mặt tri trên thế giới
ta có thể kho sát các số liệu dưới đây
Bảng 1.1: Tình hình phát triển điện mặt tri trên thế giới.

Thông số thống kê
Công suất lắp đặt
Lắp đặt mới năm β010, toàn thế giới
16.6 GW
Tổng lắp đặt tính đến cuối năm β010
39.5 GW
Điện năng sn xuất từ pin mặt tri năm β010 toàn thế giới
47000 GWh
Lượng phát điện ròng  Đc năm β00λ
617000 GWh
Sn lượng điện thương mi Việt Nam 2010
86000 GWh
(Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver)
1.4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam.
Về vấn đề này hiện nay  Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước đây thì
nhà nước chưa quan tâm nhưng 5 năm tr li đây thì có chuyển biến khá mnh
mẽ. Từ đó có chính sách hổ trợ nghiên cu và đầu tư cho nguồn này. Cũng do thiếu
điện nên nay là cơ hội cho năng lượng tái to phát triển. Đầu tư cũng khá lớn như

vay tiền ngân hàng thế giới, dự án ODA Phần Lan cung cấp điện mặt tri cho
khong 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa.
Việc hợp tác với các Tổ chc Phi chính ph trong lĩnh vực này cũng nhiều. Hiện
nay ti trung tâm Năng Lượng Mới thuộc Đi học Bách khoa Hà Nội có nhiều hợp
tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chc trên thì
trung tâm này còn thưng xuyên nghiên cu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung
cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái to ti hơn γ0 tỉnh thành trên c nước
chưa có điện lưới quốc gia nhưμ Tỉnh Bắc Giang, Bình Định, Qung Trị vv.
1. Tổng quan
6

ng dụng nhiệt mặt tri  nước ta mới ch yếu là để thiết kế, sn xuất, lắp đặt các
thiết bị đun nước nóng sinh hot cho hộ gia đình, khách sn, trưng học, bệnh viện,
khong 1,5 triệu m
2
đã được lắp đặt.
Theo thống kê ca Bộ công thương, tỉ lệ năng lượng tái to ti nước ta tính đến năm
2007 chiếm khong 2.1% tổng công suất lắp đặt, trong đó năng lượng mặt tri
chiếm 0.008%.
1.5. Mục tiêu và giới hạn của đề tài
Mục tiêu ca đề tài là đánh giá tiềm năng năng lượng mặt tri ti tỉnh Ninh Thuận,
nghiên cu công nghệ nhiệt điện năng lượng mặt tri phù hợp áp dụng ti tỉnh Ninh
Thuận. Trong đó mục tiêu cụ thể là xác định công nghệ, tính toán công suất lắp đặt,
xác định phương án lắp đặt nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt tri ti huyện Thuận
Nam tỉnh Ninh Thuận.
Giới hn ca đề tài là chỉ mới kho sát, tính toán được công suất cho nhà máy ti
một huyện, chưa tính toán được chi phí sn xuất.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cu được sử dụng trong luận văn bao gồm:
- Kho sát, phân tích tổng hợp

- Sử dụng các phương pháp thống kê để nghiên cu và phân tích dữ liệu.
- Nghiên cu, đánh giá, so sánh các công nghệ xây dựng nhà máy điện mặt
tri, sau đó chọn lựa công nghệ phù hợp nhất đối với địa phương nghiên cu
1.7. Nội dung luận văn
Phần còn li ca nội dung luận văn bao gồm:
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày sơ lược lý thuyết mặt tri, bc x mặt tri, tua bin hơi nước
Chương 3. Bức x mặt trời và bộ thu bức x mặt trời
1. Tổng quan
7

Chương này trình bày các tính chất, phương pháp xác định bc x năng lượng mặt
tri. Các bộ thu năng lượng mặt tri
Chương 4. Kho sát đánh giá, lựa chọn công nghệ nhà máy điện mặt trời
Chương này trình bày những điều kiện thuận lợi  tỉnh Ninh Thuận để xây dựng
nhà máy nhiệt điện mặt tri. Lựa chọn vị trí lắp đặt, các công nghệ nhà máy nhiệt
điện mặt tri khác nhau. ng với mỗi công nghệ có sự so sánh và lựa chọn công
nghệ phù hợp nhất.
Chương 5. Kết luận và hướng phát triển của đề tài
Chương này trình bày các kết qu đt được trong luận văn, các mặt hn chế và
hướng phát triển ca đề tài.



