Tóm tắt nghiên cứu sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời phục vụ sinh hoạt

MỞ ĐẦU
Bước vào thế kỷ 21, công nghệ sử dụng NLMT đang có xu hướng
phát triển mạnh. Hiện nay, nhiều nước đã đầu tư rất lớn vào ngành công
nghiệp NLMT, Nhật Bản và Đức là hai quốc gia đứng đầu thế giới về
ngành công nghiệp này. Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất
hiện nay của NLMT là dùng để đun nước nóng. Các hệ thống đun nước
nóng bằng NLMT đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.
Đến nay, Trung Quốc đã lắp đặt nhiều hệ thống ĐNNMT, tương đương
với 10,5GWth và đang là quốc gia dẫn đầu thế giới, chiến 60% tổng công
suất lắp đặt của toàn thế giới.
Các chương trình thúc đẩy sử dụng NLMT đang được mở rộng
trên thế giới. Tây Ban Nha đã ban hành Luật Xây dựng có hiệu lực từ
năm 2006, bắt buộc các tòa nhà mới xây phải lắp đặt trên mái nhà hệ
thống pin mặt trời, hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời
(ĐNNMT), đặc biệt các Trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, khác
sạn, bệnh viện, kho vận, trong đó quy định nước nóng từ NLMT phải
đáp ứng được từ 30 - 70% nhu cầu tùy thuộc vào vùng khí hậu cụ thể. Ở
Cape Town (Nam Phi), Rome (Italia) đòi hỏi các tòa nhà xây dựng mới
phải lắp đặt hệ thống ĐNNMT nhằm đảm bảo 30 - 50% nhu cầu sử dụng
hàng ngày…
Việt Nam có nhiều lợi thế phát triển hệ thống sử dụng NLMT.
Trong đó, hiệu quả nhất là sử dụng NLMT vào đun nước nóng, đặc biệt
ở khu vực thành thị, nơi người dân có đời sống cao và có điều kiện sử
dụng dịch vụ. Cho đến nay mặc dù khẳng định rằng sử dụng NLMT thay


cho việc sử dụng điện để đun nước nóng (chủ yếu cho sinh hoạt gia đình)
là tiết kiệm điện năng và do đó đem lại các lợi ích về kinh tế và môi
trường, tuy nhiên vẫn chưa có một công trình thực nghiệm nào (ít nhất là
ở Việt Nam) đo đạc, đánh giá hiệu quả thực tế của các lợi ích đó. Các số
liệu về tiết kiệm năng lượng, kinh tế của thiết bị ĐNNMT đã cho trên

các tài liệu, tạp chí, trên các phương tiện truyền thông… đều chỉ là các
con số ước tính “lý thuyết”, độ tin cậy không cao.
Việc phát triển hệ thống ĐNNMT đang gặp một số thách thức khó
khăn như: chưa có chiến lược, chính sách về tiết kiệm năng lượng; sự hỗ
trợ của Nhà nước về đầu tư nghiên cứu và phát triển cũng như đầu tư về
kinh phí, trang thiết bị kỹ thuật cho sản xuất, ứng dụng thiết bị ĐNNMT
còn hạn chế; những điều kiện triển khai sử dụng thiết bị cho từng khu
vực cụ thể; sự không đồng bộ giữa thiết kế bình ĐNNMT và các công
trình xây dựng; giá thành của thiết bị ĐNNMT còn cao hơn so với sử
dụng thiết bị truyền thống; cách lắp đặt, vận hành thiết bị chưa được phổ
biến rộng rãi đến người tiêu dùng…
Tác giả tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng thiết bị
đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời phục vụ sinh hoạt” được đặt
ra với mục đích tìm hiểu những điều kiện cơ bản để triển khai, lắp đặt
thiết bị nước nóng mặt trời, tính toán hiệu quả về mặt tiết kiệm điện
năng, kinh tế và môi trường của việc sử dụng thiết bị nước nóng mặt trời
dựa trên cơ sở khoa học và thực nghiệm. Từ đó, kiến nghị các giải pháp
phát triển sử dụng các thiết bị đun nước nóng mặt trời ở Hà Nội nói riêng
và Việt Nam nói chung.
Các nội dung nghiên cứu:


- Nghiên cứu những đặc điểm kỹ thuật của thiết bị ĐNNMT,
những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị
- Nghiên cứu, đánh giá các tiềm năng, đặc thù của Hà Nội trong sử
dụng thiết bị ĐNNMT
- Điều tra, đánh giá hiện trạng sử dụng thiết bị ĐNNMT tại Hà
Nội.
- Tiến hành thực nghiệm lắp đặt 05 hệ thống ĐNNMT có các bộ
đo ghi tự động; đo đạc, thu thập, xử lý số liệu và đánh giá hiệu quả tiết

kiệm năng lượng, hiệu quả kinh tế và môi trường của của các hệ thống.
- Đề xuất một số giải pháp phát triển sử dụng thiết bị ĐNNMT
phục vụ sinh hoạt.
Việc thực hiện đề tài nhằm giải đáp các câu hỏi nêu trên với
những phân tích đầy đủ bài toán kinh tế môi trường của việc sử dụng
thiết bị ĐNNMT cho người dân thành phố Hà Nội.
Hiện nay, các giải pháp công nghệ thân thiện với môi trường và
tiết kiệm năng lượng đang được quan tâm, đầu tư nghiên cứu. Trong đó,
sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo là giải pháp cứu cánh cho thách
thức khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu toàn cầu, là một mũi
tên nhằm tới hai mục tiêu của sự phát triển bền vững. Sử dụng năng
lượng tái tạo là xu hướng được chọn lựa chọn để phát triển nguồn năng
lượng mới cho thế kỷ 21.


ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị ĐNNMT: Nguyên lý hoạt động,
các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị, điều kiện triển khai lắp đặt, sử dụng
thiết bị, hiệu quả kinh tế môi trường khi sử dụng thiết bị ĐNNMT.
Phạm vi nghiên cứu: Trong khuôn khổ của một luận văn Thạc sĩ
Khoa học môi trường, tác giả triển khai nghiên cứu đánh giá bằng thực
nghiệm tính toán hiệu quả của thiết bị ĐNNMT về các mặt tiết kiệm điện
năng, giảm phát thải khí nhà kính và hiệu quả kinh tế với sự hỗ trợ của
Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng mới (Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội). Thực nghiệm được tiến hành trên 05 mẫu thiết bị ĐNNMT cho các
hộ gia đình, mỗi thiết bị có diện tích bộ thu từ 1,6 - 2m 2, dung tích bình
chứa từ 160 - 200 lít, Trong 05 bộ thí nghiệm có 04 bộ loại thiết bị
ĐNNMT tấm - ống do Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng mới sản xuất,
lắp đặt và 01 ống thủy tinh chân không do Công ty Sơn Hà cung cấp và

lắp đặt.
Thời gian thí nghiệm: từ tháng 6 đến hết tháng 12 năm 2010. Các
đo đạc được thực hiện liên tục và tự động (bằng thiết bị chuyên dụng
SWH Data logger - Solar hot Water Heater Data Logger, sẽ được trình
bày chi tiết ở phần sau)
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Cho đến nay mặc dù khẳng định rằng sử dụng NLMT thay cho
việc sử dụng điện để đun nước nóng (chủ yếu cho sinh hoạt gia đình) là
tiết kiệm điện năng và do đó đem lại các lợi ích về kinh tế và môi trường.


Tuy nhiên, vẫn chưa có nhiều các công trình thực nghiệm đủ tin cậy để
đo đạc, đánh giá hiệu quả thực tế của các lợi ích đó.
Vì vậy, trong khuôn khổ đề tài nguyên cứu của luận văn sẽ tiến
hành đánh giá định lượng và khoa học hiệu quả thực tế về tiết kiệm năng
lượng của thiết bị ĐNNMT trong các hệ thí nghiệm (được mô tả trong
bảng 2.1, Chương 2). Để đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng, hiệu
quả kinh tế cần phải xác định các thông số sau:
-

Nhiệt độ nước lạnh vào và nước nóng ra

-

Nhiệt độ môi trường

-

Lưu lượng và khối lượng nước sử dụng hàng ngày

-

Thời gian sử dụng nước nóng hàng ngày

-

Bức xạ mặt trời

Các thông số trên cần được đo đạc và lưu trữ tự động với khoảng
cách giữa các điểm đo là 05 phút (có thể điều chỉnh và đặt chương trình
được).
Sau đó sẽ tính ra được hiệu quả tiết kiệm của các thiết bị ĐNNMT
(so với các thiết bị dùng điện hoặc dùng nhiên liệu hóa thạch như than,
gas…) về các mặt tiết kiệm điện năng, hiệu quả kinh tế, các lợi ích môi
trường (thông qua giảm phát thải CO2, SO2, bụi…).
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương pháp nghiên cứu thông dụng
- Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu có liên quan: Kết hợp với
Văn phòng Tiết kiệm Năng lượng (Bộ Công Thương) và Công ty Cổ


phần Năng lượng Sơn Hà điều tra, tìm hiểu hiện trạng sản xuất, cung cấp
thiết bị ĐNNMT trên địa bàn Hà Nội.
- Phương pháp thực nghiệm: kết hợp với Trung tâm nghiên cứu
Năng lượng mới (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) thu thập, xử lý các
số liệu thực nghiệm, theo dõi khả năng vận hành của thiết bị.
- Phương pháp phân tích, đo đạc các thông số kỹ thuật của thiết bị
trong thời gian vận hành.
Thu thập số liệu tự động SWH Data logger
Thiết bị đo SWH Data logger (Solar hot Water Heater Data Logger)

