Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4

MỤC LỤC

Nội dung phần Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9
CHƢƠNG 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƢỢNG MỚI
VÀ TÁI TẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
11
1.1. Các nguồn và công nghệ sử dụng năng lƣợng mới và tái tạo 11
1.1.1. Các nguồn năng lượng mới và tái tạo 11
1.1.2. Các công nghệ sử dụng năng lượng mới và tái tạo 13
1.2. Vai trò của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo hiện tại và trong
tƣơng lai
20
1.2.1. Các ứng dụng của NLMT
20
1.2.2. Các ứng dụng của năng lượng gió
22
1.2.3. Các ứng dụng của năng lượng sinh khối
22
1.2.4. Các ứng dụng của năng lượng thuỷ điện nhỏ
22
1.2.5. Các ứng dụng của năng lượng địa nhiệt
23

1.2.6. Các ứng dụng của năng lượng đại dương
24
1.3. Năng lƣợng mới và tái tạo ở Việt Nam
24
1.3.1. Nguồn và tiềm năng 24
1.3.2. Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng NLTT ở Việt Nam 27
1.3.3. Triển vọng phát triển của NLTT 29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
CHƢƠNG 2. NGUỒN NĂNG LƢỢNG GIÓ
TIỀM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM
34
2.1. Vật lý học về năng lƣợng gió 34
2.1.1. Các đặc trưng cơ bản về năng lượng gió 34
2.1.2. Năng lượng gió 37
2.2. Tiềm năng năng lƣợng gió ở Việt Nam 39
2.2.1. Tốc độ gió, cấp gió 39
2.2.2. Chế độ gió ở Việt Nam 40
2.3. Sản xuất điện từ năng lƣợng gió ở Việt Nam 43
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC TỔNG QUÁT
HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ
46
3.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống phát điện bắng sức gió 46
3.1.1 Tổng quan về hệ thống 46
3.1.2 Cấp điều khiển hiện trường 49
3.1.3 Cấp điều khiển hệ thống 53
3.2. Nghiên cứu về hệ thống Turbine gió 54
3.2.1. Mô tả Turbine 54
3.2.2. Vận hành turbine 56
3.3. Nghiên cứu về máy phát điện sử dụng năng lƣợng gió 59

3.3.1. Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ 59
3.3.2. Phương pháp điều khiển máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu 63
CHƢƠNG IV. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
SỬ DỤNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ Ở VÙNG NÚI VIỆT NAM
68
4.1. Mô hình trạm phát điện sử dụng sức gió công suất nhỏ 68
4.1.1. Tổng quan về hệ thống 68
4.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống 68
4.2. Thiết kế máy phát điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu 1,5kW 70
4.2.2. Tính toán mạch từ 70
4.2.3. Tổn hao ở chế độ làm việc định mức 79
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
4.2.4. Các dặc tính làm việc của máy phát điện 81
4.2.5. Tính toán độ tăng nhiệt 81
4.2.6. Chỉ tiêu tiêu hao vật tư 83
4.2.7. Tổng kết các số liệu thiết kế 84
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
PHỤ LỤC 90

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NLMT: Năng lƣợng mặt trời
NLG: Năng lƣợng gió
TL - HL: Thƣợng lƣu và hạ lƣu
NLM & TT: Năng lƣợng mới và tái tạo
NLTT: Năng lƣợng tái tạo
PĐCSG: Phát điện chạy sức gió
KĐB: Không đồng bộ
KĐB - RDQ: Không đồng bộ rotor dây quấn
DFIG: Máy phát không đồng bộ nguồn kép
KĐB - RLS: Không đồng bộ rotor lồng sóc
ĐK: ĐIều khiển
NL: Nghịch lƣu

MP: Máy phát
HSCS: Hệ số công suất
NLPL: Nghịch lƣu phía lƣới
NLMP: Nghịch lƣu máy phát
ĐB - KTVC: Đồng bộ kích thích vĩnh cửu
CL: Chỉnh lƣu
SG: Máy phát sức gió tạo năng lƣợng xoay chiều
DSP: Bộ vi xử lý tín hiệu
BĐKHT: Bộ điều khiển hiện trƣờng
BĐKCT: Bộ điều khiển chƣơng trình





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu Nội dung Trang
1.1 Một số kết quả chính của hoạt động nghiên cứu ứng
dụng NLTT ở Việt Nam

2.1 Bảng cấp gió Beaufor
2.2 Bảng tiềm năng gió ở Việt Nam
2.3 Bảng đo vận tốc gió trên độ cao 12m và 50m
4.1 Tham số nam châm N38 của Công ty NINBO (Trung
Quốc)

4.2 Các số liệu thiết kế của máy phát ĐB-KTVC 1,5kW
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình, đồ thị Nội dung Trang
1.1 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính
1.2 Sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tinh thể Si
1.3 Sơ đồ một bộ thu để sản xuất nước nóng
1.4 Hệ thống sưởi ấm nhà cửa hay chuồng trại sử dụng
NMT

2.1 Bề mặt cánh bánh công tác động cơ gió chiếm chỗ khi

quay

3.1 Sơ đồ khối hệ thống phát điện sức gió
3.2 Sơ đồ phân cấp trong hệ thống điều khiển trạm phát
điện sức gió

3.3 Các thành phần của hệ thống điều khiển hiện trường
3.4 Cấu trúc phần cứng card điều khiển
3.5 Cấu trúc của Module điện trở hãm
3.6 Các thành phần chính của Turbine WESTWIND
3.7 Hệ thống vành ghóp và thanh quét lấy điện (nằm trong
thân Turbine)

