Đánh giá độ tin cậy trong hệ thống phân phối có nguồn phân bố
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.62 MB, 96 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
PHẠM HỒNG THANH
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY TRONG HỆ THỐNG
PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN PHÂN BỐ
Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2007
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Hoàng Việt
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ngày, tháng, năm sinh : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Giới tính : Nam / Nữ
Nơi sinh : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chuyên ngành : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Khoá (Năm trúng tuyển) : . . . . . . . . . . .
1- TÊN ĐỀ TÀI: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
.....................................................................
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): . . . . . . . . . . . . . . . . .
.......................................................................
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM ƠN!
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Hoàng Việt, giáo viên hướng
dẫn Luận Văn Tốt Nghiệp cho tôi. Để hoàn thành Luận Văn Tốt Nghiệp này, tôi đã được
sự hướng dẫn tận tình của Thầy trong suốt quá trình thực hiện Luận Văn. Tôi xin ghi nhớ
mãi công ơn và tình cảm tốt đẹp Thầy đã dành cho tôi trong thời gian vừa qua.
Ngoài ra, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy Cô Bộ môn Hệ Thống Điện
của Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh. Trong thời gian học tập vừa qua, tôi đã
được Thầy Cô truyền đạt vốn kiến thức vô cùng quý báu. Những kiến thức chuyên môn
của tôi ngày càng được nâng cao là nhờ công ơn giảng dạy của Quý Thầy Cô. Tôi xin
chúc Quý Thầy Cô luôn dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp giảng dạy.
Cuối cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến bạn bè, đồng nghiệp, gia
đình đã tạo cho tôi nỗ lực cố gắng và những đóng góp chân tình giúp tôi hoàn thành
Luận Văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2007
Học viên
Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ngày nay độ tin cậy trong Hệ thống điện ngày càng được quan tâm trên thế
giới. Ở Việt Nam, tuy chưa được đánh giá đúng mức, nhưng trong tương lai, khi
thị trường điện hình thành, có nghĩa là khi người tiêu dùng có thể lựa chọn nhà
cung cấp điện thì vấn đề chất lượng điện năng, trong đó có độ tin cậy cung cấp
điện, sẽ là một trong những tiêu chí để những khách hàng sử dụng điện lựa chọn
nhà cung cấp điện.
Trong mạng điện phân phối, độ tin cậy ít được quan tâm hơn trong mạng
truyền tải do chỉ là những hư hỏng mang tính cục bộ, địa phương. Nhưng những
khảo sát gần đây cho thấy tỉ lệ hư hỏng trong mạng phân phối cao hơn rất nhiều
so với mạng truyền tải và mạng điện áp thấp. Điều này cho thấy việc đánh giá độ
tin cậy cung cấp điện trong mạng phân phối là cần thiết. Từ đó cho phép áp dụng
sơ đồ nào trong bước thiết kế, cũng như phân bố vốn đầu tư để nhận được hệ
thống phân phối có độ tin cậy cao hơn.
Hệ thống phát điện phân phối (DG) là một kỹ thuật mới được áp dụng trong
mạng phân phối. Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng của nó đến độ tin cậy trong cung
cấp điện là khác nhau đối với từng trường hợp vị trí đặt máy phát.
Luận án này đề cập đến tính toán độ tin cậy trong mạng phân phối ở một số
phương án thường gặp. Ngồi ra, luận án cịn đề xuất sử dụng máy phát phân bố
(DG) trong mạng phân phối, một kỹ thuật mới đang được phát triển mạnh ở các
nước phát triển trên thế giới. Máy phát phân bố là những máy phát dạng nhỏ, sử
dụng các nguồn năng lượng tái tạo, đấu nối trực tiếp vào lưới phân phối. Đây
được xem là một giải pháp có nhiều tiềm năng nhằm thay thế các nguồn năng
lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường.
Đánh giá và lựa chọn phương án cũng là một vấn đề cần được quan tâm. Ở
đây trình bày phương pháp mơ hình hóa trong đánh giá phương án. Nhiều khía
cạnh kinh tế, kỹ thuật được xem xét đánh giá và cho điểm giúp cho ta có cái nhìn
tổng thể hơn trong việc lựa chọn một phương án nào đó.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
1
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.
1.1.
1.2.
GIỚI THIỆU ....................................................................................4
Giới thiệu................................................................................................................... 4
Đối tượng và hướng nghiên cứu .............................................................................. 4
CHƯƠNG 2.
CÁC KHÁI NIỆM ...........................................................................6
2.1.
Các khái niệm về độ tin cậy ..................................................................................... 6
2.1.1.
Độ tin cậy của hệ thống điện .............................................................................. 6
2.1.2.
Kỹ thuật đánh giá độ tin cậy............................................................................... 6
2.1.3.
Đo lường chất lượng dịch vụ và các chỉ số ........................................................ 7
2.2.
Cấu hình hệ thống phân phối .................................................................................. 7
2.2.1.
Hệ thống phân phối hình tia ............................................................................... 7
2.2.2.
Hệ thống phân phối có nguồn lân cận ................................................................ 7
2.2.3.
Hệ thống phân phối có nguồn lân cận và có máy phát phân bố ......................... 8
Nguồn phát phân bố ................................................................................................. 8
2.3.
2.3.1.
Máy phát phân bố là gì? ..................................................................................... 8
2.3.2.
Các ứng dụng của máy phát phân bố.................................................................. 9
2.3.3.
Lợi ích của máy phát phân bố .......................................................................... 10
2.3.4.
Ảnh hưởng của máy phát phân bố lên hệ thống ............................................... 11
2.3.5.
Các loại nguồn phát phân bố chủ yếu............................................................... 12
CHƯƠNG 3.
PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY..............................36
3.1.
Định nghĩa hệ thống nối tiếp.................................................................................. 36
3.2.
Cơng Thức Tính Tốn............................................................................................ 36
3.2.1.
Cường độ hư hỏng ............................................................................................ 36
3.2.2.
Độ khơng sẵn sàng............................................................................................ 36
3.2.3.
Thời gian hư hỏng trung bình........................................................................... 36
3.2.4.
Chỉ tiêu tần suất trung bình ngừng cung cấp điện hệ thống (SAIFI)................36
3.2.5.
Chỉ tiêu tần suất trung bình ngừng cung cấp điện phụ tải (CAIFI) ................. 37
3.2.6.
Chỉ tiêu thời gian ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống (SAIDI) ............. 37
3.2.7.
Chỉ tiêu thời gian ngừng cung cấp điện trung bình cho phụ tải (CAIDI).........37
3.2.8.
Chỉ tiêu độ tin cậy (không tin cậy) của việc cung cấp điện ASAI (ASUI) ......37
3.2.9.
Năng lượng thiếu hụt ........................................................................................ 37
3.2.10. Thiếu hụt điện năng trung bình trên một phụ tải .............................................. 38
CHƯƠNG 4.
TIA
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG PHÂN PHỐI HÌNH
..........................................................................................................39
4.1.
Hệ thống phân phối với một máy cắt ở đầu nhánh chính (phương án cơ bản) 40
4.2.
Hệ thống phân phối có đặt cầu chì ở đầu nhánh rẽ............................................. 43
4.3.
Hệ thống phân phối có dao phân đoạn ................................................................. 45
4.3.1.
Đặt dao phân đoạn giữa L2 và L3 .................................................................... 45
4.3.2.
Đặt dao phân đoạn giữa L3 và L4 .................................................................... 48
4.3.3.
Đặt dao phân đoạn giữa L4 và L5 .................................................................... 50
4.4.
Hệ thống phân phối có dao phân đoạn tại từng phân đoạn trên nhánh chính . 52
4.5.
Hệ thống phân phối có máy cắt tại giữa phân đoạn L3 và L4 trên nhánh chính .
.................................................................................................................................. 57
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
2
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
CHƯƠNG 5.
Luận văn tốt nghiệp
MẠNG PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN DỰ TRỮ .............................60
5.1.
Hệ thống phân phối có nguồn dự trữ khơng hạn chế.......................................... 60
5.1.1.
Xây dựng mơ hình mạng ở Hình 6 trong Power World Simulator ................. 60
5.2.
Hệ thống phân phối có nguồn dự trữ có hạn chế tải ........................................... 65
CHƯƠNG 6.
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG PHÂN PHỐI CÓ MÁY
PHÁT PHÂN BỐ .........................................................................................................70
6.1.
6.2.
6.3.
Trường hợp 1: chọn công suất máy phát tại nút 3 là 5 MW ..............................71
Trường hợp 2: chọn công suất máy phát tại nút 3 là 11 MW ............................74
Trường hợp 3: chọn công suất máy phát tại thanh cái 4 là 11 MW .................. 77
CHƯƠNG 7.
ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THEO CÁC CHỈ
TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT. PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HĨA .....................82
7.1.
Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống .............................................................................. 82
7.2.
Các phương án cần đánh giá và lựa chọn ............................................................ 82
7.3.
Các mơ hình dùng để đánh giá.............................................................................. 83
7.3.1.
Mơ hình theo trọng số kinh tế (chi phí đầu tư)................................................. 83
7.3.2.
Mơ hình theo trọng số độ tin cậy...................................................................... 84
7.3.3.
Mơ hình cân bằng giữa các chỉ tiêu.................................................................. 84
7.4.
Lập bảng đánh giá các phương án ........................................................................ 85
CHƯƠNG 8.
KẾT LUẬN.....................................................................................87
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
3
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1.
Giới thiệu
Mạng phân phối thường vận hành hình tia, khi một phần tử bị cắt ra dẫn đến
ngừng cung cấp điện cho phụ tải. Vấn đề chính cần quan tâm về độ tin cậy trong
mạng phân phối là khoảng thời gian mất điện. Phí tổn do ngừng cung cấp điện
tăng khơng tuyến tính theo khoảng thời gian mất điện. Hàm phân bố xác suất của
thời gian mất điện ảnh hưởng rất lớn đến phí tổn gây ra. Cần lưu ý rằng thời gian
phục hồi trong cung cấp điện phụ thuộc vào vị trí trong mạng điện, do đó phí tổn
ngừng cung cấp điện khác nhau đáng kể theo các vị trí khác nhau trong mạng
phân phối.
Thiết kế và vận hành mạng điện như thế nào để cung cấp năng lượng điện
đến khách hàng liên tục, chất lượng và đảm bảo tính hợp lý nhất về mặt kinh tế
của hệ thống và thiết bị. Cung cấp điện liên tục có nghĩa là phục vụ nhu cầu tiêu
thụ điện của khách hàng bao gồm sự an toàn cho người và thiết bị. Cung cấp chất
lượng điện liên quan đến yêu cầu về điện áp ổn định và giới hạn dao động tần số.
Để đảm bảo tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, mạng điện phải có độ
tin cậy trong hệ thống để tránh những tình trạng cắt những phần tử gây nên mất
điện, dẫn đến tổn thất trong thương mại, dịch vụ và phúc lợi.
Luận văn này trình bày các chỉ tiêu về độ tin cậy trong mạng phân phối, các
sơ đồ thường gặp cũng như phương pháp lựa chọn các phương án theo các chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật khác nhau, phương pháp mơ hình hóa.
1.2.
