Tìm Hiểu Công Nghệ Sản Xuất Điện Từ Các Nguồn Năng Lượng Tái Tạo

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước các ngành
công nghiệp giữ một vai trò vô cung quan trọng với sự tăng trưởng của nền
kinh tế quốc dân. Để các ngành kinh tế luân tăng trưởng một cách bền vững
thì nghành công nghiệp điện đóng một vai trò đặc biệt quan trọng. Sự phát
triển công nghiệp năng lượng điện không những đảm bảo hoạt động bình
thường và phát triển sản xuất mà còn là nhu cầu thiết yếu để nâng cao đời
sống vật chất và tinh thần của nhân dân, là nguồn động lực cho phát triển kinh
tế - xã hội. Chính vì vậy mà sản xuất điện được mọi quốc gia chú trọng phát
triển.
Nhu cầu sử dụng điện ở các nước trên thế giới ngày càng tăng nhanh nhưng các nguần
năng lượng hóa thạch để sản xuất ra điện năng thì ngày càng lâm vào tình trang thiếu
hụt. Người ta cho rằng trong tương lai không xa thì các nguồn năng lượng hóa
thạch như dầu mỏ và than đá sẽ bị cạn kiệt. Theo tài liệu thống kê về năng lượng thế
giới của BP ( BP Statistical Review of World Energy ) năm 1985 trữ lượng dầu còn
lại số lượng dầu còn lại có thể khai thác về mặt kinh tế là 770 tỷ thùng, vào năm
2005 con số này lại được đánh giá là 1200 tỷ thùng . Song các nguần năng lương này
vẫn là có hạn, với tốc độ tiêu thụ như hiện nay, người ta cho rằng chúng ta sẽ cạn
khiệt nguần tài nguyên này trong vòng 40 – 50 năm nữa. Hơn thế nữa công nghệ
sản xuất điện năng từ những nguần nguyên liệu này hiệu xuất thấp gây ra nhiều tác
hại xấu đối với môi trường , làm suy thoái chất lượng môi trường sống trên phạm vi
toàn cầu. Do đó việc tìm ra một nguồn năng lượng thay thế là mối quan tâm hàng
đầu của các quốc gia.

Sinh viên thực hiện : Nhom I

1

Lơp : LT CĐ – ĐH ĐIÊN 1


Trước tình hình đó, những nguồn năng lượng tái tạo là một giải pháp đầy
tiềm năng cho con người để giải quyết sự thiếu hụt năng lượng này. Nguồn
năng lượng tái tạo không những đem lại lợi ích cao về mặt kinh tế mà không
gây ô nhiễm môi trường môi trường.
Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Thuấn nhóm chúng
em đã tìm hiểu và hoàn thành đồ án môn học Cung Cấp Điện với chuyên đề
"Tìm hiểu công nghệ sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo".
Do sự hạn chế về mặt kiến thức và thời gian nên bản báo cáo của chúng
em không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự thông cảm và góp ý kiến từ
phía thầy cô và các bạn để bản báo cáo nay được đầy đủ và chính xác hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !


Mục Lục
PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ.
I-

Khái quát chung. .................................................................................. 5

II-

Khái niệm và phân loại năng lượng tái tạo............................................ 5

III-

Khả năng phát triển các nguần năng lượng tái tạo. ............................... 8

IV-

Ý nghĩa của sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo................... 10

PHẦN II : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ.
I-

Khái quát chung . ................................................................................. 11

II-

Nguyên lý làm việc. ............................................................................. 12

III-

Cấu tạo máy phát điện sức gió. ............................................................. 15

1-

Máy phát. ............................................................................................. 15

2-

Turbine gió........................................................................................... 17

3-

Thân tháp và đế tháp. ........................................................................... 18

IV-

Kết luận................................................................................................ 20
PHẦN III : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.