3.8 Hệ thống lò xo lật cánh khi tốc độ gió quá lớn
3.9 Đuôi Turbine có thể tự gập khi gió mạnh khi gió mạnh
hay gập bằng tay

3.10 Hai loại hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy
phát

3.11 Đặc tính công suất có thể khai thác được từ gió với
các tốc độ khác nhau: Cần điều khiển máy phát sao
cho luôn đạt mức tối đa

3.12 Phạm vi hoạt động của máy phát KĐB-RDQ (a) với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10


dòng năng lượng chảy ở chế độ MP thuộc phạm vi

dưới (b) và trên đồng hồ (c)
3.13 Khái quát cấu trúc hệ thống PĐCSG sử dụng máy phát
loại KĐB-RDQ

3.14 Máy phát đồng hồ kích thích vĩnh cửu có thể được sử
dụng theo 1 trong 2 phương án: a) Điện áp MP được
chỉnh lưu đơn giản; b) Điện áp MP được chỉnh lưu có
ĐK tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ NL và MP

3.15 a) Hệ thống PĐCSG dùng MP loại ĐB-KTVC cùng với
bộ CL đơn giản nên phải có thêm mạch tải giả; b) Sơ
đồ chi tiết của mạch tải giả

3.16 Hệ thống PĐCSG với dàn ắc-quy (có bộ ĐK nạp) và
mạch tải giả sen giữa CL và NL

3.17 Khái quát cấu trúc hệ thống PĐCSG sử dụng MP
loại ĐB-KTVC công suất nhỏ

4.1 Mô hình trạm phát điện sử dụng sức gió công suất nhỏ
4.2 Kích thước rãnh lồng dây
4.3 Kích thước thanh nam châm
1


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới, nhu cầu sử dụng năng
lượng cũng tăng cao. Năng lượng tái tạo còn gọi là năng lượng phi truyền thống nói
chung, năng lượng gió nói riêng là một trong những lĩnh vực quan trọng và đang dần

được quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi.
Một trong những vấn đề cần phải được giải quyết, đó là năng lượng gió không
ổn định và mang tính chu kỳ. Năng lượng gió thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc
biệt là không gian và thời gian. Chính vì thế việc nhanh chóng điều tra, đánh giá để
xác định các số liệu về tốc độ gió ở một khu vực cụ thể là việc làm rất cần thiết và
quan trọng đối với công tác nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng năng
lượng gió.
Sau thời gian hơn 2 năm học và tập nghiên cứu tại Trường Đại Học Kỹ Thuật
Công Nghiệp Thái Nguyên tôi đã được giao đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung:
“Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ”. Với sự giúp
đỡ ủng hộ của các thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp, gia đình cũng như sự nỗ lực
của bản thân đến nay tôi đã hoàn thành bản luận văn với đầy đủ nội dung của đề tài.
Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu tham khảo và trình độ ngoại
ngữ, đồng thời thời gian nghiên cứu không dài cũng như đây là một lĩnh vực còn
tương đối mới mẻ nên bản luận văn của tôi sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót
nhất định. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè
đồng nghiệp và những ai quan tâm đến vấn đề này để bản luận văn được hoàn chỉnh và
có ý nghĩa hơn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ giảng dạy
thuộc Khoa sau đại học Trường Đại học KTCN Thái Nguyên, và đặc biệt tôi xin bày
tỏ lòng biết ơn và cảm ơn sâu sắc tới cán bộ hướng dẫn khoa học TS. Nguyễn Như
Hiển đã trang bị kiến thức, dẫn dắt, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Thái nguyên, ngày 10 tháng 05 năm 2008


Vũ Thị Thanh Phương
2


TỔNG QUAN

I. Tính cấp thiết của để tài:
Trong các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển kinh tế xã hội ở Việt
Nam đó chính là hệ thống điện lưới Quốc gia. Nó có ý nghĩa rất quan trọng song song
với sự phát triển nhanh chóng của các lĩnh vực an ninh, quốc phòng, sản xuất, công
nghiệp, du lịch,... Nhu cầu về sản xuất và tiêu thụ điện năng tăng lên ngày một rõ rệt.
Trong những năm gần đây các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới
và tái tạo để thiết kế những hệ thống phát điện ở nước ta đang phát triển khá mạnh mẽ
và rộng khắp. Đặc biệt từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng gió để tạo ra cơ
năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc, điển hình là các thuyền buồn chạy bằng sức
gió, các cối xay gió xuất hiện từ thế kỉ XIV. Hơn thế nữa từ vài chục năm gần đây với
nguy cơ cạn kiệt dần những nguồn nhiên liệu khai thác được từ lòng đất và vấn đề ô
nhiễm môi trường do việc đốt hàng ngày một khối lượng lớn các nguồn nhiên liệu hoá
thạch.
Từ những điều kiện và tình hình thực tế trên việc nghiên cứu, sử dụng các dạng
năng lượng tái tạo của thiên nhiên trong đó có năng lượng gió lại được nhiều nước trên
thế giới đặc biệt được quan tâm. Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều
ngành khoa học tiên tiến thì việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió đã đạt được
những tiến bộ rất lớn cả về chất lượng các thiết bị và quy mô ứng dụng. Một trong
những ứng dụng quan trọng nhất của sức gió là để tạo ra hệ thống phát điện. Vì vậy đề
tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện bằng sức gió công suất nhỏ” mang tính
cấp thiết và có ý nghĩa rất quan trọng điều kiện tình hình kinh tế - xã hội ở Việt Nam
hiện nay.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Đánh giá và dự báo được tình hình nghiên cứu và sử dụng
các nguồn năng lượng mới và tái tạo trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện. Đồng
thời nêu lên vai trò của các nguồn năng lượng mới và tái tạo hiện tại và trong tương lai
- Ý nghĩa thực tiễn: Tìm ra được giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế của
nước ta hiện nay để lựa chọn xây dựng một hệ thống phát điện bằng nguồn phát năng
lượng gió công suất nhỏ tương ứng với tiềm năng gió của Việt Nam, tạo điều kiện phát