Đối tượng và hướng nghiên cứu
Luận văn này nghiên cứu đánh giá độ tin cậy trong mạng phân phối, xem
xét các phương án trong mạng phân phối, một số phương pháp nhằm nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện. Các thiết bị đóng cắt như máy cắt, cầu chì, dao cắt tải,…có
rất nhiều trong mạng điện phân phối. Số lượng, vị trí đặt của chúng có ảnh hưởng
rất lớn đến độ tin cậy của phụ tải cũng như của mạng điện. Do đó, cần tìm ra
phương án cho kết quả tốt nhất.
Máy phát phân bố là một kỹ thuật được áp dụng trong mạng phân phối. Vị
trí, cơng suất đặt của máy phát phân bố có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy, nhất là
đối với phụ tải cần nâng cao độ tin cậy, đây cũng là một vấn đề đáng quan tâm.
Khi tiến hành thực hiện một dự án nào thì thường có nhiều phương án được
đề ra, việc lựa chọn phương án cần dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Luận văn
này trình bày một phương pháp đánh giá và lựa chọn phương án theo các tiêu chí
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Việt
4
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
đưa ra và lựa chọn bằng cách cho điểm theo từng tiêu chí. Phương pháp mơ hình
hóa này có thể giúp người quyết định có sự đánh giá tổng quát trên nhiều phương
diện.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
5
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
CHƯƠNG 2. CÁC KHÁI NIỆM
2.1.
Các khái niệm về độ tin cậy
2.1.1. Độ tin cậy của hệ thống điện
Chức năng của hệ thống điện là cung cấp điện theo nhu cầu phụ tải và đảm
bảo tính liên tục và có chất lượng. Khả năng cung cấp đầy đủ nhu cầu phụ tải của
hệ thống điện được định nghĩa với thuật ngữ là độ tin cậy. Khái niệm độ tin cậy
hệ thống là khái quát và bao hàm toàn bộ các khả năng của hệ thống nhằm thỏa
mãn các đòi hỏi của người sử dụng điện. Có thể chia độ tin cậy của hệ thống
thành hai yếu tố: sự đầy đủ và sự an tồn, Hình 2.1.
Độ tin cậy của Hệ thống điện
Sự cung cấp điện an tồn
Sự cung cấp điện đầy đủ
Hình 2.1 Sự phân chia độ tin cậy của hệ thống
Sự đầy đủ liên quan đến việc cung cấp điện đầy đủ một cách liên tục thỏa
mãn nhu cầu hệ thống phụ tải. Trong đó phải bao gồm các nguồn phát cần thiết
cũng như hệ thống truyền tải và phân phối để truyền cơng suất đến nơi tiêu thụ.
Sự an tồn liên quan đến đáp ứng của hệ thống đối với các nhiễu loạn xảy
ra trong hệ thống.
Hầu hết các chương trình nghiên cứu đều đánh giá sự đầy đủ cung cấp điện.
Luận văn này cũng đánh giá độ tin cậy của hệ thống phân phối ở khía cạnh cung
cấp đầy đủ điện năng.
2.1.2. Kỹ thuật đánh giá độ tin cậy
Phân tích độ tin cậy là lĩnh vực rất rộng đối với các nhà nghiên cứu và được
nghiên cứu ở nhiều khía cạnh. Trong đó, độ tin cậy có thể được đánh giá bằng kỹ
thuật định tính hoặc định lượng. Kỹ thuật định tính hàm ý đánh giá độ tin cậy
dựa vào kinh nghiệm và suy đoán của người đánh giá. Kỹ thuật định lượng sử
dụng các phương pháp đánh giá để củng cố kết quả của phương pháp định tính.
Kỹ thuật định lượng mô tả các thông tin vận hành quá khứ của hệ thống và tận
dụng các thông số vận hành quá khứ để dự đoán hiệu quả của việc thay đổi cấu
hình hệ thống trong vận hành.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
6
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
2.1.3. Đo lường chất lượng dịch vụ và các chỉ số
Vấn đề cơ bản của việc đánh giá độ tin cậy hệ thống phân phối là đo lường
hiệu quả của các dịch vụ quá khứ. Giải pháp chung là phản ánh ảnh hưởng của
những lần cắt điện thành các chỉ số vận hành của hệ thống.
2.2.
Cấu hình hệ thống phân phối
2.2.1. Hệ thống phân phối hình tia
Hình 2.2 biểu diễn một hệ thống phân phối hình tia đơn giản.
Ở hệ thống này, chỉ có một phát tuyến thu nhận và phân phối cơng suất đến
khách hàng. Khơng có nguồn thứ 2 hoặc dự phòng trong hệ thống. Hư hỏng ở bất
kỳ phần tử nào trên hướng nối tiếp từ nguồn đến tải sẽ là nguyên nhân gây mất
điện cho các phần tử phía sau điểm sự cố.
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống hình tia đơn giản.
2.2.2. Hệ thống phân phối có nguồn lân cận
Cấu hình thứ hai của hệ thống phân phối được sử dụng cho các khách hàng
đòi hỏi cung cấp điện với độ tin cậy cao hơn. Hình 2 biểu diễn hệ thống phân
phối với một nguồn lân cận. Một phần tải được kết nối với nguồn thứ nhất và
một phần tải khác kết nối với nguồn thứ 2.
Hai mạng điện (một được cung cấp bởi nguồn S0, một được cung cấp bởi
nguồn S1) được kết nối với nhau bởi dao phân đoạn ở trạng thái bình thường mở
trong khi 2 nguồn điện vận hành. Các thiết bị được thiết kế thỏa mãn 100% yêu
cầu tải. Khi có sự cố ở nguồn S0, sau khi sự cố được cô lập bởi máy cắt, dao
phân đoạn được đóng lại để phục hồi cấp điện cho các tải từ nguồn S1 cho đến
khi sự cố được sửa chữa xong. Hầu hết khách hàng trong mạng điện được phục
hồi cung cấp điện mà không cần chờ đến khi nguồn S0 được sửa chữa.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
7
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống phân phối với nguồn lân cận.