I-

Cấu tạo của pin mặt trời. ...................................................................... 21

1-

Phân loại và vật liệu của pin mặt trời.................................................... 21

2-

Cấu tạo. ............................................................................................... 22

II-

Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời. ................................................. 23

1-

Hiệu ứng quang điện. ........................................................................... 23

2-

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời. ................................................. 25

3-

Các yếu tố ảnh hưởng tới điện thế của pin mặt trời: ............................. 27


III-

Ứng dụng của pin mặt trời. ................................................................... 27

1-

Ứng dụng sản xuất điện năng. .............................................................. 27

2-

Một số ứng dụng khác của năng lượng mặt trời. ................................... 29

IV-

Kết luận................................................................................................ 34
PHẦN IV : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ CÁC NGUÔN NĂNG LƯỢNG

KHÁC
I-

Sản xuất điện từ thuỷ năng. .................................................................. 36

II-

Sản xuất điện từ năng lượng địa nhiệt................................................... 39

III-

Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối.................................................. 41

1-

Khái quát chung . ................................................................................. 41

2-

Công nghệ sản xuất điện từ các nguồn năng lượng sinh khối................ 43

3-

Kết luận................................................................................................ 43
PHẦN V : CÔNG NGHỆ LƯU ĐIỆN

I-

Khái quát chung về hệ thống lưu điện. ................................................. 45

II-

Giới thiệu một số loại ắc-quy. .............................................................. 46

III-

Công nghệ nạp ắc-quy. ......................................................................... 47

Kết Luận......................................................................... 50


PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ.
I- Khái quát chung.
Năng lượng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng hóa
thạch và năng lượng nguyên tử. Người ta hy vọng là việc sử dụng năng lượng
tái tạo 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 khác, năng lượng tái tạo có nhiều
ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến môi trường. Theo dự tính
thì các hệ thống sản xuất điện từ ánh sáng Mặt trời hiện đang cung cấp 0,5%
nhu cầu điện của thế giới và có thể tăng lên 2,5% vào năm 2025, sau đó tăng
vọt lên 16% vào năm 2040. Hiện nay, tại không dưới 60 quốc gia có các
chương trình nhà nước nhằm gia tăng sản xuất năng lượng tái tạo. 48 quốc gia
sử dụng chính sách cung cấp các ưu đãi khác nhau cho công nghiệp sản xuất
"năng lượng sạch", tức là bằng cách đó khuyến khích sự từ chối nguồn năng
lượng điện hạt nhân và hyđrôcácbon
II-Khái niệm và phân loại năng lượng tái tạo.


Khái niệm về năng lượng tái tạo:
Trong cách nói thông thường "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. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một
phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa
vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc
biệt là từ Mặt Trời . Trong khái niệm này thì 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.




Phân loại: Việc sản xuất điện từ năng lượng tái tạo chủ yếu từ các

nguồn năng lượng như: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng đại
dương, năng lượng địa nhiệt...


Sản xuất điện từ năng lượng mặt trời: Năng lượng Mặt Trời là năng

lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ
năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này. Dòng
năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt
Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.Có thể trực tiếp thu lấy năng
lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của
Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời.
Ngành công nghiệp năng lượng Mặt trời đang ngày càng bùng nổ và có
thể cung cấp 2,5% nhu cầu điện của thế giới vào năm 2025 thay cho nguồn
nhiên liệu hoá thạch. Theo hai tổ chức Tổ chức Hòa bình xanh (TTO) và Hiệp
hội công nghiệp sản xuất điện từ ánh sáng Mặt trời châu Âu (EPIA) cho biết
vào năm 2025, “nguồn năng lượng Mặt trời sẽ thay cho sản lượng điện hàng
năm của khoảng 150 nhà máy điện chạy bằng than đá”. Hiện nay, nguồn điện
mặt trời cung cấp năng lượng cho chiếu sáng, sưởi ấm và các nhu cầu nhiêu
liệu khác của khoảng 50 triệu căn nhà trên thế giới.

Năng lượng mặt trời đang ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm và
đầu tư. Trên thế giới hàng năm có khoảng 1,5 triệu người chết do ngộ độc từ
chất đốt và nấu nướng trong gia đình.Vì vậy việc sử dụng năng lượng mặt trời
hứa hẹn sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho những người nghèo thay vì phải
dùng đèn dầu trong sinh hoạt. Tuy nhiên, vấn đề giá cả nguồn điện mặt trời
hiện nay vẫn là những nỗi lo đeo đẳng của 1,6 tỷ dân đang sống thiếu điện.


Sản xuất điện từ gió:
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí

quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng


mặt trời vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử
dụng năng lượng gió.
Năng lượng gió bên cạnh sức nước là một trong những nguồn năng
lượng rẻ tiền nhất. Do đó việc phát triển năng lượng gió được tài trợ tại nhiều
nước không phụ thuộc vào đường lối chính trị.
Sản xuất điện từ năng lượng gió không tiêu tốn nhiên liệu, không gây ô
nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm
đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần
dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hồ
chứa nước.Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ
tránh được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện.