cần đáp ứng được các yêu cầu đặt ra đã nói trên. Thiết bị phải gọn nhẹ, hoạt
động tự động, tin cậy và cần được nuôi bởi một nguồn nuôi độc lập, không
liên quan đến nguồn điện của các hộ sử dụng (vì nguồn điện lưới không đảm
bảo lien tục). Trong thiết kế nguồn nuôi sử dụng 01 ắc quy 6V-2Ah và
được nạp liên tục từ Pin mặt trời tinh thể Si 9V-2W thông qua mạch nạp
gắn sẵn trong bộ mạch chính của SWH Data logger.
Phương thức lưu trữ số liệu
Các số liệu đo tự động hang ngày được lưu trữ vào thẻ nhớ và được
thu thập 03 tháng 1 lần. Qua máy tính các số liệu được xử lý thành các bộ số
liệu dạng nguyên thủy, trung bình ngày, trung bình tháng và trung bình ngày
của nhiều ngày, nhiều tháng. Các số liệu được biểu diễn dưới dạng file exel
và đồ thị.


KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI
Các đặc thù của Hà Nội
Thành phố Hà Nội là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa cả nước.
So với các địa phương khác trong cả nước thì Hà Nội thì có một số đặc
điểm riêng đặc thù về mặt ứng dụng NLMT:
- Hà Nội được cấp điện lưới 100% đến các hộ dân với chế độ “ưu
tiên” (công suất điện đảm bảo đầy đủ hơn, ít bị cắt điện, hệ thống hạ tầng
năng lượng tốt hơn…);
- Điều kiện kinh tế của người dân Hà Nội khá hơn do thu nhập cao
hơn, ổn định hơn, trình độ dân trí cũng cao hơn…
- Nhu cầu tiêu thụ lớn hơn do sử dụng nhiều thiết bị điện và thiết
bị có công suất lớn (gần 80% số hộ có tủ lạnh, 40 - 50% số hộ có điều
hoàn không khí…);
- Tiềm năng NLMT ở khu vực Hà Nội không cao và có 2 mùa có
bức xạ mặt trời rất khác nhau;

- Hà Nội tập trung nhiều cơ quan nghiên cứu, sản xuất kinh doanh
về NLMT, người dân Hà Nội tiếp cận tốt hơn với các thông tin về
NLMT về các lợi ích của nó nên có nhiều thuận lợi hơn trong việc ứng
dụng các công nghệ năng lượng mặt trời nói chung và thiết bị ĐNNMT
nói chung.


Với các điều kiện nêu trên có thể nói cho đến nay việc ứng dụng
NLMT ở Hà Nội chỉ mới tập trung chủ yếu đối với công nghệ nhiệt mặt
trời nhiệt độ thấp.
Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Hà Nội
NLMT khu vực Hà Nội chỉ ở mức trung. Mặc dù mật độ tổng xạ
trung bình ngày của cả năm là 3,95kWh/m2.ngày là khá cao, nhưng sự
phân bố NLMT trong các tháng trong năm lại rất không đều. Có hai mùa
rõ rệt: mùa Đông - Xuân trong các tháng 12, 1, 2 và 3; mùa Hè - Thu
trong các tháng từ tháng 4 đến tháng 11. Các tháng 1, 2, 3 và 12 lượng
bức xạ quá thấp, đặc biệt là trong các tháng từ tháng 1 đến tháng 3.
Trong các tháng này do mây mù nhiều nên lượng trực xạ rất thấp (tháng
1: 0,73; tháng 2: 0,47; tháng 3: 0,44kWh/m2.ngày).
Từ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm ở Hà Nội có bức xạ mặt trời
khá lớn, lân cận trên dưới 5kWh/m 2.ngày. Trong các tháng này các thiết
bị NLMT sẽ làm việc hiệu quả.
Vì vậy khi ứng dụng các công nghệ NLMT ở khu vực Hà Nội cần
phải tính đến đặc điểm nói trên của khu vực.
HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC
NÓNG MẶT TRỜI TẠI HÀ NỘI
Hiện trạng nghiên cứu
Hiện nay, tại Hà Nội có 4 đơn vị sản xuất kinh doanh thiết bị
ĐNNMT là: Công ty Cổ phần thương mại và dịch vụ Trọng Tín, Công ty
Cổ phần Năng lượng Toàn Mỹ, Công ty Cổ phần Phát triển Năng lượng

Sơn Hà, Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng mới (Trường Đại học Bách