2.2.3. Hệ thống phân phối có nguồn lân cận và có máy phát phân bố
Độ tin cậy cung cấp điện có thể được nâng cao hơn nữa bằng cách bố trí các
nguồn phân bố trong mạng điện, Hình 2.4.
Trong trường hợp sự cố xảy ra bên trái SW0, ta có thể mở SW0 và đóng
SW3 để máy phát phân bố cung cấp cho các phụ tải. Nếu khơng có máy phát
phân bố ta phải cấp nguồn từ S1. Nếu vận hành như thế hệ thống có thể vi phạm
giới hạn của hệ thống và làm giảm chất lượng điện năng cung cấp, đặc biệt là
trong giờ cao điểm.
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống phân phối với nguồn phân bố.
2.3.
Nguồn phát phân bố
2.3.1. Máy phát phân bố là gì?
Máy phát phân bố là máy phát nhỏ được đặt gần nơi tiêu thụ, để đáp ứng
một nhu cầu đặc biệt của khách hàng, để vận hành kinh tế lưới điện phân phối
hiện hữu hoặc cả hai trường hợp trên. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất
lượng điện năng đến với khách hàng, hiệu suất sử dụng nhiên liệu tăng nhờ tận
dụng nhiệt năng từ các máy phát.
Các nguồn phát tập trung theo kiểu truyền thống được thiết kế với công suất
nhất định, rất khó thay đổi để đáp ứng với nhu cầu phụ tải thay đổi. Nguồn tập
trung truyền thống bao gồm nhà mát điện công suất rất lớn kết hợp với lưới
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
8
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
truyền tải và lưới phân phối để phân phối điện năng. Cả hai đòi hỏi vốn đầu tư
lớn và mất nhiều thời gian khi muốn tăng khả năng tải. Nguồn phát phân bố có
những ưu điểm so với nguồn phát tập trung như sau:
Sự lựa chọn vốn đầu tư thấp để đáp ứng nhu cầu tăng cường phụ tải.
Không cần nâng cấp mạng truyền tải cũng như mạng phân phối bằng cách
đặt nguồn phát tại nơi có nhu cầu.
Một số dạng nguồn phát có thể nâng thêm cơng suất một cách dễ dàng.
Rất linh hoạt trong việc chuyển công suất thừa từ người sử dụng lên lưới
điện để hỗ trợ công suất nhất là trong giờ cao điểm.
Ngoài các ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế, máy phát phân bố cịn ảnh
hưởng rất ít đến mơi trường, một số dạng nguồn phát sử dụng năng lượng sạch,
hồn tồn khơng có khí thải. Máy phát phân bố đem đến cho các công ty cung
cấp điện và khách hàng tiêu thụ một giải pháp cung cấp điện sạch, hiệu quả, tin
cậy, linh hoạt và một quan điểm mới về năng lượng điện.
2.3.2. Các ứng dụng của máy phát phân bố
Sau đây là các ứng dụng cơ bản, trình bày các dịch vụ và lợi ích nhận được
từ máy phát phân bố
2.3.2.1 Cơng suất dự phòng
Được áp dụng đối với khách hàng cần cung cấp liên tục không thể bị ngắt
điện như các bệnh viện và các khu an ninh hoặc những khu vực có mức phí phạt
mất điện rất cao.
Các máy phát được lắp đặt ở những khu vực viện, trạm bơm nước, các nhà
máy sản xuất linh kiện điện tử,… để có thể cung cấp điện trong trường hợp hệ
thống truyền tải và phân phối bị sự cố do bão, các tai nạn nghiêm trọng,…
2.3.2.2 Kết hợp nhiệt năng và điện năng
Máy phát phân bố tạo ra một lượng lớn nhiệt năng khi chuyển nhiên liệu
thành điện. Nếu nguồn phát nằm gần người sử dụng, nhiệt năng từ các nguồn
phát có thể được sử dụng bởi khách hàng, trường hợp này gọi là kết hợp nhiệt
năng và điện. Mơ hình này sẽ có hiệu suất khá lớn nếu áp dụng trong các khu
cơng nghiệp, các tịa nhà lớn, các bệnh viện,…
2.3.2.3 San bằng đỉnh tải
Giá điện thay đổi theo giờ, phụ thuộc vào nhu cầu công suất và khả năng
đáp ứng cơng suất. Khách hàng có thể sử dụng máy phát trong những lúc tải cao
điểm để giảm chi phí sử dụng điện. Việc này cũng mang lại lợi ích cho các nhà
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
9
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
cung cấp điện năng trong điều kiện mà giá điện bằng với mức phạt do gián đoạn
cung cấp điện.
2.3.2.4 Hỗ trợ lưới điện
Lưới điện bao gồm; nguồn phát, hệ thống truyền tải, trạm biến áp và hệ
thống phân phối. Phương án lắp đặt máy phát phân bố có thể mang lại lợi ích cho
hệ thống và tiết kiệm chi phí so với trường hợp nâng cấp hệ thống.
2.3.2.5 Vận hành riêng lẻ
Các nguồn phát phân bố có thể vận hành riêng lẻ,, cách ly với lưới điện do
sự lựa chọn của khách hàng hay điều kiện bắt buộc, chẳng hạn ở các vùng xa xôi,
hải đảo,… việc kéo lưới điện đến là rất khó khăn. Ngồi ra, máy phát phân bố
cịn áp dụng trong trường hợp khách hàng cần cung cấp điện với chất lượng điện
năng cao, ví dụ các nhà máy sản xuất chip điện tử.