Sản xuất điện từ đại dương:
Đại dương cũng là một loại năng lượng tái lập và có thể sản xuất ra hai

loại năng lượng: nhiệt năng từ sức nóng của mặt trời, và cơ năng từ thủy triều
và sóng biển. Đại dương bao bọc hơn 70% diện tích địa cầu, do đó đây là một
nguồn tiếp nhận ánh sáng mặt trời quan trọng nhất. Sức nóng của mặt trời làm
ấm mặt nước của đại dương, và độ ấm này cao gấp nhiều lần hơn độ ấm của
dòng nước biển dưới sâu. Sự khác biệt nhiệt độ giữa hai luồng nước biển này
sẽ tạo ra nhiệt năng. Từ đó nhiệt năng có được sẽ biến cải thành điện năng
theo ba công nghệ khác nhau: công nghệ chu kỳ kín, công nghệ chu kỳ hở, và
công nghệ hỗn hợp.


Sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo khác:
Thủy điện: Xuất hiện từ hơn 70 năm trước đây, là nguồn hy vọng cho

nhân loại trong một thời gian dài. Theo quan niệm của những nhà khoa học
thời bấy giờ thì thủy điện là một nguồn điện năng sạch và hoàn hảo vì không
tạo ra ô nhiễm môi trường. Nhưng trong khoảng 20 năm trở lại đây, giới khoa
học đã nhận định đúng đắn thảm nạn môi trường do thủy điện gây ra đó là:


Thủy điện đã làm đảo lộn hoàn toàn hệ sinh thái của một vùng rộng lớn chung
quanh hồ chứa; làm giảm thiểu hoặc hủy diệt đa dạng sinh học của toàn vùng,
chi phí cần thiết để tái tạo lại môi trường thiên nhiên đã bị đánh mất cao hơn
lợi nhuận do việc cung cấp điện năng đem lại.
Năng lượng từ sức nóng của địa cầu hay địa nhiệt . Đây là một loại
năng lượng tái tạo từ thiên nhiên, đã được nghiên cứu qua nhiều công nghệ
khai triển loại năng lượng này để biến thành điện năng, hoặc dùng để sưởi
nóng các quy trình công nghệ cần nhiệt độ cao. Hiện nay Hoa Kỳ đang thử
nghiệm loại năng lượng này ở Nevada, và đã có nhiều kết quả rất khích lệ.
Năng lượng sinh khối (biomass) hay còn gọi là năng lượng vi sinh
(biogas): Đây là một loại năng lượng tái tạo đặc biệt vì loại năng lượng này

có thể sản xuất trực tiếp ra khí đốt, xăng dầu cho các hệ thống giao thông như
xe cộ, xe lửa, thậm chí nguyên liệu cho máy bay. Hầu hết các nhà máy điện từ
biomass trên thế giới đều áp dụng phương pháp đốt trực tiếp. Còn năng lượng
sinh khối từ các phế thải động vật sản xuất ra hơi nóng sau khi đốt và hơi
nóng sẽ chạy qua một turbine và máy phát điện để biến thành điện năng.

III-Khả năng phát triển các nguần năng lượng tái tạo.
Trên thế giới: Như chúng ta đã biết nguồn năng tái tạo là một trong
những tiềm năng lớn để phát triển đất nước của các quốc gia trên thế giới, đặc
biệt những ứng dụng của năng lượng tái tạo trong ngành công nghiệp sản xuất
điện năng luôn được quan tâm hàng đầu. Đứng trước những dự kiến về một
cuộc khủng hoảng năng lượng trong tương lai, các quốc gia trên thế giới đang
chạy đua với thời gian để truy tìm những loại năng lượng tái tạo mới, hầu hết
đều thỏa mãn tiến trình toàn cầu hóa qua Nghị định thư Kyoto 1997 về ô
nhiễm không khí và hiệu ứng nhà kính.