3
triển kinh tế phù hợp với chiến lược phát triển của địa phương, nhất là ở những vùng
núi mà điện lưới quốc gia chưa có khả năng vươn tới được.
3. Phương pháp nghiên cứu:
Để giải quyết được những vấn đề của đề tài đặt ra, tác giả sử dụng các phương
pháp nghiên cứu sau đây:
- Tổng hợp đánh giá về các nguồn năng lượng mới và tái tạo, hiện trạng về ứng
dụng các nguồn NLM & TT trên thế giới và ở Việt Nam
- Phân tích tiềm năng về nguồn năng lượng gió ở Việt Nam để đưa ra biện pháp
sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả nhất
- Xây dựng nghiên cứu cấu trúc tổng quát hệ thống phát điện bằng sức gió
- Tính toán, thiết kế hệ thống phát điện sử dụng năng lượng gió công suất nhỏ ở
vùng núi Việt Nam, đặc biệt là vùng chưa có điện lưới quốc gia.
4. Nội dung nghiên cứu:
Bản luận văn được chia làm 4 chương với nội dung như sau:








NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11

CHƢƠNG 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƢỢNG MỚI

VÀ TÁI TẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Các nguồn và công nghệ sử dụng năng lƣợng mới và tái tạo
1.1.1. Các nguồn năng lượng mới và tái tạo
a. Nguồn năng lượng mặt trời
Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển
của sự sống trên trái đất. Có thể nói đây là nguồn năng lượng rất phong phú mà
thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta. Năng lượng mặt trời thu được trên trái đất là
năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ ặt trời đến trái đất. Chúng ta sẽ tiếp
tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời hết
nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
b. Nguồn năng lượng gió
Năng lượng gió là một dạng chuyển tiếp của năng lượng mặt trời, bởi chính
ánh nắng ban ngày đã đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt
độ và áp suất giữa nhiều vùng khác nhau, và các khối không khí từ những khu vực
có áp suất cao sẽ dịch chuyển nhanh đến những vùng có áp suất thấp hơn, tạo ra
hiện tượng gió thổi đều khắp trên bề mặt địa cầu.
c. Nguồn năng lượng thuỷ điện nhỏ
Từ các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm
năng về năng lượng (gọi là thuỷ năng). Thông thường nguồn thuỷ năng phụ thuộc
vào độ dốc sông suối và lưu lượng nước chảy qua. Nguồn thuỷ năng có thể phân bố
đều hoặc không đều trên một đoạn sông suối. Để tập trung năng lượng của dòng
chảy, nghĩa là để tạo được độ chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu
người ta sử dụng một số phương pháp kiểu trạm thuỷ điện như: Phương pháp tập
trung năng lượng bằng đập ngăn, phương pháp tập trung năng lượng bằng đường
dẫn và phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy.
d. Nguồn năng lượng sinh khối
Sinh khối bao gồm các loài thực vật sinh trưởng và phát triển trên cạn cũng
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
như ở dưới nước, các phế thải hữu cơ như: rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà phê..., các
loại phế thải động vật như: phân người, phân gia súc, gia cầm.... Sinh khối là nguồn
năng lượng đầu tiên của loài người và mặc dù ngày nay các nguồn năng lượng hoá
thạch như: tha đá, dầu mỏ, khí đốt là các nguồn năng lượng chính nhưng sinh khối
vẫn còn được sử dụng với một khối lượng và tỉ lệ khá lớn, nhất là ở các nước đang
phát triển.
Sinh khối là một nguồn năng lượng có khả năng tái sinh. Nó tồn tại và phát
triển được trên hành tinh chúng ta là nhờ có ánh sáng mặt trời. Các loại thực vật hấp
thụ ánh sáng mặt trời để thực hiện các phản ứng quang hợp, biến đổi các khoáng
chất, nước và các nguyên tố vô cơ khác thành các chất hữu cơ.
Phản ứng quang hợp còn là phản ứng cơ bản tạo ra thức ăn cho động vật.
Nếu kể đến cả sản phẩm oxy của phản ứng quang hợp ta có thể nói rằng sinh khối
nói chung và thực vật nói riêng có ý nghĩa quyết định đối với sự sống trên hành tinh
chúng ta.
Năng lượng sinh khối hoàn toàn có thể thay thế các nguồn năng lượng hoá
thạch đang bị khai thác cạn kiệt và gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề
e. Nguồn năng lượng địa nhiệt
Địa nhiệt là nguồn năng lượng tự nhiên ở trong lòng quả đất, dưới một lớp
vỏ không khí không dày lắm , nhiệt độ lên đến 1000
0
C đến hơn 4000
0
C. Còn ở lớp
trên cùng của vỏ Trái đất chỉ có nhiệt độ bình quân trong năm là 15
0
C, dưới lớp đó
là một lớp có nhiệt độ bình quân là 540
0