2.3.3. Lợi ích của máy phát phân bố
2.3.3.1 Lợi ích của khách hàng
Đảm bảo tính tin cậy cung cấp điện, có tác động đến việc kinh doanh và
công nghiệp, là phần tử cần thiết cho những khu vực mà sự mất điện là không thể
chấp nhận hoặc những nơi việc mất điện ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
an ninh xã hội.
Đưa ra giải pháp cung cấp năng lượng phù hợp với từng khu vực.
Cung cấp năng lượng với chất lượng cao, đáp ứng đòi hỏi trong nhiều
ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất các thiết bị đo lường và điều khiển
điện tử.
Tăng hiệu suất cung cấp điện do cung cấp điện ngay nơi tiêu thụ, tránh tổn
hao trên đường dây tải điện. Hiệu suất sử dụng năng lượng cao do sử dụng cả
điện và nhiệt sản xuất bởi máy phát phân bố dùng trong sưởi ấm và điều hòa
nhiệt độ.
Cho phép tiết kiệm bằng cách sử dụng máy phát phân bố ở những giờ cao
điểm.
Cung cấp giải pháp sử dụng máy phát vận hành riêng lẻ đối với những khu
vực khơng có hệ thống truyền tải, phân phối hoặc việc xây dựng là quá đắt.
Đưa đến cho người sử dụng sự lựa chọn an tồn cho một nhu cầuy đặc biệt
nào đó.
Linh hoạt trong việc lắp đặt do kích thước tương đối nhỏ của một số dạng
máy phát phân bố.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
10
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
2.3.3.2 Lợi ích của nhà cung cấp điện
Cung cấp giải pháp giúp tiết kiệm chi phí, thời gian lắp đặt nhanh chóng,
thân thiện với mơi trường.
Tránh các chi phí đầu tư lớn không cần thiết bằng cách lắp đặt nguồn vừa
đủ với yêu cầu của phụ tải.
Tránh các khoản đầu tư để nâng cấp hệ thống truyền tải và phân phối bằng
cách đặt nguồn phát gần nơi sử dụng.
Mang đến sự lựa chọn chi phí thấp trong mơi trường cạnh tranh.
Giúp mở rộng thị trường đến những vùng xa xơi khơng có hệ thống phân
phối và những khu vực khơng có điện do liên quan đến vấn đề mơi trường.
2.3.3.3 Lợi ích của Quốc gia
Giảm các loại khí gây hiệu ứng nhà kính bằng cách sử dụng các nguồn năng
lượng tái tạo.
Đáp ứng nhu cầu năng lượng và giải quyết các vấn đề mơi trường với chi
phí thấp.
Đảm bảo đáp ứng năng lượng để tăng cường môi trường cạnh tranh với thế
giới.
2.3.4. Ảnh hưởng của máy phát phân bố lên hệ thống
Máy phát phân bố có nhiều ưu điểm đã liệt kê ở trên, tuy nhiên nó vẫn có
một số ảnh hưởng không tốt đối với hệ thống:
Hệ thống điện tập trung, công suất được xem là vô cùng lớn nên khi xảy ra
các nhiễu trong hệ thống thì bản thân hệ thống có thể tự phục hồi. Đối với hệ
thống có q nhiều máy phát phân bố thì khi có xảy ra nhiễu loạn có thể dẫn đến
mất ổn định vì hệ thống yếu.
Máy phát phân bố được nối vào hệ thống, khi có xảy ra sự cố, ngồi dịng
sự cố từ nguồn cịn có dịng từ máy phát phân bố điều này có thể dẫn đến sự tác
động sai của bảo vệ rơle. Mặt khác, công suất của các máy phát phân bố không
ổn định mà thay đổi theo yêu cầu của tải, điều này càng gây khó khăn hơn trong
chình định rơle.
Một số dạng máy phát phân phối có sử dụng nhiên liệu như là Diesel hay là
khí bio-gas,… địi hỏi phải tốn thêm chi phí nhiên liệu để vận hành.
Việc vận hành máy phát phân bố đòi hỏi phải có đội ngũ nhân viên vận
hành, điều này có thể gây tăng chi phí.
GVHD: TS. Nguyễn Hồng Việt
11
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
2.3.5. Các loại nguồn phát phân bố chủ yếu
2.3.5.1 Năng lượng gió
2.3.5.1.1.
Tổng quan
Từ cuối thập niên 1920, người Mỹ đã sử dụng những cối xay gió nhỏ để
cung cấp điện cho những khu vực nông thôn.
Nhưng chỉ sau một thời gian ngắn, đến thập niên 1930 cối xay gió được sử
dụng ngày càng ít, và nay chỉ cịn lại một số ít trong các trang trại ở miền Tây
nước Mỹ. Đến những năm 1970, cuộc khủng hoảng dầu hỏa làm thay đổi bức
tranh toàn cảnh năng lượng trên thế giới, tạo nên một thị trường mới mở ra cho
các nguồn năng lượng thay thế, và những cối xay gió cơ học tạo điện năng từ gió
đã trở lại. Cối xay gió cơ học ngày càng được xây dựng kỹ thuật hơn với những
cánh quạt được chế tạo từ sợi thủy tinh hoặc những vật liệu có sức chịu đựng tốt.