khoa Hà Nội) và các cơ sở phân phối thì có ở khắp mọi quận/huyện.
Trong đó Công ty Cổ phần Phát triển Năng lượng Sơn Hà có thị phần
lớn nhất, hàng năm lắp đặt hàng nghìn thiết bị. Trung tâm Nghiên cứu
Năng lượng mới là đơn vị nghiên cứu, thiết kế, sản xuất 100% thiết bị
ĐNNMT dạng tấm - ống trong nước. Còn các công ty khác đều kinh
doanh thiết bị loại tấm ống thủy tinh chân không. Tất cả các ống thủy
tinh chân không đều nhập khẩu (phần lớn từ Trung Quốc), trong nước
các công ty này chỉ gia công bình chứa, chân giá và các phần phụ khác.
Công suất lắp đặt
Trong vài năm trở lại rất nhiều Công ty trên cả nước đã chuyển
sang kinh doanh sản xuất thiết bị ĐNNMT. Theo số liệu thống kê của
Công ty Cổ phần Năng lượng và Môi trường (RECC) trên các nước có
khoảng 40 công ty, đơn vị có các hoạt động liên quan trực tiếp đến kinh
doanh, sản xuất thiết bị ĐNNMT. Tại Hà Nội, Công ty Sơn Hà chiếm
khoảng 50% thị phần.
Số thiết bị và tổng dung tích bình chứa của các thiết bị mà Công ty
đã bán và lắp đặt trong các năm 2008 đến 2010 cũng như tỷ lệ tăng sản
lượng của năm sau so với năm trước. Từ đó ta có một số nhận xét sau:
- Tổng số thiết bị ĐNNMT lắp tăng dần theo hàng năm: 2.987
năm 2008, 4.693 năm 2009 và 6.972 năm 2010.
- Thị trường và nhu cầu sử dụng thiết bị ĐNNMT ở Hà Nội tăng
rất nhanh: Năm 2009 so với năm 2008 tỷ lệ tăng số thiết bị và dung tích
tương ứng là 57 và 68%; năm 2010 so với năm 2009 tỷ lệ tăng số thiết bị
và dung tích tương ứng là 49 và 71%. Trung bình tỷ lệ tăng hàng năm


của giai đoạn thống kê từ năm 2008 đến 2010 là 53% về số thiết bị

ĐNNMT lắp đặt và 69,5% về dung tích bình chứa.
- Càng về sau dung tích bình chứa nước nóng càng tăng lên trên
một đơn vị thiết bị: Dung tích trung bình trên một thiết bị tăng từ 150 lít
năm 2008 lên 160 lít năm 2009 và 184 lít năm 2010.
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ ĐUN NƯỚC NÓNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
Kết quả thí nghiệm về nhiệt độ (đầu vào và ra) và lượng nước sử
dụng
3.3.1.1. Nhiệt độ trung bình nước lạnh vào và nước nóng ra
Với thời gian đo từ tháng 2/7/2010 đến 31/12/2010 và với số điểm
đo: 5 phút đo 1 lần (một ngày đo 17.280 số liệu) trong nhiều ngày và
nhiều tháng ta thu được giá trị trung bình của nhiệt độ nước lạnh vào
thiết bị ĐNNMT và nhiệt độ nước nóng lấy ra sử dụng hàng ngày đối với
các hộ thí nghiệm được cho trong bảng 3.8. Qua bảng ta thấy nhiệt độ
nước lạnh vào T2 trung bình vào khoảng 25 0C còn nhiệt độ trung bình
của nước nóng sử dụng T1 khoảng 48,7 0C. Nhiệt độ T2 tương đối cao vì
các tháng đo chủ yếu là mùa nóng.


Bảng. Nhiệt độ trung bình nước vào và ra, lượng nước nóng sử dụng trung bình hàng
ngày và lượng năng lượng tiết kiệm của các hộ thí nghiệm
Hộ sử dụng

Nhiệt độ

Nhiệt độ

Lượng nước

Năng lượng tiết

nước lạnh

nước nóng ra

sử dụng

kiệm tính ra

o

o

vào ( C)

( C)

(lít/ngày)

kWh/ngày (*)

25,7

46,7

88

2,1536

25,1

46,5

86

2,1447

25,0

47,1

74

1,9059

25,2

47,2

85

2,1793

Trung tâm NLM

25,2

55,8

63

2,2466

Trung bình

25,24

48,66

79,2

2,1260

Cô Yến (04
người)
Ông Thịnh (04
người)
Ông Hội (05
người)
Ông Lam (06
người)

Ghi chú: (*) Năng lượng cần để đun lượng nước nóng được tính
theo công thức:
Q = mCp (T1 - T2)
Trong đó:
-

m = lượng nước sử dụng, kg (hoặc lít);

-

Cp = nhiệt dung đẳng áp của nước ở 25 oC, Cp = 4,180
kJ/kg.độ;
T1 là nhiệt độ nước nóng lấy ra, 0C.
T2 là nhiệt độ nước lạnh vào, 0C.

-

Quy đổi: 1kJ = 2,788.10-4kWh.


Lượng nước nóng sử dụng, thời gian sử dụng nước nóng
Cột thứ 5 và thứ 6 bảng 3.8 cho lượng nước và lượng nhiệt năng
cần để cấp nước nóng của các hộ thí nghiệm. Do lấy trung bình nhiều
ngày trong các tháng đo nên ta thấy các hộ sử dụng nước nóng không
khác nhau nhiều.
Giá trị trung bình của 5 hộ là 79,2 lít/ngày và 2,126kWh/ngày.
Nhận xét sau:
- Nhiệt độ nước lạnh vào khá cao, lân cận 25,2 0C vì thời gian đo từ
tháng 7 đến tháng 11 là mùa nắng và mùa thu. Nếu đo cả năm thì các
tháng đầu năm, từ tháng 1 đến tháng 3 nhiệt độ sẽ thấp hơn do bức xạ
mặt trời yếu hơn.
- Nhiệt độ nước nóng ra trung bình đối với các bộ tấm - ống
khoảng (46 - 470C), còn đối với bộ thu ống thủy tinh chân không cao hơn
(bằng gần 55,80C). Trong thực tế nhiệt độ nước trong khoảng 11.00 đến
15.00 giờ cao hơn nhiều, khoảng 52 - 58 0C đối với bộ thu tấm - ống và
63 - 680C đối với bộ thu ống thủy tinh chân không.
- Lượng nước sử dụng trung bình ngày khác nhau phụ thuộc vào
số người trong hộ và việc sử dụng nước nóng. Có hộ chỉ dùng cho tắm