2. Cơ sở lý thuyết
8

Chương II

Cơ sở lý thuyết

2.1. Mặt trời, cấu tạo của mặt trời


Hình 2.1. Bề ngoài của mặt trời

Mặt tri là một khối khí hình cầu có đưng kính 1,390.106 km (lớn hơn 110
lần đưng kính trái đất), cách xa trái đất 150106 km (bằng một đơn vị thiên văn
AU ánh sáng mặt tri cần khong 8 phút để vượt qua khong này đến trái
đất). Khối lượng mặt tri khong Mo = 2.1030 kg. Nhiệt độ ti trung tâm
mặt tri thay đổi trong khong từ 10.10
6
K đến 20.10
6
K, trung bình khong
15600000 K.  nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự
thông thưng gồm các nguyên tử và phân tử. Nó tr thành plasma trong đó các ht
nhân ca nguyên tử chuyển động tách biệt
với các electron. Khi các ht nhân tự do
có va chm với nhau sẽ xuất hiện
những vụ nổ nhiệt hch. Khi quan sát tính chất
ca vật chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được ca mặt tri, các nhà khoa
học đã kết luận rằng có phn ng nhiệt hch xy ra  trong lòng mặt tri.
2. Cơ sở lý thuyết
9

Về cấu trúc, mặt tri có thể chia làm 4 vùng, tất c hợp thành một khối cầu khí
khổng lồ. Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi” có những chuyển động đối lưu, nơi xy
ra những phn ng nhiệt ht nhân to nên nguồn năng lượng mặt tri, vùng
này có bán kính khong 175.000km, khối lượng riêng 160 kg/dm

3
, nhiệt độ ước
tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khong hàng trăm tỷ atmotphe. Vùng kế tiếp
là vùng trung gian còn gọi là vùng “đổi ngược” qua đó năng lượng truyền từ trong
ra ngoài, vật chất  vùng này gồm có sắt (Fe), can xi (Ca), nátri (Na), stronti
(Sr), crôm (Cr), kền (Ni), cácbon ( C), silíc (Si) và các khí như hiđrô (Hβ), hêli
(He), chiều dày vùng này khong 400.000 km. Tiếp theo là vùng “đối lưu” dày
1β5.000 km và vùng “quang cầu” có nhiệt độ khong 6000 K, dày 1000 km 
vùng này gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ to ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt
độ thấp khong 4500 K và các tia lửa có nhiệt độ từ 70000 K -10000 K. Vùng
ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” ca mặt tri.

Hình 2.2. Cấu trúc của mặt trời
Nhiệt độ bề mặt ca mặt tri khong 5762 K nghĩa là có giá trị đ lớn để các
nguyên tử tồn ti trong trng thái kích thích, đồng thi đ nhỏ để  đây thỉnh
thong li xuất hiện những nguyên tử bình thưng và các cấu trúc phân tử. Dựa
2. Cơ sở lý thuyết
10