Trước khi bước vào khai thác năng lượng gió, câu hỏi đầu tiên chính là: có
thể lấy từ gió bao nhiêu năng lượng? Có hai cơ sở cơ bản để đánh giá: hiệu quả
và cơng suất. Hiệu quả (tức năng lực hữu ích mà chúng ta có thể lấy được từ
nguồn năng lượng): có thể chuyển từ 30 - 40% động lực của gió thành điện năng
(để tiện so sánh: có thể chuyển hóa từ 30-35% hóa chất trong than đá thành điện
năng). Cơng suất (phần điện năng máy có thể cung cấp được): một máy điện từ
gió có cơng suất 100%, có thể hoạt động suốt ngày và lúc nào cũng đầy năng
lượng, tỉ lệ ở than đá là 75% nếu như hoạt động cả ngày lẫn đêm và suốt năm.
Trước đây, một máy phát điện từ gió thơng thường có thể sản xuất từ 1,5 - 4
triệu kWh điện mỗi năm, đủ để cung cấp điện cho 150 - 400 hộ mỗi năm. Ở Mỹ,
các máy phát điện năng từ gió có thể cung cấp 10 tỷ kWh mỗi năm. Năng lượng
gió đáp ứng được 0,1% nhu cầu năng lượng cho cả nước, một con số rất nhỏ.
10 năm trước, Mỹ cịn là “vua” sử dụng năng lượng gió khi sản xuất đến
90% sản lượng điện từ gió của tồn thế giới. Đến năm 1996 sản lượng này giảm
30%. Thế nhưng gần đây, do chi phí đầu tư khai thác nguồn năng lượng từ gió
bắt đầu giảm và kỹ thuật được cải tiến nên gió lại trở thành một trong những
nguồn năng lượng mới tạo ra điện có sức cạnh tranh nhiều nhất trong một số
khía cạnh.
Nhìn trên phương diện kinh tế, năng lượng từ gió rất quyên rũ. Đầu tiên, gió
là một tài nguyên dồi dào có sẵn trong tự nhiên và khơng có “biên giới”. Kế đến,
xây dựng máy phát điện từ gió khơng tốn nhiều tiền bằng chi phí xây dựng máy
phát điện từ những nguồn năng lượng khác. Máy phát điện từ gió có thể dễ dàng
bổ sung máy phát điện thông thường khi nhu cầu dùng điện của người dân tăng
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
12
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
lên. Mặt khác, chi phí sản xuất điện từ gió đã giảm đột ngột trong hai thập niên
qua nhờ các kỹ thuật hạ thấp chi phí đầu tư.
Trên góc độ mơi trường: gió là một nguồn ngun liệu sạch, khơng làm ơ
nhiễm khơng khí và nước khi tạo điện năng. Điện năng làm từ gió cịn rất sạch,
có khả năng giảm đáng kể lượng khí CO2 thải ra mơi trường.
Một nghiên cứu mới của Bộ Năng lượng Mỹ vừa công bố cho biết trong
năm 2003 ngành năng lượng có tốc độ phát triển nhanh nhất không phải nhiệt
điện hay năng lượng nguyên tử, mà là gió. Bằng cớ là trong khoảng thời gian từ
năm 2000 - 2003, năng lượng gió tăng trưởng 159% ở Mỹ và 87% ở châu Âu
(Nguồn: dịch vụ đánh giá của Standard and Poor), qua mặt tất cả các nguồn năng
lượng khác về tốc độ tăng trưởng.
Đan Mạch hiện đang dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng
điện năng làm từ sức gió. Ngành cơng nghiệp điện năng từ gió của Đan Mạch tạo
cơng ăn việc làm cho 20.000 người, sản xuất được 3.200 MW trong năm 2003
trên tổng số 8.300MW sản lượng điện từ gió của tồn cầu. Với dân số 5,4 triệu
người, Đan Mạch cũng là nước dẫn đầu về tiêu thụ điện năng làm từ gió, với
khoảng 21% tổng điện năng được làm từ gió, so với tỉ lệ bình qn trên toàn cầu
là 0,5%, (AFP 15-8-2004).
Sự chuyển biến về cơ cấu năng lượng cũng đang diễn ra đặc biệt nhanh
chóng tại châu Âu, trong đó Anh là nước đi đầu. Trong năm qua, đã hoàn thành
phần đấu thầu dự án xây dựng nhà máy năng lượng gió với 1.000 turbine gió dọc
bờ biển, hi vọng sẽ thỏa mãn 10% nhu cầu năng lượng. Hoa Kỳ cũng hi vọng
năng lượng gió sẽ là nhân tố chủ đạo trong việc chuyển đổi cơ cấu năng lượng
nước Mỹ. Theo tính tốn của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, chỉ cần phủ turbine phủ
trên 6% diện tích nước Mỹ thì sẽ đủ cho sản xuất lượng điện gấp rưỡi nhu cầu
hiện tại của Hoa Kỳ.
Hơn nữa, turbine gió cịn có ứng dụng với nhiều hình thức khác như ứng
dụng trong phạm vi nhỏ vận hành đơn lẻ cho động cơ bơm nước, cung cấp lượng
điện nhỏ để nạp acquy.
Nếu khai thác triệt để năng lượng gió, một nguồn năng lượng sạch, kinh tế,
chúng ta sẽ đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng năng lượng ngày một gia tăng, trong
khi các nguồn nhiên liệu dầu khí đang ngày càng hiếm.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
13
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Hình 2.5 Cánh đồng gió trên núi ở Galicia, Tây Ban Nha.
Hình 2.6 Cánh đồng gió ngồi khơi gần Copenhagen, Đan Mạch.
2.3.5.1.2.