Anh quốc đã dự kiến đầu tư 100 triệu mỹ kim cho nghiên cứu năng
lượng đại dương và hy vọng loại năng lượng này có thể cung ứng 10% tổng
số năng lượng sử dụng cho toàn quốc trong năm 2010, và lên đến 15% cho
năm 2015.
Chính phủ Scotland đưa ra tín hiệu xanh cho các trạm phát điện bằng sức
gió gần bờ lớn nhất châu Âu. Trạm phát điện bằng sức gió Clyde gồm 152
tuabin đặt gần bờ biển Abington ở phía Nam Lanarkshire có khả năng cung
cấp điện cho 320.000 hộ gia đình.
Trung Quốc là một trong những nước sản xuất năng lượng tái tạo hàng
đầu thế giới, đáp ứng được 50% nhu cầu năng lượng trong nước. Dự kiến đến
năm 2009, tổng đầu tư cho năng lượng tái tạo của Trung Quốc đạt khoảng 400
tỉ USD.
Nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam: "Năng lượng tái tạo - giàu tiềm

năng, thiếu ứng dụng". Trong khi nhiều nước trên thế giới đã đưa việc sử
dụng năng lượng tái tạo trở thành yêu cầu bắt buộc trong Chiến lược phát
triển năng lượng quốc gia, thì Việt Nam vẫn chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu
mà chưa có kế hoạch xây dựng và phát triển.
Các đánh giá ban đầu đều cho thấy, Việt Nam là quốc gia có đầy đủ điều
kiện để phát triển và phát triển mạnh các dạng năng lượng tái tạo, nhưng
chúng ta cũng chỉ mới đặt mục tiêu khiêm tốn đến 2010, tỉ trọng năng lượng
tái tạo chiếm trên 3% so với các nguồn năng lượng truyền thống khác.
Nằm trong vùng nhiệt đới Việt Nam được xem là quốc gia tiềm năng về
năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, đến nay ứng dụng của năng lượng mặt trời
chủ yếu vẫn là pin mặt trời để cấp điện cho các hộ gia đình ở vùng sâu, vùng
xa, làm giàn đun nước nóng... Năng lượng gió và địa nhiệt cũng có tiềm năng.
Vùng có tiềm năng gió tốt tập trung ở khu vực ven biển và vùng cao nguyên,
có thể ứng dụng các loại động cơ gió phát điện.


Với 9 hệ thống sông chính chảy về Việt Nam, cùng hàng ngàn sông suối
nhỏ với vận tốc dòng chảy lớn, Việt Nam hiện là 1 trong 14 nước giàu thủy
năng trên thế giới. Đến nay, tổng công suất thuỷ điện nhỏ đã đạt 135MW với
hơn 500 trạm thuỷ điện nhỏ.
Mặc dù nhiều tiềm năng, song Việt Nam hầu như vẫn chưa ứng dụng
được bao nhiêu năng lượng tái tạo vào phát triển sản xuất, đặc biệt là sản xuất
điện và nhiệt năng. Do phần lớn các công nghệ năng lượng tái tạo thường còn
quá đắt, vận hành và bảo dưỡng tương đối phức tạp trong khi đó chúng
thường được ứng dụng cho các khu vực nông thôn, miền núi xa mạng lưới
công trình năng lượng tái tạo thường chỉ phát triển khi có nguồn tài trợ nước
ngoài hoặc chính sách hỗ trợ của Nhà nước.
Trong một số trường hợp các dạng năng lượng thương mại còn được bao
cấp, trợ giá của Nhà nước, vì vậy các doanh nghiệp không mặn mà đầu tư do
rủi do cao. Liên quan đến chính sách và khung pháp chế để khuyến khích

năng lượng tái tạo, theo các chuyên gia, cũng chưa đủ mạnh, đặc biệt là điện
tái tạo, kể cả hợp đồng mua bán điện cũng như giá mua điện hiện nay khiến
nhà đầu tư vào nhà máy điện gặp nhiều khó khăn.

IV-Ý nghĩa sản xuất điện từ các nguồn năng lượng tái tạo.
Đứng trước những dự kiến về một cuộc khủng hoảng năng lượng trong
tương lai thì việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện năng đã
đem lại nhiều lợi ích con người trong sản xuất, sinh hoạt,... Các nguồn năng
lượng tái tạo là các nguồn năng lượng sạch vừa giải quyết và thay thế các
nguồn năng lượng thiên nhiên sắp bị cạn kiệt, và nhất là bảo vệ môi trường
thiên nhiên, đồng thời giải quyết phần nào ô nhiễm môi trường do con người
tạo ra.