trên cơ s phân tích các phổ bc x và hấp thụ ca mặt tri ngưi ta xác định được
rằng trên mặt tri có ít nhất 2/3 số nguyên tố tìm thấy trên trái đất. Nguyên tố phổ
biến nhất trên mặt tri làn guyên tố nhẹ nhất Hydro. Vật chất ca mặt tri bao gồm
chừng 92,1% là Hydro và gần 7,8% là Hêli, 0,1% là các nguyên tố khác. Nguồn
năng lượng bc x ch yếu ca mặt tri là do phn ng nhiệt hch tổng hợp ht
nhân Hydro, phn ng này đưa đến sự to thành Hêli. Ht nhân ca Hydro có một
ht mang điện dương là proton. Thông thưng những ht mang điện cùng dấu đẩy
nhau, nhưng  nhiệt độ đ cao chuyển động ca chúng sẽ nhanh tới mc chúng có
thể tiến gần tới nhau  một khong cách mà  đó có thể kết hợp với nhau dưới tác
dụng ca các lực hút. Khi đó c 4 ht nhân Hyđrô
li to ra một ht nhân Hêli, β

neutrino và một lượng bc x


.
4H
1
1

→
He
2
4

+ 2 Neutrino +


. (2.1)
Neutrino là ht không mang điện, rất bền và có kh năng đâm xuyên rất lớn. Trong
quá trình diễn biến ca phn ng có một lượng vật chất ca mặt tri bị mất đi.
Khối lượng ca mặt tri do đó mỗi giây gim chừng 4.10
6

tấn, tuy nhiên theo các
nhà nghiên cu, trng thái ca mặt tri vẫn không thay đổi trong thi gian hàng
tỷ năm nữa. Mỗi ngày mặt tri sn xuất một nguồn năng lượng qua phn ng
nhiệt hch lên đến 9.10
24

KWh (tc là chưa đầy một phần triệu giây mặt tri đã
gii phóng ra một lượng năng lượng tương đương với tổng số điện năng sn xuất

trong một năm trên trái đất).
2.2. Các phản ứng hạt nhân trong mặt trời
2.2.1. Phản ứng tổng hợp hạt nhân Hêli
Trong quá trình hình thành, nhiệt độ bên trong mặt tri sẽ tăng dần. Khi vùng
tâm mặt tri đt nhiệt độ T
≥
10
7
K, thì có đ điều kiện để xy ra phn ng tổng
hợp Hêli từ Hydrô, theo phương trình μ
4H
1

→
He
4

+ q.
(2.2)


2. Cơ sở lý thuyết
11

Đây là phn ng sinh nhiệt q = ∆m.c
2
, trong đó c = 3.10
8
m/s làvận tốc ánh sáng
trong chân không, ∆m = (4m

H

- m
He
) là độ hụt khối, được biến thành năng lượng
theo phương trình Einstein. Mỗi 1kg ht nhân H
1

chuyển thành He
4

thì bị hụt một
khối lượng ∆m = 0,01kg, và gii phóng ra năng lượngμ
q = ∆m.c
2

= 0,01.(3.10
8
)
2

= 9.10
14

J
(2.3)

Lượng nhiệt sinh ra sẽ làm tăng áp suất khối khí, khiến mặt tri phát ra ánh sáng và
bc x, và n ra cho đến khi cân bằng với lực hấp dẫn. Mỗi giây mặt tri tiêu hy
hơn 420 triệu tấn hydro, gim khối lượng ∆m = 4,β triệu tấn và phát ra năng lượng

Q = 3,8.10
26
W.
Để đơn gin ta có thể hình dung như sauμ
- Ta có 1g proton

H
1
tham gia phn ng to ra một lượng năng lượng là
6.3.10
11
J.
- Công suất bc x mặt tri: 3,865.10
26
J/s, gần bằng năng lượng đốt cháy hết
1,32.10
16
tấn than
- Qu đất nhận được 17,57.10
16
J/s, tương đương đốt cháy 6.10
6
tấn than.
Giai đon đốt Hydro ca mặt tri được khi động cách đây 4,5 tỷ năm, và còn tiếp
tục trong khong 5,5 tỷ năm nữa.
2.2.2. Phản ứng tổng hợp Cácbon và các nguyên tố khác
Khi nhiên liệu H
2

dùng sắp hết, phn ng tổng hợp He sẽ yếu dần, áp lực bc x

bên trong không đ mnh để cân bằng lực nén do hấp dẫn, khiến thể tích co li.
Khi co li, khí He bên trong bị nén nên nhiệt độ tăng dần, cho đến khi đt tới nhiệt
độ10
8
K, sẽxy ra phn ng tổng hợp nhân Cacbon từ He :
3He
4