rửa thôi, nhưng có hộ còn dung để nấu ăn và rửa bát chén. Nhưng lấy
trung bình nhiều ngày trong năm thì vào khoảng 80 lít/hộ.ngày.
- Tuy chưa đo được số liệu của các tháng 1 đến 6 nhưng các số
liệu trên có thể đại diện gần đúng cho cả năm vì rằng tuy hiệu nhiệt độ
nước nóng ra và nước lạnh vào sẽ nhỏ hơn trong các tháng đầu năm (từ 1
đến tháng 4) nhưng lượng nước sử dụng trong mùa lạnh cũng sẽ nhiều


hơn mùa hè nên tích số của hai thừa số đó đối với các mùa có thể xem
gần đúng là không đổi.
Sau đây sẽ tính toán cụ thể về các thông số đã đo được trên cở sở
quy ra các giá trị kinh tế:
Các kết quả tính toán về tiết kiệm chi phí, năng lượng và môi trường
của thiết bị đun nước nóng mặt trời
Tiết kiệm về điện năng
Năng lượng tiết kiệm được đối với các hộ thí nghiệm khác nhau là
khác nhau và nằm trong khoảng từ 1,9 đến 2,25kWh/hộ.ngày (lấy giá trị
trung bình là 2,126kWh/hộ.ngày).
Từ đó tính được điện năng tiết kiệm được (chưa tính hiệu suất
thiết bị đun điện) là:
E = 2,126 kWh/hộ.ngày x 365 ngày/năm = 776 kWh/hộ.năm.
Nếu giả thiết hiệu suất thiết bị đun điện khoảng 87% thì lượng
điện năng thực tế tiết kiệm được là:
Et = 776 x 0,87 = 892 kWh/hộ.năm.
Nếu lấy giá điện là 1200 đ/kWh thì mỗi hộ trung bình tiết kiệm
được
892 x 1200 = 1.070.400 đ
Với giá thiết bị ĐNNMT khoảng 7,5 triệu đồng thì khoảng sau 7 8 năm là hòa vốn.

Như đã biết, chỉ riêng Chương trình Mục tiêu quốc gia sử dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả năm 2010 hỗ trợ cho 30.000 thiết bị
ĐNNMT. Ước tính có một số lượng thiết bị ĐNNMT khoảng gần con số
đó, tức là 30.000 thiết bị ĐNNMT được các công ty lắp đặt không qua
nguồn hỗ trợ của Chương trình Mục tiêu quốc gia, thì năm 2010 có
khoảng 60.000 thiết bị được lắp đặt và sử dụng.
Từ đó tính ra số điện năng và kinh phí tiết kiệm được trong năm
là:
Điện năng: 892 kWh/hộ.năm x 60.000 hộ = 53.520 MWh/năm
Kinh phí:

53.520.000 kWh x 1200 đ/kWh = 64,224 tỷ

đồng/năm
Một nhận xét quan trọng nữa là: tất cả các hộ gia đình sử dụng
nước nóng chủ yếu trong khoảng thời gian từ 18.00 đến 20.00 giờ, tức
là giờ cao điểm. Điều này có nghĩa là bên cạnh phần tiết kiệm điện năng
như đã nói ở trên, sử dụng thiết bị ĐNNMT còn làm giảm được công
suất đỉnh vào thời gian cao điểm trong ngày, làm tăng độ an toàn cho hệ
thống điện. Kết quả này rất quan trọng và mới mẻ trong việc giảm sử
dụng điện năng vào giờ cao điểm.
Thời gian sử dụng nước nóng ở các hộ chủ yếu trong khoảng từ 18
đến 20 giờ (khoảng 3 giờ).
Mỗi hộ một ngày cần 2,126 kWh/0,87 = 2,443 kWh hay cần một
công suất (2,443kWh/3h) = 0,814 kW.
Nước ta có khoảng 20 triệu hộ. Nếu một phần tư số hộ (25%) sử dụng
thiết bị ĐNNMT thì sẽ làm giảm công suất vào giờ cao điểm rất đáng kể:


0,814 kW/hộ x 5x106 hộ = 4,1 x 106 kW hay 4100 MW

Lượng phát thải CO2 giảm được
Giả sử điện mà thành phố đang dùng được cung cấp bởi nhà mày
nhiệt điện (ví dụ như nhiệt điện Phả Lại). Đối với nhà máy nhiệt điện
Phả Lại thì suất tiêu hao than là xấp xỉ 0,6kg/kWh. Trong thành phần
than ở Việt Nam (như than cám Quảng Ninh) chứa khoảng 60% cacbon;
0,4% lưu huỳnh; độ tro là 22%,... Khi đốt cháy than có thải ra một lượng
lớn bụi, khí CO2, SO2 và các khí khác.
Như vậy, hộ gia đình trên đã giảm đốt một lượng than:
- Mỗi hộ sử dụng thiết bị ĐNNMT hàng năm sẽ tiết kiệm được:
892 kwh/hộ.năm x 0,6 kg CO2/kwh = 535,2 kg CO2/hộ.năm
(tương đương với 535,2/0,6 = 887 kg than/hộ.năm)
Giả sử 60.000 thiết bị này đều được lắp đặt cho các hộ gia đình,
thì đây là một con số không hề nhỏ nếu tính đến khả năng tiết kiệm điện
năng, cải thiện cơ cấu dùng điện và bảo vệ môi trường.
- Với 60.000 thiết bị ĐNNMT được sử dụng số lượng CO 2 giảm
phát thải được là:
53.520 x 103kWh/năm x 0,6kg CO2/kWh = 32.112 tấn CO2/năm
Một chương trình nghị sự ở Ấn Độ về thực hiện Công ước Khung
của Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu (UFCCC) có trình bày tương
quan giữa việc đốt than, thải CO2, và giá cả thị trường có viết: 1 tấn than
khi đốt sẽ thải ra 1,72 tấn CO2, 1 tấn CO2 tương lai sẽ có giá 15 USD.
- Mỗi hộ hàng năm sẽ thu được tiền từ việc giảm phát thải CO 2 là:


535,2 kg CO2/hộ.năm x 15 USD/tấn = 8,028 USD/hộ.năm
(tương đương với khoảng 160.000 đ/hộ.năm)
- Đối với 60.000 thiết bị ĐNNMT thì sẽ thu được từ việc giảm
phát thải CO2 là:
32.122 tấn CO2/năm x 15 USD/tấn = 481.830 USD/năm (tương
đương với khoảng 9.636.600.000 đ/năm)

Lượng phát thải SO2 giảm được
Để tính lượng giảm phát thải của bụi và khí thải độc hại (SO 2), áp
dụng các công thức tính lượng thải thông thường với đặc điểm là bỏ qua
hình thức, và công nghệ đốt nhiên liệu và tính theo nguyên lý chung, phụ
thuộc vào loại nhiên liệu đốt và lượng nhiên liệu đốt.
Trong thành phần của than thường chứa khoảng 0,4% S nên khi
đốt sẽ thải ra khí SO2 là loại khí độc hại và gây nên mưa axit, ở nồng độ
cao có thể ảnh hưởng đến sức khỏe, vật liệu, công trình và hệ sinh thái.
Trong quá trình đốt than, giả sử là cháy hoàn toàn, ta có: S + O 2 =
SO2
Khối lượng SO2 thải ra được tính theo công thức:
MSO2 = (64/32) x B x S/100 = 2 x B x S/100.
Trong đó:
-

B - lượng nhiên liệu đốt (tấn),

-

S - hàm lượng lưu huỳnh (%).

Khối lượng SO2 thải ra khi đốt 1 tấn than là:


(64/32) x 1 tấn x (0,4/100) = 0,008 tấn SO2 (hay 8 kg SO2)
Với hiệu suất xử lý SO2 hiện nay khoảng từ 80 - 90% (lấy trung
bình 85% =0,85) thì khối lượng SO2 thải ra khi đốt 1 tấn than là: 0,0068
tấn (hay 6,8 kg SO2)
- Mỗi hộ sử dụng thiết bị ĐNNMT hàng năm sẽ giảm được lượng
SO2 tương ứng là: 887 kg than/hộ.năm x 6,8 tấn = 6,032 kg

SO2/hộ.năm
- Đối với 60.000 thiết bị ĐNNMT thì sẽ thu được từ việc giảm
phát thải SO2 là:
53.536 tấn than/năm x 0,0068 tấn = 3.640,45 tấn SO2/năm
Giảm phát thải bụi
Khi đốt than, chất tro sẽ trở thành bụi và dù có thiết bị lọc bụi nhưng
vẫn còn lượng đáng kể phát thải vào không khí. Ta có công thức tính lượng
bụi phát thải:
Mb = α . A . B . (1 - η)
Trong đó: B - lượng nhiên liệu đốt (tấn), A - độ tro của nhiên liệu , η
- hiệu suất của bộ lọc bụi (%), α - tỷ lệ lượng bụi thoát ra theo đường dẫn
khí ống khói (%).
Khối lượng bụi thải ra trong 1 năm với giả sử có thiết bị lọc bụi như
lọc bụi tĩnh điện với hiệu suất η = 98% = 0,98, tỷ lệ lượng bụi thoát ra theo
đường dẫn khí ống khói thông thường với giá trị 70 - 80% ( lấy trung bình α
= 75% = 0,75), độ tro A = 22% = 0,22 ta sẽ tính được lượng bụi giảm được
khi sử dụng các thiết bị ĐNNMT tương ứng là:


- Mỗi hộ sử dụng thiết bị ĐNNMT hàng năm sẽ giảm được lượng
bụi tương ứng là: 0,75 x 0,22 x 0,887 x (1-0,98) = 2,93.10 -3 tấn bụi/năm
(2,93kg bụi)
- Đối với 60.000 thiết bị đang sử dụng, lượng bụi giảm được sẽ là:
0,75 x 0,22 x 53.536 x (1-0,98) =176,669 tấn bụi/năm).
Theo bảng 3.9, mức phí đối với bụi từ 200 đến 500.000 đồng/tấn (ta
lấy trung bình là 350.000 đồng/tấn). Ta sẽ tính được các giá trị tương ứng:
- Mỗi hộ sử dụng thiết bị ĐNNMT hàng năm sẽ giảm được lượng
bụi tương ứng với số tiền là: 2,93.10-3 tấn bụi/năm x 350.000 đồng/tấn
= 1.025 đồng/năm
- Đối với 60.000 thiết bị đang sử dụng, lượng bụi giảm được tương

ứng với số tiền là: 176,669 tấn bụi/năm x 350.000 đồng/tấn = 62.164.150
đồng/năm
Khi đốt than ngoài bụi, khí CO2, SO2 còn thải ra các khí độc hại khác
(như CO, NOx…) nhưng do hàm lượng của chúng nhỏ nên có thể bỏ qua.
Như vậy, có thể tổng kết lợi ích của việc sử dụng các thiết bị
ĐNNMT thông qua bảng 3.10.


Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tiết kiệm điện và lợi ích môi trường của
thiết bị ĐNNMT
STT

Thông số

Thông số tiết kiệm
Giá trị

Thành tiền (đồng

1

Lượng điện

892 kWh

1.074.400

2

CO2

535,2 kg

160.000

3

SO2

6,032 kg

1.297

4

Bụi

2,9 kg

1.025

Tổng cộng

1.236.722

Như vậy, trong thí nghiệm, mỗi thiết bị ĐNNMT hàng năm có thể
tiết kiệm được số tiền 1.236.722 đồng (chưa kể tới việc giá điện luôn được
điều chỉnh hàng năm theo xu thế tăng dần, như năm 2011 tăng 2 lần với
mức trên 20%, cũng như theo lũy kế số kWh điện sử dụng, hay lượng điện
sử dụng trong giờ cao điểm... thì con số này còn có thể cao hơn nhiều). Đây

là một số tiền đáng kể đối với mỗi hộ sử dụng thiết bị ĐNNMT.
Ngoài ra, việc tính phí với các khí thải gây ô nhiễm môi trường tại
Việt Nam còn thấp (nếu theo dự thảo Nghị định ban hành), một số quốc gia
trên thế giới có áp dụng mức thu phí rất cao đối với các khí thải gây ô nhiễm
môi trường (như Ba Lan có mức thu phí là 80 EURO/tấn SO 2, Cộng hòa
Séc là 25USD/tấn SO2...), nếu tính theo mức phí cao như vậy thì lượng giảm
phát thải do sử dụng thiết bị ĐNNMT sẽ là một con số đáng kể bên cạnh
việc giảm tiêu thụ điện năng.


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
- Theo tiêu chuẩn năng lượng mặt trời của các nước ASEAN, thì tất
cả các vùng của Việt Nam đều có thể sử dụng thiết bị ĐNNMT. Tiềm năng
năng lượng mặt trời của Hà Nội là ở mức trung bình khá, tuy nhiên lại phân
bố không đều ở các tháng trong năm
- Thị trường và nhu cầu sử dụng thiết bị ĐNNMT ở Hà Nội tăng rất
nhanh: Trung bình tỷ lệ tăng hàng năm của giai đoạn thống kê là 53% về số
thiết bị nước nóng mặt trời lắp đặt và 69,5% về dung tích bình chứa.
- Năng lượng tiết kiệm được đối với các hộ thí nghiệm khác nhau là
khác nhau và nằm trong khoảng từ 1,9 đến 2,25kWh/hộ.ngày (trung bình là
2,126kWh/hộ.ngày). Trung bình mỗi hộ gia đình sử dụng thiết bị ĐNNMT
hàng năm có thể tiết kiệm được 892kWh/năm, tương ứng với lượng tiền là
1.070.400 đồng, nếu hạch toán cả các yếu tố về môi trường (bao gồm CO2,
SO2, bụi) so với việc dùng than thì mỗi thiết bị ĐNNMT hàng năm có thể
tiết kiệm được là 1.236.722 đồng.
- Theo tính toán, mỗi thiết bị ĐNNMT trung bình hàng năm có thể
giảm được 535,2kg CO2/hộ.năm, giảm được 6,8kg CO2/hộ.năm và giảm
được lượng bụi là 2,93kg bụi/hộ.năm.
- Sử dụng thiết bị ĐNNMT còn làm giảm được công suất đỉnh vào

thời gian cao điểm trong ngày. Mỗi hộ mỗi ngày cần 2,126 kWh/0,87 =
2,443kWh hay cần một công suất (2,443kWh / 3h) = 0,814 kW.