PHẦN II : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ.
I-Khái quát chung .
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí
quyển trái đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt
trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa
nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kì cổ đại.
Năng lượng gió đã được sử dụng từ hàng trăm năm nay. Con người đã
dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra
năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió.
Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát
minh ra điện và máy phát điện. Ban đầu các máy phát điện sức gió được chế
tạo rất đơn giản, năng lượng gió chuyển thành năng lượng cơ học quay máy
phát. Sau này khi khoa học phát triển các máy phát điện sức gió đuợc chế tạo
đặc biệt hơn với công xuất lớn hơn và hiệu suất cao hơn. Khi mà những cuộc
khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 xảy ra thì việc nghiên cứu sản xuất
năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, và người ta

đã phát triển các tuốc bin gió hiện đại.


Theo thống kê của ngành điện, sản lượng điện năng sản xuất từ sức gió
hiện nay trên thế giới tăng liên tục, năm 1994 là 3.527,5MW; năm 1997 là
7.500MW và hiện nay là trên 10.000MW... Sử dụng nguồn điện bằng sức gió
không lo hết nhiên liệu hay cạn kiệt nguồn nước như thủy điện và nhiệt điện,
đặc biệt là không gây những tác động đáng kể đến môi trường.
Theo số liệu thống kê trên 20 thị trường lớn nhất trên thế giới thì riêng
châu Âu đã có 13 nước với Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhà
máy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với các nước còn lại. Các
quốc gia còn lại, ngoại trừ Ai cập với 145 MW, đều có công suất lắp đặt ít
hơn 100 MW . Có thể nhận ra được là nhiều nước chỉ mới khám phá ra năng
lượng gió ở những năm gần đây và được dự đoán là sẽ có tăng trưởng mạnh
trong những năm sắp đến. Trong năm 2005 theo ước tính có khoảng 10.000
MW được lắp đặt mới trên toàn thế giới mà trong đó có vào khoảng 2.000
MW là ở Đức.
Mặc dù Việt Nam không có nhiều tiềm năng gió như các nước châu Âu
song so với Đông Nam Á thì lại có tiềm năng tốt nhất. Việt Nam được đánh
giá là nước có tiềm năng thiên nhiên về năng lượng gió tốt nhất. Điều kiện tự
nhiên ban cho Việt Nam chế độ gió 2 mùa rõ rệt theo 2 hướng trái chiều với
biên độ dao động về tốc độ gió rất lớn

II-Nguyên lý làm việc.


Một số yêu cầu đối với trạm điện sức gió:



Hệ thống làm việc độc lập nhưng vẫn cho phép sự can thiệp của con

người khi có yêu cầu.


Cấu trúc lắp đặt hệ thống phải đảm bảo thuận lợi cho công tác bảo

dưỡng, kiểm tra, thay thế. . . .




Do điều kiện gió đầu vào của trạm phát điện luôn biến động theo thời

gian còn công suất tiêu thụ phía đầu ra la luân biến đổi do đó hệ thống phải có
khả năng xử lý những thay đổi trong năng lượng thu và phát nhằm duy trì sự
cân bằng năng lượng. Tức là hệ thống thực hiện tích trữ hoặc bù đắp năng
lượng trong điều kiện năng lượng đầu vào nhiều hơn hoặc ít hơn công xuất
tiêu thụ phía phụ tải. Nếu công suất tiêu thụ vượt quá lượng cung cấp đầu vào
và khả năng bù đắp, hệ thống có biện pháp kỹ thuật đảm bảo không bị rã lưới.
Khi công suất tiêu thụ nhỏ còn năng lương thu được la quá lớn vượt quá
lượng có thể tích trữ lại hệ phải có biện pháp tiêu thụ nguần năng lượng dư
thừa.


Nguyên lý làm việc.
Năng lượng gió sẽ được chuyển hóa thành điện năng và được lấy ra từ

phía Stato của máy phát. Hai bộ chỉnh lưu làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng
xoay chiều thành năng lượng một chiều đưa vào mạch một chiều. Nối với

mạch một chiều có các bộ phận điện trở hãm , nghich lưu , mạch nạp ăc-quy
và ăc-quy . Các phần tử này được tích hợp để phục vụ cho các bài toán kỹ
thuật của hệ thống. Khi có dòng năng lượng một chiều sẽ được điều khiển
cung cấp cho phụ tải thông qua khâu nghịch lưu, hoặc nạp vào ắc-quy khi
năng lượng điện còn dư thừa, hoặc đưa tới điện trở công suất để giải phóng
bớt năng lượng dư thừa.