→
C
12

+ q (2.4)
Phn ng này xy ra  nhiệt độ cao, tốc độ lớn, nên thi gian cháy He chỉ bằng
1/30 thi gian cháy H
2

khong 300 triệu năm. Nhiệt sinh ra trong phn ng làm
tăng áp suất bc x, khiến ngôi sao n ra hàng trăm lần so với trước. Lúc này mặt
ngoài sao nhiệt độ khong 4000K, có màu đỏ, nên gọi là sao đỏ khổng lồ. Vào thi
điểm là sao đỏ khổng lồ, mặt tri sẽ nuốt chửng sao Thy và sao Kim, nung trái
2. Cơ sở lý thuyết
12

đất đến 1500K thành 1 hành tinh nóng chy, kết thúc sự sống ti đây.
Kết thúc quá trình cháy Heli, áp lực trong sao gim, lực hấp dẫn ép sao co li, làm
mật độ và nhiệt độ tăng lên, đến T= 5.10
6
K sẽ xy ra phn ng to Oxy:
4C

12
→
3O
16

+ q (2.5)

Quá trình cháy xy ra như trên, với tốc độ tăng dần và thi gian ngắn dần. Chu
trình cháy - tắt - nén - cháy được tăng tốc, liên tiếp thực hiện các phn ng to
nguyên tố mới O
16

-> Ne
20

-> Na
22

-> Mg
24

-> Al
26

-> Si
28

-> P
30

-> S
32

-> -> Cr
52

-
> Mn
54

-> Fe
56

Các phn ng trên đã to ra hơn 20 nguyên tố, tận cùng là sắt Fe
56
(gồm 26 proton
và 30 netron), toàn bộ quá trình được tăng tốc, xy ra chỉ trong vài triệu năm. Sau
khi to ra sắt Fe
56
, chuỗi phn ng ht nhân trong ngôi sao kết thúc, vì việc tổng
hợp sắt thành nguyên tố nặng hơn không có độ hụt khối lượng, không phát sinh
năng lượng, mà cần phi cấp thêm năng lượng.
2.3. Bản chất của bức xạ mặt trời.
Sóng điện từ, có phổ bước sóng rất rộng,  = (10-10 ÷>1014)m (tia vũ trụ đến
sóng vô tuyến điện).
Năng lượng bc x mặt tri tập trung ch yếu trong vùng phổ từ 0,β đến γ m,
chiếm khong 80% năng lượng bc x mặt tri.
Mắt ngưi nhận được vùng sóng có  = (0.4 ÷ 0.78) m , ánh sáng nhìn thấy
 ngoài vũ trụ (ngoài tầng khí quyển qu đất) mật độ năng lượng mặt tri không đổi
và bằng Isc = 1364 W/m

2
gọi là hằng số mặt tri.
Ngoài vũ trụ bc x mặt tri chỉ có một thành phần là các tia mặt tri truyền thẳng
gọi là trực x.

2. Cơ sở lý thuyết
13

2.3.1. Bức xạ mặt trời tới bề mặt trái đất - ảnh hưởng của lớp khí quyển
Qu đất bị bao quanh bi một lớp khí quyển, lớp khí quyển này có bề dày khong
10km. Nó bao gồm các phân tử khí nhưμ O
2
, N
2
, CO
2
, NO
x
, SO
x
…vv, hơi nước và
các ht bụi.
Khi tia mặt tri xuyên qua lớp khí quyển này sẽ bị:
- Các phân tử khí, hơi nước, bụi…… làm tán x và hấp thụ một phần năng
lượng, nên khi đến mặt đất chỉ còn khong 70% năng lượng mặt tri ngoài vũ
trụ và mật độ cực đi 1000W/m
2
.
- Do bị tán x nên tới mặt đất bc x mặt tri có 2 thành phần là trực x và
nhiễu x. Thành phần nhiễu x đến điểm quan sát trên mặt đất từ mọi phương