Các loại turbine gió
Có thể nói cơng nghệ turbine gió đạt đến trình độ đỉnh cao trong 15 năm
qua, đó là kết quả của cạnh tranh thương mại quốc tê, sự thành cơng về kỹ thuật
vẫn được duy trì và sản xuất hàng loạt trong sự phát triển và nghiên cứu. Sự quan
tâm về thiết bị này rất sớm, những turbine gió có giá đắt và khơng tin cậy được
giảm đi. Chi phí cho các dự án năng lượng gió giảm và đặc tính kỹ thuật của
turbine gió vẫn giữ khơng đổi trên 97%. Hệ số công suất của nhà máy năng
lượng gió ngày nay được cải tiến tăng từ 15% đến trên 30% đối với nhà máy năm
ở chế độ gió nhiều.
Hệ thống năng lượng gió hiện đại hoạt động tự động. Turbine gió phụ thuộc
vào lực khí động học tạo ra bởi cánh quạt gió quay. Thiết bị đo, đo lường liên tục
tốc độ gió giúp hệ thống điều khiển turbine gió hoạt động. Khi tốc độ gió đủ lớn
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
14
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
vượt quá sự ma sát của bộ phận truyền động turbine gió, cho phép điều khiển
rotor quay, kết quả là có một lượng công suất nhỏ phát ra. Công suất đầu ra tăng
đáng kể khi tốc độ gió tăng. Khi đầu ra đạt cơng suất cực đại thì turbine được
thiết kế sao cho bộ điều khiển turbine gió khống chế cơng suất đầu ra ở giá trị
định mức. Tốc độ gió khi đạt được công suất định mức được gọi là tốc độ gió
định mức của turbine và thường ở khoảng 15 m/s. Nếu tốc độ gió tăng lớn hơn
tốc độ định mức thì bộ điều khiển sẽ cắt turbine gió để tránh sự nguy hiểm cho
turbine, khoảng 25 m/s.
Những bộ phận chính của hệ thống năng lượng gió hiện đại điển hình bao
gồm:
Rotor với hai hoặc ba cánh quạt để chuyển năng lượng gió thành năng
lượng trên trục động cơ.
Hộp số để điều khiển cánh quạt rotor quay chậm để phát điện.
Tháp dùng để đưa rotor lên cao so với mặt đất để có được tốc độ gió cao và
ổn định hơn.
Móng của tháp bảo vệ turbine gió khỏi bị gió thổi bay đi trong điều kiện gió
lớn.
Hệ thống điều khiển để khởi động và dừng turbine gió và để kiểm tra sự
hoạt động chính xác của turbine.
Các turbine gió có thể được chia thành hai loại dựa vào trục quay của
turbine. Các turbine trục ngang (HAWT) phổ biến hơn turbine trục đứng
(VAWT) trong những dự án gần đây trên thế giới. Ngồi ra, các loại cối xay gió
cổ điển vẫn cịn được sử dụng ở nhiều khu vực nơng thơn.
Hình 2.7 Turbine gió trục ngang và turbine gió trục đứng.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
15
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Hình 2.8 Cấu trúc một turbine gió.
1.Cánh quạt; 2.Trục; 3.Đệm cánh quạt; 4.Đệm trục chính; 5.Dầu làm mát;
6.Máy phát; 7.Cần trục; 8. Ống dẫn khí xả máy phát; 9.Vỏ kim loại; 10.Trục đỡ;
11. Bánh răng; 12.Máy biến thế; 13.Bảng điều khiển; 14. Bộ nghịch lưu; 15. Tản
nhiệt cho bộ nghịch lưu; 16. Tháp.
2.3.5.2 Năng lượng mặt trời
2.3.5.2.1.
Tổng quan
Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng quan trọng điều khiển các
quá trình khí tượng học và duy trì sự sống trên Trái Đất. Ngay ngồi khí quyển
Trái Đất, cứ mỗi một mét vng diện tích vng góc với ánh nắng Mặt Trời,
chúng ta thu được dòng năng lượng khoảng 1.400 joule trong một giây.
Năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp nhiệt, chiếu sáng, đun nước
nóng, sản xuất điện năng,… cho hộ gia đinh, các trung tâm thương mại, các khu
công nghiệp,… Kỹ thuật sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời là pin mặt
trời.
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị
bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
16
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng
quang điện.
Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp
cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay
xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa,
thiết bị bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm
năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tịa nhà nơi chúng có thể kết nối với
bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.
Các dãy pin năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để sản xuất điện năng
cho một tòa nhà hoặc dùng với số lượng lớn cho nhà máy điện.
Hình 2.9 Một phòng giặt ở Canada hoạt động nhờ năng lượng Mặt Trời
thu bởi các tấm năng lượng Mặt trời.
Các nhà máy điện cũng có thể sử dụng nhiệt năng của ánh sáng mặt trời để
sản xuất hơi nước dùng sản xuất điện năng, gọi là nhà máy nhiệt điện mặt trời.
2.3.5.2.2.
Các ứng dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện năng
Nhà máy nhiệt điện mặt trời
Các nhà máy loại này sử dụng các tấm gương phản chiếu có độ cong lớn
nhằm hội tụ ánh sáng để đun sôi nước trong đường ống, sinh ra hơi nước, làm
quay các turbine để phát điện. Có nhiều dạng thiết kế theo nguyên lý này, có thể
dùng các máng phản chiếu parabol để phản chiếu ánh sáng lên các ống đi dọc
theo máng, đun sôi nước dẫn trong ống, làm bốc hơi để quay turbine phát ra điện.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
17
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Hoặc như loại thiết kế kiểu tòa tháp trung tâm, ánh sáng mặt trời được chiếu
qua các tấm gương quanh tòa tháp. Các tấm gương này được gọi là kính định
nhật, di chuyển và quay để đón ánh nắng mặt trời cả ngày. Ánh sáng phản chiếu
lên đỉnh tháp, điểm giữa của vịng xoay, nơi chất đối lưu được đun nóng bởi tia
nắng mặt trời. Chất đối lưu được đun sôi sinh ra hơi nước để quay turbine sinh ra
điện.