Module nghịch lưu: Lấy nguồn điện một chiều từ khâu chỉnh lưu hoặc

từ nguồn một chiều dự trữ nghịch lưu thành điện áp xoay chiều 3 pha cấp cho
phụ tải.Module nghịch lưu phải đảm bảo đáp ứng yêu cầu ổn định điện áp ra
phía tải tiêu thụ


Module nạp ắc-quy : Bộ phận ắc-quy được sử dụng để điều phối quá

trình thu và phát năng lượng . Nếu năng lượng thu về từ máy phát lớn hơn
năng lượng tiêu thụ của lưới bộ phận ắc-quy rơi vào chế độ nạp và sẽ ngừng
khi được nạp đầy. Khi năng lượng thu nhỏ hơn năng lượng tiêu thụ ắc-quy sẽ


chuyển sang chế độ phát đưa năng lượng ra phần một chiều bù đắp vào phần
thiếu hụt. Ắc-quy chỉ ở chế độ phát khi năng lượng dự trữ trong nó giảm đến
mức giới hạn.


 Module điện trở hãm được thiết kế để giải quyết tình huống năng lượng
từ phía máy phát đưa đến mạch một chiều đã bắt đầu vượt quá năng lượng
một chiều đưa ra lưới tiêu thụ, gây ra sự mất cân bằng về năng lượng thu phát

của hệ thống. Khi phát hiện ra sự mất cân bằng này bộ phận điện trở đốt sẽ
hoạt động và thực hiện tiêu hao bớt năng lượng một chiều , giúp triệt tiêu sự
mất cân bằng năng lượng trong hệ thống. Mặt khác nó còn có tá dụng tăng
mômen cản đối với máy phát .
III-Cấu tạo máy phát điện sức gió.
Hiện nay trạm phát điện sức gió được chế tạo với hai loại chính là trạm
phát điện trục đứng và trạm phát điện trục ngang. Tới nay hầu hết vẫn là các
trạm phát điện trục ngang, gồm một máy phát điện có trục quay nằm ngang,
với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với một tua bin 3 cánh đón gió. Máy phát
điện được đặt trên một tháp cao hình côn. Trạm phát điện kiểu này mang dáng
dấp những cối xay gió ở châu Âu từ những thế kỷ trước, nhưng rất thanh nhã
và hiện đại. Các trạm phát điện trục đứng gồm một máy phát điện có trục
quay thẳng đứng, rotor nằm ngoài được nối với các cánh đón gió đặt thẳng
đứng. Trạm phong điện trục đứng có thể hoạt động bình đẳng với mọi hướng
gió nên hiệu qủa cao hơn, lại có cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích
thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu
bảo dưỡng đơn giản
1-

Máy phát.
Máy phát điện được lắp trên tháp phát điện là máy phát điện đồng bộ. Do

nhà máy phong điện là tập hợp của nhiều các tháp phát điện vơi mỗi tháp có
công suất nhỏ cỡ vài chục kw/h thường là các máy phát điện đồng bộ kích từ
vĩnh cửu với những tháp có công suất lớn hơn thường sử dụng máy phát điện
đồng bộ roto lồng sóc.


Stato của máy phát điện sức gió bao gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép
lại thành khối trụ. Mặt ngoài có xẻ các rãnh để đặt dây quấn ba pha. Stato

được ép cố định lên một trục và cố định vào thân máy phát.

Roto của máy phát điện sức gió được gắn trực tiếp vào cánh của tuabin
gió và quay xung quanh stato trục stato và bạc. Đối với loại roto máy phát
đồng bộ kích từ vĩnh cửu thì vỏ máy cũng chính là mạch từ và trên vỏ máy
người ta gắn các thanh nam châm.