ca bầu tri. Tỷ lệ các thành phần phụ thuộc vào thi gian, vị trí quan sát và
vào thi tiết.
- Tổng trực x và nhiễu x gọi là tổng x.
2.3.2. Bức xạ mặt trời tới bề mặt trái đất - ảnh hưởng của chuyển động quả đất –
mặt trời.
Qu đất quay xung quanh mặt tri với chu kỳ 365,25 ngày, chuyển động quay xung
quanh trục riêng Bắc – Nam với chu kỳ 24 gi. Trục quay riêng Bắc – Nam to một
góc 23,45
0
, do đó năng lượng mặt tri luôn thây đổi theo thi gian và vĩ độ.

Hình 2.3 nh hưởng chuyển động qu đất lên bức x mặt trời tới trái đất
2. Cơ sở lý thuyết
14

2.4. Các thành phần bức xạ mặt trời tới bộ thu
Khi bc x mặt tri chiếu tới bộ thu năng lượng mặt tri sẽ bao gồm các thành phần
sau:
- Tia trực x: Các tia đi thẳng từ mặt tri
- Tia tán x: Các tia mặt tri đến bộ thu từ
mọi hướng trên bầu tri do các chúng bị
tán x trên các phận tử khí, ht bụi, hơi
nước… trong lớp khí quyển qu đất
- Tia phn x: Các tia phn x từ mặt nền
xung quanh bộ thu, các tia phn x này
phụ thuộc vào hệ số phn x ca mặt nền.
Hình 2.4 Các thành phần bức x
mặt trời tới bộ thu
2.5. Công nghệ điện mặt trời
Công nghệ điện mặt tri bao gồm công nghệ quang điện và công nghệ nhiệt điện

mặt tri, nhưng trong phm vi ca đề tài, tác gi đang nghiên cu và ng dụng công
nghệ nhiệt điện mặt tri nên chỉ trình bày lý thuyết tổng quan về công nghệ này.
Công nghệ nhiệt mặt tri biến đổi năng lượng bc x mặt tri thành nhiệt năng.
Ngưi ta sử dụng bộ thu hội tụ đi kèm bộ dõi theo mặt tri, để hội tụ các tia mặt tri
đúng diện tích cần thiết kế. Đối với các bộ thu không yêu cầu độ hội tụ cao thì sự
định hướng bộ thu có thể chỉ cần điều chỉnh vài ba lần trong một ngày và có thể
thực hiện bằng tay. Nhưng với các bộ thu yêu cầu độ hội tụ cao thì cần phi điều
chỉnh sự định hướng bộ thu một cách liên tục. Đa số các bộ hội tụ này là các bộ hội
tụ máng parabol, các tia sáng mặt tri được hội tụ li trên đưng tiêu điểm hội tụ.
2.5.1. Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp
Công nghệ mặt tri nhiệt độ thấp dựa trên hiện tượng hiệu ng nhà kính.
Kính dùng trong hiệu ng nhà kính có tính chất sau:
2. Cơ sở lý thuyết
15

- Cho ánh sáng có bước sóng  < 0,8 m qua dễ dàng, ngăn không cho ánh
sáng có  > 0,8 m.
- Khong hơn 70% năng lượng mặt tri tập trung  vùng phổ  < 0,8 m.
 Hộp thu năng lượng mặt trời hiệu ứng nhà kính.