Ngồi ra, cịn có thiết kế theo dạng đĩa với nguyên lý hoạt động tương tự
như loại tòa tháp trung tâm, sử dụng tấm gương phản chiếu lớn, hình parabol để
phản chiếu ánh sáng mặt trời vào một điểm trên đĩa, ở mà ở đó ta cần đun sơi
chất đối lưu.
Hình 2.10 Thiết kế sử dụng nhiệt năng của Mặt trời theo kiểu máng và kiểu trung tâm.
Pin mặt trời
Chúng ta có thể chuyển trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng
cách sử dụng pin năng lượng mặt trời.
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị
bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có
khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng
quang điện.
Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp
cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay
xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa,
thiết bị bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm
năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tịa nhà nơi chúng có thể kết nối với
bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
18
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Kỹ thuật này được sử dụng từ những năm 1950 ở Mỹ, dùng trong kỹ thuật
vệ tinh không gian. Pin được sản xuất từ Silicon, một dạng đặc biệt của cát nấu
chảy.
Hình 2.11 Dãy pin năng lượng mặt trời.
Pin quang điện không phải cái gì khác chính là một điốt bán dẫn có diện
tích bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Khi chiếu
ánh sáng vào pin quang điện một phần sẽ bị phản xạ ( và do đó trên bề mặt pin
quang điện có một lớp chống phản xạ ) và một phần bị hấp thụ khi truyền qua lớp
N. Một phần may mắn hơn đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp e và lỗ trống
nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn p-n. Với các bước sóng thích hợp sẽ
truyền cho e một năng lượng đủ lớn để bật khỏi liên kết. Sẽ khơng thể có chuyện
gì nếu khơng có điện trường nhỏ tạo bởi lớp chuyển tiếp. Đó là lí do giải thích vì
sao nếu ta chiếu ánh sáng vào một vật bán dẫn thì khơng thể sinh ra dòng điện .
Nhưng cặp e và lỗ trống này nằm trong tác dụng của điện trường do đó e sẽ
bị kéo về phía bán dẫn loại n cịn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại p.kết quả là
nếu ta nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện thế.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
19
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Hình 2.12 Nguyên lý pin quang điện.
Các pin mặt trời được sắp xếp với nhau tạo thành khối pin quang điện và
nhiều khối kết hợp với nhau tạo thành dãy pin quang điện. Một số dãy pin quang
điện được điều chỉnh bởi các thiết bị điều chỉnh tùy thuộc vào ánh sáng mặt trời
trong ngày.
Hình 2.13 Ghép các tấm pin mặt trời.
Có người nói: năng lượng làm ra một hệ thống pin mặt trời lớn hơn năng
lượng nó thu được trong quá trình dùng (hay nói một cách đời sống hơn tiền mua
nó đắt hơn tiền mua điện: Điều này trước đây là đúng, tuy nhiên với công nghệ
hiện nay tỉ lệ này là 1:4 nghiêng về tiền thu được. Tức là bỏ 1 triệu mua hệ thống
thì sẽ thu được 4 triệu tiền năng lượng thu được).
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
20
HV: Phạm Hồng Thanh
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Luận văn tốt nghiệp
Một thực tế là việc sử dụng năng lượng Mặt trời ở nước ta còn quá xa vời là
do ta ỷ vào nguồn năng lượng thủy điện (cũng là một loại năng lượng sạch)
nhưng thực tế nhu cầu tiêu thụ điện và sự khổ sở vì tình trạng các hồ chứa xuống
dưới mức chết đã gióng một hồi chng nhẹ tới suy nghĩ này của toàn bộ mọi
người.
2.3.5.3 Năng lượng sinh khối
2.3.5.3.1.
Tổng quan
Năng lượng sinh khối là gì?
Năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được
con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Củi là nguồn
năng lượng chính cho tới đầu thế kỷ 20 khi nhiên liệu hoá thạch thay thế nó.
Trong những năm gần đây sự chú ý tới các cơng nghệ NLSK hiện đại nói
riêng và năng lượng tái tạo nói chung đã tăng mạnh trên tồn cầu để thay thế các
nguồn năng lượng hố thạch vì hai lý do. Một là do các nguồn năng lượng hoá
thạch đang ngày càng cạn kiệt dần (dự trữ dầu như được đánh giá cuối năm 2002
vào khoảng 40 năm tiêu thụ với mức độ tiêu thụ như hiện nay) và hai là các
nguồn này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Khác với các công nghệ năng
lượng tái tạo khác, công nghệ năng lượng sinh khối không chỉ thay thế năng
lượng hố thạch mà nhiều khi cịn góp phần xử lý chất thải vì chúng tận dụng các
nguồn chất thải để sản xuất năng lượng.
Hiện nay trên quy mơ tồn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư,
chiếm tới 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới. Ở các nước đang phát
triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp
khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy NLSK giữ một vai trò quan
trọng trong các kịch bản năng lượng soạn thảo bởi nhiều tổ chức quốc tế và có
khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế
giới trong tương lai. Nguồn sinh khối rất phong phú và đa dạng. Do vậy công
nghệ NLSK cũng rất đa dạng.
Trong cách dùng phổ biến hiện nay, hiểu theo nghĩa nhiên liệu thì sinh khối
(biomas) là nhiên liệu rắn trên cơ sở sinh khối, còn nhiên liệu sinh học (biofuel)
là những nhiên liệu lỏng được lấy từ sinh khối và khí sinh học (biogas) là sản
phẩm của q trình phân giải yếm khí của các chất hữu cơ.
GVHD: TS. Nguyễn Hoàng Việt
21
HV: Phạm Hồng Thanh