KIẾN NGHỊ:
- Trong những năm tới số hộ sử dụng thiết bị ĐNNMT sẽ tăng lên rất
nhanh. Vì vậy trong thời gian tới các cơ quan chức năng nên có những biện
pháp hỗ trợ sự phát triển của thị trường bằng những chính sách và biện pháp
trợ giá thích hợp cho người sản xuất kinh doanh cũng như người sử dụng
- Cần sớm ban hành quy hoạch NLTT nói chung và sử dụng thiết bị
ĐNNMT nói riêng. Đưa vào các chính sách, luật yêu cầu sử dụng NLTT
nhằm đáp ứng lộ trình đã nêu trong Luật tiết kiệm Năng lượng và Chương
trình Quốc gia ứng phó với Biến đổi khí hậu
- Đối với Hà Nội cần triển khai nhân rộng các mô hình sử dụng. Ban
đầu có thể từng bước áp dụng đối với các dự án Ngân sách nhà nước như
bệnh viện, trường học, tòa nhà làm việc của các cơ quan nhà nước... (trong
đó triển khai lắp đặt các thiết bị ĐNNMT ngay từ khâu thiết kế), từ đó tạo
được niềm tin về hiệu quả của việc sử dụng thiết bị đối với cộng đồng; sau
đó mở rộng đối tượng áp dụng bắt buộc đối với các tòa nhà văn phòng,
trung tâm thương mại, nhà hàng, khách sạn... (theo mô hình của Tây Ban
Nha và một số quốc gia khác).
- Đẩy mạnh việc nghiên cứu, sản xuất các thiết bị ĐNNMT, kết hợp
với các Trường Đại học, các Viện Nghiên cứu, các Công ty… nghiên cứu,
cải tiến chất lượng để thiết bị này ngày càng có hiệu suất cao hơn, giá thành
rẻ hơn.


Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Nguyễn Xuân Cự, Lưu Đức Hải, Trần Thanh Lâm, Trần Văn Quy

(2008), “Tiềm năng và phương hướng khai thác các dạng năng
lượng tái tạo ở Việt Nam”, Văn phòng Chương trình Nghị sự 21 của
Việt Nam
2. Hoàng Dương Hùng (2007), “Năng lượng mặt trời: lí thuyết và ứng
dụng“, Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật.
3. Hoàng Dương Hùng (2008), “Nghiên cứu triển khai thiết thiết bị sử
dụng năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình vùng nông thôn miền
núi thành phố Đà Nẵng” Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Thành phố.
4. Hồ Sĩ Thoảng, Trần Mạnh Trí (2008) “Năng lượng thế kỷ 21: Tiềm
năng và thách thức”, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
5. Quốc hội Khóa XII (2010), “Luật Tiết kiệm Năng lượng”
6. Đặng Đình Thống (2010), “Đánh giá hiệu quả thực tế về tiết kiệm
năng lượng của thiết bị đun nước nóng năng lượng mặt trời”, Báo
cáo Chương trình Mục tiêu quốc gia sử dụng năng lượng tiết kiệm và
hiệu quả.
7. Đặng Đình Thống (2010), “Hoàn thiện hệ đo kiểm chất lượng thiết bị
đun nước nóng mặt trời”, Báo cáo Chương trình Mục tiêu quốc gia
sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.


8. Đặng Đình Thống (2010), “Hiện trạng ứng dụng năng lượng mặt
trời ở Hà Nội”, Đề tài khoa học công nghệ thuộc Chương trình Mục
tiêu quốc gia sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
9. Đặng Đình Thống (2010), “Đánh giá tiềm năng, hiện trạng công
nghệ và hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời ở Hà Nội”, Đề tài
khoa học công nghệ Chương trình Mục tiêu quốc gia sử dụng năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả.
10. Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Viện Năng lượng (2007), “Tổng kết,
đánh giá hiện trạng ứng dụng pin mặt trời tại Việt Nam từ 1994 2006 và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng”, Hà Nội.
11. Văn phòng Chương trình Mục tiêu quốc gia ứng phó với Biến đổi

khí hậu Bộ Tài nguyên và Môi trường (2011), “Chiến lược quốc
gia ứng phó với biến đổi khí hậu”
Tiếng Anh
12. Asian Development Bank (1994), Energy and Use.
13. John A. Duffie, William A. Beckman (1991), Solar Engineering of
Thermal Processes, A Wiley - Interscience Publication.
14. REN21 (2006 Update), Renewables, Global Status Report:
Renewable Energy, Policy Network for the 21st Century, 32p.
15. Renewables (2007), Global Status Report, REN21, Renewable
Energy Policy Network for the 21st Century, 54p
16. Thomas B. Jonhanson, Henry Kelly, Robert H. Williams (2007),
Renewable Energy Earths can - Publication Ltd, London.