Hình 2.5 : Hộp thu năng lượng mặt trời hiệu ứng nhà kính

Các tia bc x mặt tri có  < 0,8 m xuyên qua tấm kính đậy. Cá tia mặt tri tới
tấm hấp thụ bị hấp thụ và chuyển thành nhiệt. Tấm hấp thụ nóng lên và phát ra các
tia sóng dài,  > 0,8 m, nên bị kính ngăn li.
Kết quμ năng lượng mặt tri đi vào hộp, không ra được, lúc này hộp có vai trò
giống như là “bẫy nhiệt”. Năng lượng mặt tri tích tụ li trong hộp, làm tấm hấp
thụ và không khí trong hộp nóng lên hàng trăm độ. Đây chính là hiện tượng hiệu
ng nhà kính.
2.5.2. Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ cao

 Nguyên lý:
Sử dụng các thiết bị hội tụ bc x mặt tri trong một diện tích lớn vào một
khu vực có diện tích nhỏ, do đó tăng mật độ năng lượng làm tăng nhiệt độ
(hàng trăm hay hàng nghìn độ C)
 Các thiết bị hội tụ:
- Gương cầu, gương parabol
2. Cơ sở lý thuyết
16

- Máng parabol
- Các gương phẳng phn x hội tụ

Hình 2.6 : Nhà máy nhiệt điện mặt trời
sử dụng đĩa parapol
Hình 2.7: Nhà máy nhiệt điện mặt trời
sử máng parapol
2.6. Tuabin hơi nước
2.6.1. Sơ lược về tuabin hơi
Tuabin hơi nước hay còn gọi là động cơ hơi nước, trong đó thế năng ca hơi ban
đầu sẽ chuyển hóa thành động năng, sau đó chuyển thành cơ năng làm quay bánh
công tác
Các thông số ban đầu ca tuabin là áp suất p
o
, nhiệt độ t
o
ca dòng hơi trước van
stop (trước khi vào tuabin). Các thông số cuối ca dòng hơi là áp suất và nhiệt độ
ca nó  ngay sau mặt bích ca ống thoát tuabin.
Các thông số định mc ca tuabin: số vòng quay, áp suất và nhiệt độ, nước…
Các thông số tính toán mà nhà chế to đã ghi trong lý lịch ca tuabin. Với các thông

số đó sẽ bo đm công suất định mc ca tuabin.

2. Cơ sở lý thuyết
17

2.6.2. Nguyên lý làm việc của tuabin hơi


1
2
3
4
5
6
7
10
8
9

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tuabin hơi
1. Lò hơi 1μ trong đó nước cấp dưới áp suất tương ng sẽ chuyển hóa thành hơi bão hòa.
2. Bộ quá nhiệt 2:  đây sẽ làm tăng nhiệt độ hơi tới giá trị đã cho.
3. Tuabin γμ Trong đó thế năng ca hơi nước chuyển hóa thành động năng, còn
động năng chuyển hóa thành cơ năng trên trục.
4. Máy phát điện
5. Bình ngưng 5μ Dùng để làm ngưng tụ hơi thoát khỏi tuabin.
6. Bơm nước ngưng 6μ Để bơm nước ngưng vào hệ thống gia nhiệt hồi nhiệt (
7&10).
7. Bình gia nhiệt h ápμ nước ti đây được gia nhiệt một phần
8. Bình khử khí 8: Ch yếu để khử khí oxi trong nước cấp.