C, còn tại lớp lõi trong nhiệt độ bình quân
là 7000
0
C. Khối năng lượng khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn
năng lượng vô hạn sinh ra từ các chuỗi phản ứng hạt nhân, sự phân hủy các chất
phóng xạ tiến hành thường xuyên trong lòng Trái đất như Thori (Th), Protactini
(Pa), Urani (U)...vv, năng lượng do các phản ứng phóng xạ được tích tụ trong lòng
quả đất hàng triệu năm với một lượng khổng lồ làm nóng chảy lõi quả đất dưới áp
suất cao. Đi sâu xuống lòng đất 2-40m (tùy địa điểm) ta sẽ gặp tầng Thường ôn, tức
là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Mặt Trời. Dưới tầng Thường
ôn càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
Theo đánh giá của các chuyên gia, có khoảng 10% diện tích vỏ quả đất có
chữa các nguồn địa nhiệt có thể đánh giá được tiềm năng của nó. Các nguồn này có
thể cung cấp cho nhân loại một nguồn năng lượng rất lớn.
f. Nguồn năng lượng đại dương
Nguồn năng lượng này được chia thành 3 loại chính: Năng lượng thuỷ triều,
năng lượng nhiệt đại dương và năng lượng sóng biển. Tiềm năng là vô cùng to lớn,
gió thổi trên một khoảng không gian bao la trên các đại dương sẽ tạo ra sóng biển
dữ dội, liên tục và mang theo một nguồn năng lượng có thể nói là vô tận. Thuỷ triều
là kết quả giữa lực hút của mặt trời, mặt trăng với quả đất và do sự chuyển động của
quả đất xung quanh mặt trời, cũng như sự quay xung quanh trục nghiêng của quả
đất.
Với năng lượng nhiệt đại dương có thể xem như một nhà máy nhiệt hoạt
động với nguồn nóng trên bề mặt và nguồn lạnh dưới tầng sâu tương tự các máy
nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện, nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần dùng

một loại nhiên liệu nào cả. Nhiệt độ đại dương không biến đổi nhiều từ ban ngày
sang ban đêm và vì vậy có thể coi là nguồn nhiệt rất ổn định. tuy nhiên có thể sẽ
thay đổi theo mùa và phụ thuộc vào khoảng cách đến xích đạo.
Cuối cùng là năng lượng sóng biển, đây cũng là một nguồn năng lượng rất lớn và
hấp dẫn. Tiềm năng năng lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, thậm chí ngay
ở một vị trí đã cho năng lượng sóng biển cũng biến đổi theo thời gian từng giờ, từng
ngày và từng mùa.
1.1.2. Các công nghệ sử dụng năng lượng mới và tái tạo
a. Công nghệ năng lượng mặt trời (NLMT)
* Công nghệ nhiệt mặt trời
- Hiệu ứng nhà kính:
Hiệu ứng nhà kính là một trong những hiệu ứng quan trọng nhất được ứng
dụng để khai thác năng lượng mặt trời (NLMT). Ta khảo sát một hộp thu nhiệt mặt
trời như hình 1.1. Mặt trên hộp được đậy bằng tấm kính (1). Thành xung quanh và
đáy hộp có lớp vật liệu cách nhiệt dày (2). Đáy trong của hộp được làm bằng tấm
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt trên của nó phủ một lớp sơn đen, hấp thụ nhiệt tốt và
được gọi là tấm hấp thụ (3).

4
1
2
3
TÊm kÝnh
Líp vá c¸ch nhiÖt
TÊm hÊp thô

Tia s¸ng mÆt trêi
1
2
3
4


Hình 1.1. Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính
Các tia bức xạ mặt trời có bước sóng  < 0,7m tới mặt hộp thu, đi qua tấm
kính phủ phía trên (1), tới bề mặt tấm hấp thụ (3). Tấm này hấp thụ năng lượng bức
xạ mặt trời và chuyển hoá thành nhiệt làm cho tấm hấp thụ nóng lên, khi đó nó trở
thành nguồn phát xạ thứ cấp phát ra các tia bức xạ nhiệt có bước sóng  > 0,7m ,
hướng về mọi phía. Các tia đi lên phía trên bị tấm kính ngăn lại, không ra ngoài
được. Nhờ vậy, hộp thu liên tục nhận bức xạ mặt trời nên tấm hấp thụ được nung
nóng dần lên và có thể đạt đến nhiệt độ hàng trăm độ. Như vậy năng lượng nhiệt
mặt trời bị "giam" trong hộp, giống như một cái bẫy nhiệt - năng lượng vào được
nhưng không thể ra đựơc. Đó là nguyên lý “hiệu ứng nhà kính”.
- Bộ thu phẳng:
Bộ thu phẳng có hình khối hộp chữ nhật, trên cùng được đậy bằng một hay
vài lớp kính xây dựng trong suốt. Cũng có thể thay lớp kính này bằng các tấm trong
suốt khác như thuỷ tinh hữu cơ, polyester, v.v... Đối với vật liệu ngoài thuỷ tinh tuy
có độ bền cơ học cao hơn, nhưng độ già hoá lại nhanh, do đó hệ số truyền qua sau
khoảng 5 –10 năm có thể giảm 5  10%.
Tấm hấp thụ là một tấm kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt trên có phủ một lớp sơn
hấp thụ ánh sáng màu đen. Lớp hấp thụ cần có hệ số hấp thụ càng cao càng tốt, ví
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15