2-

Turbine gió.
Turbine gió ngang , có trục nằm ngang, truyền động trực tiếp từ turbine

tới máy phát có cấu tạo gồm ba cánh có nhiệm vụ chuyển năng lượng gió
thành mômen quay truỳen trực tiếp tới máy phát điện. Các cánh được thiết kế
đảm bảo tính linh hoạt, mềm dẻo trong quá trình làm việc bằng cách giảm các
tác động ở điều kiện thông thường và khắc nhiệt. Cụm cánh phải được xử lý
cân bằng động kỹ lưỡng nhằm đảm bảo vận hành êm turbine. Trên các cánh
người ta thiết kế một cơ cấu lật cánh thụ động để hạn chế tốc độ quay tối đa
của Rotor khi gặp những luồng gió quá lớn .
Thân Turbine vè cấu trúc là khung đỡ cơ học của toàn bộ Turbine gió .
Đây là nơi lắp và bảo vệ các vành góp điện , nơi lắp máy phát điện . Thân
Turbine thường được chế tạo bằng thép.
Hệ thống đuôi : Là cơ cầu dùng để định hướng Turbine gió giúp cho
Turbine gió quay theo hướng có lợi nhất để thu được công suất gió lón nhất.
Ngoài ra hệ thống đuôi còn có tác dụng bảo vệ Turbine khi tốc độ gió quá lớn.
Vành góp và thanh quét : là nơi ghép nối giữa máy phát và cáp điện chạy
dọc theo chân cột xuống mặt đất, nó cho phép Turbine quay tự do theo chiều
gió mà không gây nên xoắn cáp. Để tăng độ tin cậy cáp điện được nối với hai
bộ thanh quét.

3-

Thân tháp và đế tháp.


Thân tháp.

Có kết cấu gồm một cột chính bằng thép ống tròn và tám dây cáp . Tám
dây cáp được neo với cột tại tại các dộ cao h1 và h2 khác nhau tính từ mặt đất
và được bố trí đối xứng nhau qua tâm cột có tác dụng dữ cho cột ổn định và
chống lại chuyển vị lớn do lực gió gây ra. Turbine được đặt tại đỉnh cột. Cột
được lắp với đế bằng khớp bản lề. Kết cấu thân tháp và dây neo phải được
tính toán thiết kế để đảm bảo chịu được tải trọng lớn nhất của gió tác dụng lên
cánh Turbine và tải trọng của Turbine.




Đế tháp.

Tùy theo địa hình lắp đặt
mà kết cấu đế tháp có những
thiết kế khác nhau để đảm bảo
độ vững chắc , và khả năng
chịu lực của đế mà giá thành
kinh tế là tối ưu để giảm bớt chi
phí đầu tư. Trong kết cấu đế
khớp tại chân cột là vị trí quan

trọng khi kết cấu đang ở trạng


thái làm việc cũng như lắp dựng. toàn bộ lực dọc truc của cột chính được đặt
nên kết cấu của khớp này.

IV- Kết luận
Ưu điểm dễ thấy nhất của phong điện là không tiêu tốn nhiên liệu, không
gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm xây
dựng.
Các trạm phong điện có thể đặt gần nơi tiêu thụ điện, như vậy sẽ tránh
được chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện.
Trước đây, khi công nghệ phong điện còn ít được ứng dụng, việc xây
dựng một trạm phong điện rất tốn kém, chi phí cho thiết bị và xây lắp đều rất
đắt nên chỉ được áp dụng trong một số trường hợp thật cần thiết. Ngày nay
phong điện đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, công
nghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm phong
điện hiện nay chỉ bằng ¼ so với năm 1986
Phong điện đã trở thành một trong những giải pháp năng lượng quan
trọng ở nhiều nước, và cũng rất phù hợp với điều kiện Việt nam.
Hiện nay ở việt nam đang triển khai xây dựng một số nhà máy phong
điện lớn tại khu vực miền trung như nhà máy phong điện phương mai với với
các tổ hợp có công suất 50 MW giai đoạn 1 và sẽ nâng công suất lên 350 MW


PHẦN III : SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.
Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn
(thường gọi là hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điện
một chiều từ ánh sáng mặt trời.
Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt

trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hoá trị 4.
I-Cấu tạo của pin mặt trời.
1-

Phân loại và vật liệu của pin mặt trời.
Hiện nay vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể. Pin mặt

trời từ tinh thể chia ra thành 3 loại:
 Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình
Czochralski. Dơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt
tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở
góc nối các module.


Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận được

làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các pin đơn tinh thể, tuy
nhiên hiệu suất kém hơn. Chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề
mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.
 Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu chúc
đa tinh thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất
trong các loại vì không cần phải cắt từ các thỏi silicon.
Hiện nay người ta chế tạo pin mặt trời bằng vật liệu Si vô định hình. So
với pin mặt trời tinh thể Si thì pin mặt trời loại này có giá rẻ hơn nhưng hiệu
suất thấp hơn và kém ổn định.
Ngoài Si, người ta đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác
có triển vọng như SunfitCadmi- Đồng (CuCds), gallium-arsenit (GaAs)…


2-

Cấu tạo.
Được tạo lên bởi hai lớp kim loại cách điện với nhau (như hình vẽ).

Cấu tạo pin mặt trời

Hình dạng 1 tấm pin mặt trời


Lớp kim loại I, gọi là lớp cảm ứng: lớp này được tích điện đến một điện

thế nào đó, bằng cách nối với một cực của nguồn điện, cực còn lại của nguồn
được nối với đất. Bằng cách này ta sẽ tích điện được cho lớp kim loại I, với
một điện thế đúng bằng điện thế nguồn.
 Lớp kim loại II: Là lớp bị cảm ứng, khi lớp I mang điện, sẽ tạo lên cho
lớp kim loại II hai lớp điện tích trái dấu, cùng tồn tại trên hai mặt của lớp II.


 Cả hai lớp kim loại được tạo với nhau như một hình nón trùng khít lên
nhau (hình vẽ).

 Cả hai lớp kim loại này được chế tạo rất mỏng, mục đích là làm giảm
số tương tác của các electron với các nguyên tử, phân tử vật chất. Vì vậy làm
giảm sự nóng lên của hai lớp kim loại đến mức nhỏ nhất.
II- Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời.
Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức
xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện.
1-

Hiệu ứng quang điện.

Xét một hệ hai mức năng lượng điện tử E1 < E2, bình thường điện tử

chiếm mức năng lượng thấp hơn E1. Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh
sáng photon có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck, v là tần số ánh
sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng E2.. Ta có phương
trình cân bằng năng lượng: hv = E2 – E1.
Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện
tử vòng ngoài, nên các mức năng lương của nó bị tách ra nhiều mức năng
lượng sát nhau và tạo thành các vùng năng lượng. Vùng năng lượng thấp bị
các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị, mà mặt
trên của nó có mức năng lượng Ev. Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn


toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng có
năng lượng là Ec. Cách ly giữa 2 vùng hoá trị và vùng dẫn là một vùng cấp có
đọ rộng với năng lượng là Eg trong đó không có mức năng lượng cho phép
nào của điện tử.
Khi nhận bức xạ mặt trời, photon có năng lượng hv tới hệ thống và bị
điện tử ở vùng hoá trị thấp hấp thu và nó có thể chuyển lên vùng đẫn để trở
-

thành điện tử tự do e . Để lại ở vùng hoá trị một lỗ trống có thể coi như hạt
+

mang điện dương,ký hiệu là h . Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia
vào quá trình dẫn điện.
Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ photon có thể mô tả bằng pương
-

+

trình: Ev + hv → e + h .
Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từ
vùng hoá trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lỗ trống là hv = hc/λ ≥ Eg = Ec Ev . Từ đó có thể tính được bước song tới hạn λc của ánh sáng để có thể tạo ra
-

+

cặp e - h :
λ c = hc/ Ec – Ev = hc/Eg = 1,24/Eg.(µm)
-

+

Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích e và h đều tự phát tham gia vào
-

quá trình phục hồi, e chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng để
+

chuyển đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trống h chuyển đến mặt của Ev, quá
trình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn 10

-12

-1

→ 10 giây và

gây ra dao đông mạnh (photon). Năng lượng bị tổn hao do quá trình phục hồi

sẽ là Eph = hv – Eg.
Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hoá trị hấp
thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện lỗ
-

+

trống e - h , tức là đã tạo ra một điện thế.Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng
quang điện bên trong.


2-

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.
Bước 1

Âm tính
Lớp n

Lớp tiếp xúc p-n

Lớp p
Dưong tính
Bước 2
Điện tích dương

Lớp n

Lớp tiếp xúc p-n

Lớp p
Điện tích âm
prôtôn
Điện tử

Điện tử tự do
Lỗ trống