9. Bơm nước cấp λμ Để bơm nước cấp vào lò hơi.
10. Bình gia nhiệt cao ápμ nước được gia nhiệt với áp suất cao

2. Cơ sở lý thuyết
18

2.7. Chu trình Rankine
5
T
1
2
2'
3
4
s
P
2
W
T
W
T
Q
in
Q
out
W
P
Q
out
1

2
2'
Bình ngưng
Turbine hơi
Bơm
3
W
P
4
5
Q
in
Lò hơi
P
1
Điểm tới hn

a b
Hình 2.9: Chu trình Rankine
Chu trình Carno có một số nhược điểm khi áp dụng cho khí thực, nên thực tế ngưi
ta áp dụng chu trình ci tiến gần với chu trình này gọi là chu trình Rankine. Chu
trình Rankine là chu trình thuận chiều, biến nhiệt thành công.
Chu trình Rankine là chu trình nhiệt được ng dụng trong tất c các lọai nhà máy
nhiệt điện, môi chất làm việc trong chu trình là nước và hơi nước. Tất c các thiết bị
ca các nhà máy nhiệt điện đều giống nhau trừ thiết bị sinh hơi. Trong thiết bị sinh
hơi, nước nhận nhiệt để biến thành hơi. Đối với nhà máy nhiệt điện, thiết bị sinh hơi
là lò hơi, trong đó nước nhận nhiệt từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thch (dầu,
than đá,), hoặc nguồn năng lượng tái to biomass Đối với nhà máy điện mặt tri
hoặc địa nhiệt, nước nhận nhiệt từ năng lượng mặt tri hoặc từ nhiệt năng trong
lòng đất. Đối với nhà máy điện nguyên tử, thiết bị sinh hơi là thiết bị trao đổi nhiệt,

trong đó nước nhận nhiệt từ chất ti nhiệt trong lò phn ng ht nhân
Sơ đồ thiết bị ca chu trình nhà máy nhiệt điện được trình bày trên hình 2.9 a, gồm các
thiết bị chính để biến đổi năng lượng là lò hơi, turbine, bình ngưng, máy bơm cùng một
số thiết bị phụ khác. Đồ thị T - s ca chu trình được biểu diễn trên hình β.9 b.
2. Cơ sở lý thuyết
19

Nước ngưng trong bình ngưng (trng thái β’ trên đồ thị) có thông số P
2
, T
2
, s
2
, được
bơm vào thiết bị sinh hơi, áp suất tăng từ P
2
đến áp suất P
1
(quá trình β’- 3). Trong
thiết bị sinh hơi, nước trong các ống sinh hơi nhận nhiệt tỏa ra từ quá trình cháy,
nhiệt độ tăng lên đến điểm sôi (quá trình γ - 4), hoá hơi (quá trình 4 - 5) và tr thành
hơi quá nhiệt  bộ quá nhiệt (quá trình 5 - 1). Quá trình 3 - 4 - 5 - 1 là quá trình hóa
hơi đẳng áp  áp suất P
1
không đổi. Hơi ra khỏi bộ quá nhiệt ( trng thái 1) có
thông số P
1
, T
1
đi vào turbine,  đây hơi dãn n đon nhiệt đến trng thái β, biến

nhiệt năng thành cơ năng (quá trình 1 - 2) và sinh công trong turbine. Hơi ra khỏi
turbine có thông số P
2
, T
2
, đi vào bình ngưng, ngưng tụ thành nước (quá trình β -
β’), rồi li được bơm tr về lò. Quá trình nén đon nhiệt trong bơm có thể xem là
quá trình nén đẳng tích vì nước không chịu nén (thể tích ít thay đổi).

3. Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời
20

Chương III

Bức xạ mặt trời và bộ thu bức xạ mặt trời

3.1. Năng lượng bức xạ mặt trời
Tất c các dng ca bc x điện từ đều có bn chất sóng và chúng khác nhau  bước
sóng. Bc x  là sóng ngắn nhất trong các sóng đó (hình 3.1), từ tâm mặt tri đi ra
do sự va chm hoặc tán x mà năng lượng ca chúng gim đi và bây gi chúng ng
với bc x có bước sóng dài. Như vậy bc x chuyển thành bc x Rơnghen có
bước sóng dài hơn. Gần đến bề mặt mặt tri nơi có nhiệt độ đ thấp để có thể tồn ti
vật chất trong trng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xy ra.

Hình 3.1 Dãi bức x điện từ
Đặc trưng ca bc x mặt tri truyền trong không gian bên ngoài mặt tri là một
phổ rộng trong đó cực đi ca cưng độ bc x nằm trong di 10
-1
- 10 m và hầu
như một nửa tổng năng lượng mặt tri tập trung trong khong bước sóng 0,γ8 -

0,78m (đó là vùng ánh sáng kh kiến).
Chùm tia truyền thẳng từ mặt tri gọi là bc x trực x. Tổng hợp các tia trực x và
tán x gọi là tổng x.