dụ > 85%, thì hiệu suất bộ thu sẽ có thể có giá trị cao. Ngoài ra, tấm hấp thụ bằng
vật liệu kim loại còn để việc hàn các thành phần khác (ví dụ ống nước bằng kim loại
nếu bộ thu dùng để đun nước nóng) được dễ dàng hơn.
Thành hộp xung quanh và đáy hộp là một lớp vật liệu cách nhiệt khá dày để
giảm hao phí nhiệt từ tấm hấp thụ ra xung quanh. Vật liệu cách nhiệt thường dùng
là “xốp bọt biển” (polystyrene) màu trắng rất nhẹ được sản xuất dưới dạng tấm hoặc
hạt,... cũng có thể dùng vật liệu khác như bông thuỷ tinh, mút, gỗ khô, mùn cưa,...
Nếu cách nhiệt tốt thì trong những ngày nắng, nhiệt độ tấm hấp thụ có thể đạt đến
100 115
o
C hoặc cao hơn.
* Công nghệ điện mặt trời (ĐMT)
- Công nghệ nhiệt điện mặt trời
Người ta sử dụng bộ thu hội tụ đi kèm bộ dõi theo mặt trời (tracker) để hội tụ
các tia mặt trời đúng diện tích cần thiết kế. Đối với các bộ thu không yêu cầu độ hội
tụ cao thì sự định hướng bộ thu có thể chỉ cần điều chỉnh vài ba lần trong một ngày
và có thể thực hiện bằng tay. Nhưng với các bộ thu yêu cầu độ hội tụ cao thì cần
phải điều chỉnh sự định hướng bộ thu một cách liên tục. Đa số các bộ hội tụ này là
các bộ hội tụ máng parabol, các tia sáng mặt trời được hội tụ lại trên đường tiêu hội
tụ, tại đường tiêu này nhiệt độ có thể đạt 400
0
C hay cao hơn.
- Công nghệ pin mặt trời (PMT)
Đây còn gọi là công nghệ pin quang điện, khác với công nghệ nhiệt điện mặt
trời là năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ để tập trung
ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng thì ở công nghệ pin
mặt trời, năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào
quang điện bán dẫn được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn điện. Các pin mặt trời sản
xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn bức xạ mặt trời tới nó.
Khi chiếu ánh sáng mặt trời vào mặt trên của pin, ánh sáng sẽ tạo ra trong

các lớp bán dẫn lân cận lớp tiếp xúc pn (4) các cặp điện tử – lỗ trống. Các cặp này
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
4
3
5
6
1
2
¸nh s¸ng mÆt trêi
7
Líp chÊt chèng ph¶n x¹
¸nh s¸ng
§iÖn cùc lưới mÆt trªn
Líp b¸n dÉn n_Si
1
2
3
Líp tiÕp xóc b¸n dÉn p_n
Líp b¸n dÉn p_Si
§iÖn cùc dưới
Bãng ®Ìn
4
5
6
7

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tinh thể Si
là các hạt dẫn điện mang điện tích âm (điện tử) và điện tích dương (lỗ trống). Do
tính chất đặc biệt của lớp tiếp xúc bán dẫn, nên tại lớp tiếp xúc (4) đã có sẵn một
điện trường tiếp xúc E
tx
. Điện trường này lập tức tách điện tử và lỗ trống trong các
cặp điện tử, lỗ trống vừa được ánh sáng tạo ra và bắt chúng chuyển động theo các
chiều ngược nhau để tạo thành dòng điện. Vì vậy nếu nối các điện cực trên và dưới
bằng một dây dẫn có bóng đèn (7) thì sẽ có một dòng điện qua bóng đèn và đèn
sáng.
Hiện tượng chiếu ánh sáng vào lớp tiếp xúc bán dẫn pn ta thu được dòng
điện ở mạch ngoài được gọi là hiệu ứng Quang - Điện. Như vậy pin mặt trời hoạt
động dựa trên hiệu ứng quang- điện để sản xuất điện.
b. Nguồn năng lượng gió
Năng lượng gió (NLG) thường được khai thác từ các trạm đặt ở độ cao (20-
70)m so với bề mặt trái đất. Trên độ cao lớn (8-12)km gọi là tầng đối lưu, có gió
thường xuyên hơn và gọi là dòng chảy luồng (hay luồng khí). Gió loại này có vận
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
tốc lớn (25-80)m/s, tiềm năng năng lượng của chúng lớn hơn nhiều. Đặc tính gió ở
tầng này khác nhiều so với đặc tính gió trên mặt đất. Song sử dụng gió ở độ cao này
gặp phải một số khó khăn rất lớn về mặt kỹ thuật khi chuyển tải điện từ độ cao lớn
tới mặt đất.
Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh
hưởng của một loạt các yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay đổi tác
động của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt đất...), đồng thời các
điều kiện địa hình tại chỗ, tốc độ gió thay đổi cả về giá trị và hướng.

Đặc trưng của NLG là tập hợp các dự liệu cần thiết và đủ độ tin cậy đặc
trưng cho gió như là một nguồn năng lượng và cho phép làm rõ giá trị năng lượng
của nó. Đó cũng là một hệ thống các dữ liệu đặc trưng cho chế độ gió ở các vùng
khác nhau, trên cơ sở đó có thể tính toán các chế độ và thời gian làm việc của tổ
máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác được.
Đặc tính đặc trưng quan trọng nhất là mật độ phân bố các vận tốc gió khác
nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế độ vận tốc cực đại
(bão). Ngoài ra cần phải kể đến là hàm quy luật thống kê tần số biến đổi vận tốc gió
trong khoảng thời gian xác định. Khi biết quy luật xác định và thông số của hàm
này và khi có các đặc tính của các tổ máy NLG, có thể đánh giá được năng lượng
sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp đặt, hiệu quả kinh
tế...vv.
c. Nguồn năng lượng sinh khối
* Các công nghệ nhiệt hoá
Công nghệ sinh hoá sử dụng các phản ứng lên men sinh khối như lên men
rượu, lên men kỵ khí nhờ các chủng loại vi sinh để biến đổi sinh khối ở áp suất và
nhiệt độ thấp thành các loại nhiên liệu khí (khí sinh học) hoặc lỏng (ethanol,
methanol…).
* Các công nghệ biến đổi sinh hoá
Ngược lại công nghệ nhiệt hoá sử dụng các quá trình nhiệt độ cao để biến đổi
sinh khối nhờ các quá trình đốt cháy, nhiệt phân, khí hoá, chất lỏng.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
d. Nguồn năng lượng thuỷ điện nhỏ
* Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn
Phương pháp này là đắp đập tạo nên độ chênh mực nước giữa thượng lưu và
hạ lưu. Đập có nhiều loại: đập đất, đập đá và đập bêtông. Còn trạm thuỷ điện có thể

bố trí sau đập hay trong lòng đập. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện sau đập
hay trạm thuỷ điện trong lòng đập. Vì độ cao đập hạn chế nên phương pháp này
được sử dụng chỉ cho các đoạn sông suối có độ dốc nhỏ. Cột nước toàn phần của
trạm thuỷ điện được xác định bằng hiệu mực nước thượng lưu và hạ lưu.
* Phương pháp tập trung năng lượng bằng đường dẫn
Phương pháp này sử dụng đường dẫn để tạo độ chênh mực nước giữa thượng
lưu và hạ lưu. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện đường dẫn. Đường dẫn có
thể bằng đường ống hoặc kênh dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này thích hợp với các con
sông, suối có độ dốc lớn hay có bậc thác.
* Phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy
Phương pháp này tạo độ chênh mực nước bằng đập ngăn và bằng đường dẫn
đối với đoạn sông có độ dốc khác nhau. Độ chênh mực nước của trạm bằng tổng độ
chênh mực nước đập tạo nên và độ chênh của đường dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này
gọi là trạm thuỷ điện tổng hợp. Cột áp toàn phần được xác định bằng tổng cột áp do
đập và đường dẫn tạo nên.
e. Nguồn năng lượng địa nhiệt
Địa nhiệt là nguồn năng lượng nhiệt tự nhiên ở trong lòng Quả đất. Có 4 loại
nguồn địa nhiệt. Đó là: nguồn nước nóng, nguồn áp suất địa nhiệt, nguồn đá nóng
khô, các núi lửa hoạt động và magma.
Nguồn nước nóng là nguồn nước bị nung nóng dưới áp suất cao, các nguồn
hơi nước hay hỗn hợp của chúng ở trong các tầng đá xốp rỗ, hoặc ở trong các khe
nứt gãy của đá, nó bị giữ lại bởi một lớp đá khác đặc kín và không thấm.
Nguồn áp suất địa nhiệt là các nguồn chứa nước muối có nhiệt độ trung bình
và chứa khí metan hoà tan. Các nguồn này bị vỏ quả đất nén lại dưới áp suất cao
dưới các tầng trầm tích sâu và bị bao bọc bởi các lớp đất sét và trầm tích không
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19

thấm nước.
Các nguồn đá nóng khô bao gồm các khối đá ở nhiệt độ cao từ 90
0
C đến
650
0
C. Các nguồn đá này có thể bị nứt gãy nên có thể chứa một ít hoặc không có
nước nóng. Để khai thác nguồn địa nhiệt này người ta khoan sâu đến tầng đá, tạo ra
các nứt gãy nhân tạo, sau đó sử dụng một chất lỏng nào đó làm chất vận chuyển
nhiệt bơm qua tầng đá đã bị nứt gãy để thu nhiệt.
Năng lượng địa nhiệt ở các lỗ hổng núi lửa đang hoạt động. Magma là đá
nóng chảy có nhiệt độ nóng chảy từ 700
0
C đến 1600
0
C. Khi còn nằm dưới vỏ quả
đất đá nóng chảy là một phần của vỏ quả đất có độ dày khoảng từ 24km đến 48km.
Các nguồn Magma chứa một nguồn năng lượng khổng lồ, lớn nhất trong các nguồn
địa nhiệt, nhưng nó ít khi ở gần mặt đất nên việc khai thác rất khó khăn.
f. Nguồn năng lượng đại dương
* Năng lượng thuỷ triều
Năng lượng thuỷ triều có tính chu kỳ, có thể là nửa ngày, nửa năm hoặc dài
hơn. Các chu kỳ này ảnh hưởng đến độ chênh lệch của thuỷ triều. Biên độ của các
chu kỳ thuỷ triều tăng lên một cách rất đáng kể, ở một số vùng biển có địa hình đặc
biệt như ở các cửa sông, ở các vịnh dạng hình phễu, ở các khu vực có các đảo hay
các doi đất chia mặt biển thành từng ngăn tạo ra sự phản xạ và cộng hưởng sóng
biển.
* Năng lượng nhiệt đại dương
Có thể xem như một nhà máy nhiệt hoạt động với nguồn nóng trên bề mặt và
nguồn lạnh dưới tầng sâu tương tự các máy nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện,

nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần dùng một loại nhiên liệu nào cả.
* Năng lượng sóng biển
Đây cũng là một nguồn năng lượng rất lớn và hấp dẫn. Tiềm năng năng
lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, thậm chí ngay ở một vị trí đã cho năng
lượng sóng biển cũng biến đổi theo thời gian từng giờ, từng ngày và từng mùa. Tuỳ
theo nguyên lý hoạt động mà các thiết bị khai thác sóng biển được nghiên cứu, thiết
kế và chế tạo theo từng loại khác nhau.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
1.2. Vai trò của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo hiện tại và trong tƣơng lai
Các nguồn năng lượng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) đóng một vai trò
hết sức quan trọng, bởi lẽ hiện nay hầu hết các nước đã và đang phát triển đều quan
tâm đến vấn đề năng lượng. Chính sách an ninh năng lượng cũng như hoạch định
các chính sách sử dụng tiết kiệm và phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo đang
làm nóng các quốc gia này. Việc nghiên cứu để khai thác và ứng dụng các nguồn
NLM & TT bổ sung cho các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày một cạn
kiệt là một việc làm hết sức cần thiết và cấp bách. Sau đây ta đi nghiên cứu các ứng
dụng của các nguồn NLM & TT để thấy rõ vai trò quan trọng của chúng.
1.2.1. Các ứng dụng của NLMT
a. Sản xuất nước nóng

Hình 1.3. Sơ đồ một bộ thu để sản xuất nước nóng
Về cơ bản một thiết bị sản xuất nước nóng là một bộ thu NMT. Trong thiết bị
đun nước, người ta hàn vào tấm hấp thụ một hệ thống ống kim loại (như các ống
bằng đồng hay ống nước mạ kẽm, xem hình 1.3) và sau đó cho nước chảy qua hệ
ống đó. Nhiệt từ tấm hấp thụ sẽ được truyền qua thành ống vào nước và làm nước
4
1
2
3
5
N-íc nãng ra
N-íc l¹nh vµo
TÊm kÝnh
Líp vá c¸ch nhiÖt
TÊm hÊp thô
1
2
3
Tia s¸ng mÆt trêi
èng dÉn n-íc kim lo¹i
4
5
(a)
(b)
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
nóng dần lên.
b. Sấy bằng nhiệt mặt trời
Phần lớn các thiết bị sấy hiện đại đều sử dụng hiệu ứng nhà kính. Khí nóng
được tạo ra trong bộ thu hoặc buồng thu nhiệt mặt trời và được cho thổi qua sản
phẩm sấy theo chu trình đối lưu tự nhiên hay đối lưu cưỡng bức
c. Sưởi ấm nhà cửa, chuồng trại
1
1
2
3
3
4
5
Bé thu n¨ng lượng mÆt trêi
B×nh tÝch nhiÖt
B¬m hay qu¹t
1
2
3
Nguån ®èt dù phßng
Hệ thèng èngế sưởi
4
5

Hình 1.4. Hệ thống sưởi ấm nhà cửa hay chuồng trại sử dụng NMT
NMT cũng thường được sử dụng để sưởi ấm nhà cửa, chuồng trại chăn nuôi
trong mùa đông. Hình 1.4 là một hệ thống sưởi ấm nhà cửa, chuồng trại nhờ không
khí nóng được sản xuất ra từ các bộ thu NMT.

d. Nguồn điện pin mặt trời nối lưới
Dàn pin mặt trời gồm nhiều modun pin mặt trời được ghép nối lại với nhau
(nối nối tiếp, song song hay hỗn hợp) và lắp đặt trên mái nhà hay nơi có nắng suốt
ngày. Khi có nắng dàn pin mặt trời phát ra dòng điện một chiều. Dòng điện này
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
được cho qua Bộ biến đổi điện (inverter) để biến đổi thành dòng điện xoay chiều
(ví dụ dòng điện 220V, 50Hz) và qua công tơ điện CT
1
đưa vào lưới điện quốc gia
(hay địa phương). Trong phương pháp này mạng lưới điện quốc gia hay địa phương
đóng vai trò như một hệ thống tích trữ điện năng (hay một nhà băng điện năng). Tuy
nhiên phương pháp này chỉ ứng dụng được những khu vực có lưới điện.
1.2.2. Các ứng dụng của năng lượng gió
a. Ứng dụng động cơ gió phát điện
Động cơ gió phân làm 3 loại: Loại cánh dạng khí động, loại rôto cánh phẳng
trục đứng và loại rôto cánh tròn trục đứng. Một trong những ứng dụng quan trọng
nhất của động cơ gió là để chạy máy phát điện. Các động cơ gió dùng để kéo máy
phát điện thường là các máy ít cánh có số vòng quay tương đối lớn. Điều quan trọng
khi dùng động cơ gió chạy máy phát điện là phải đảm bảo sự phối hợp tải giữa động
cơ gió và máy phát điện, vì máy phát điện thường có tốc độ quay lớn hơn động cơ
gió do đó cần sử dụng máy phát có tốc độ quay thấp hoặc sử dụng các bộ truyền
trung gian như hộp số, đai truyền, biến tốc thuỷ lực,...
b. Ứng dụng động cơ gió bơm nước
Đây là ứng dụng quan trọng thứ hai của NLG. Người ta sử dụng các loại bơm khác
nhau ghép nối với động cơ gió để bơm nước. Có thể chia động cơ gió bơm nước
làm hai nhóm: Nhóm động cơ gió bơm nước cột áp thấp, lưu lượng lớn. Chiều cao

bơm chỉ (1-2)m. Loại này hay dùng cho các vùng làm muối và tưới ruộng lúa.
Nhóm thứ hai thuộc loại cột áp cao, lưu lượng nhỏ. Chiều cao cột nước đạt tới (15-
35)m. Loại này phục vụ chủ yếu tưới cà phê, hồ tiêu, chè trên các vùng cao nguyên.
1.2.3. Các ứng dụng của năng lượng sinh khối
Khí sinh học có rất nhiều ứng dụng như thắp sáng, dùng làm nhiên liệu đun
nấu, phát điện, v.v... Ngoài ra công nghệ khí sinh học còn là một công nghệ làm
sạch môi trường.
1.2.4. Các ứng dụng của năng lượng thuỷ điện nhỏ
a. Tuabin nước chạy máy phát điện
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
Tuabin được nối trực tiếp với máy phát điện hoặc gián tiếp thông qua các bộ
truyền động. Công suất của máy phát điện sẽ được xác định theo công suất của
tuabin, còn vòng quay của máy phát được chọn theo số vòng quay đồng bộ.
b. Tuabin kéo bơm
Để phục vụ cho việc cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới cho vùng sâu,
vùng xa, nơi có nguồn thuỷ năng nhỏ, người ta sử dụng tuabin để trực tiếp kéo bơm.
Tổ hợp như vậy gọi là bơm thuỷ luân. Tuabin kéo bơm có hai loại: Buồng hở và
buồng kín
1.2.5. Các ứng dụng của năng lượng địa nhiệt
Nhiệt từ các nguồn hay từ mỏ địa nhiệt có thể khai thác nhờ sử dụng một số
chất lỏng tự nhiên của quả đất để làm chất làm việc vận chuyển nhiệt. Năng lượng
nhiệt này có thể cho qua tuabin để phát điện hoặc dùng một cách trực tiếp cho các
quá trình gia nhiệt hoặc chế biến nhiệt công nghiệp. Để khai thác các nguồn địa
nhiệt người ta thường sử dụng phương pháp khoan như: khai tác dầu hay khí đốt.
Đối với các nguồn địa nhiệt nông và nhiệt độ không cao (thấp hơn 170
0

C)
thường người ta khai thác nhiệt một cách trực tiếp hoặc sử dụng gián tiếp qua bộ
trao đổi nhiệt. Để sử dụng năng lượng điạ nhiệt có hiệu quả thông thường người ta
sử dụng ngay tại chỗ, nơi có nguồn địa nhiệt khai thác, vì khi dẫn nhiệt đi xa (ống
dẫn) hao phí nhiệt sẽ lớn.
Năng lượng địa nhiệt có nhiệt độ thấp hay trung bình có thể dùng để sưởi ấm
hay sản xuất nước nóng cho các mục đích sinh hoạt trong các gia đình hay các cơ sở
công cộng như: trường học, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn...vv.
Các chất lỏng địa nhiệt cũng được dùng để tạo ra nguồn nhiệt cho các quá
trình công nghiệp như sản xuất hoá chất hay đun nấu. Nhiệt và hơi nước từ nguồn
địa nhiệt cũng được sử dụng cho công nghiệp thực phẩm, sản xuất hàng hoá tiêu
dùng, sưởi ấm chuồng trại chăn nuôi gia súc, gia cầm hay sử dụng trong các nhà
kính trồng rau quả...vv. Năng lượng địa nhiệt có thể dùng quay các động cơ tạo ra
cơ năng.
Trong các chất lỏng địa nhiệt còn chứa nhiều kim loại và khoáng chất quý
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
như: kali, cacbonat, bạc, bo, chì, kẽm...vv. Thu hồi các chất này khi khai thác các
nguồn các nguồn địa nhiệt cũng là một nguồn sản phẩm phụ rất có giá trị.
1.2.6. Các ứng dụng của năng lượng đại dương
a. Phát điện khi thuỷ triều lên, xuống hoặc cả hai chiều
Khi thuỷ triều lên hoặc xuống người ta tạo ra sự chênh lệch giữa nước trong
hồ với nước bên ngoài làm cho cột nước có độ cao xác định nhờ hệ thống các kênh
dẫn. Sau đó mở các cửa kênh cho nước dẫn qua các tuabin và phát điện. Các tuabin
làm việc đến khi nào cột nước giữa mực nước biển ngoài cửa kênh và trong hồ giảm
một nửa thì dừng lại.
b. Nhà máy nhiệt điện đại dương

Nước nóng ở lớp nước bề mặt đại dương được dùng để làm nóng một lớp
chất lỏng có nhiệt độ bay hơi thấp - chất lỏng này được gọi là chất lỏng làm việc –
như Amoniac, Freon hay Propan. Chất lỏng làm việc khi đi qua buồng có áp suất
thấp sẽ bị bốc hơi. Hơi này được cho qua tuabin làm quay tuabin phát điện, sau đó
hơi đi qua buồng ngưng tụ được làm lạnh bằng nước biển lạnh lấy từ các tầng nước
sâu và được bơm trở về buồng hoá hơi, ...vv
Một ứng dụng khác là nước biển nóng được làm “bay hơi nổ” trong một
buồng chân không. Hơi nước được dẫn để xả qua một tuabin hơi để phát điện, sau
đó đi vào bình ngưng tụ dùng nước biển lạnh tự nhiên. Điều hấp dẫn của hệ thống
này là hơi nước sau khi ngưng tụ trong buồng ngưng tụ là nước sạch đã được chưng
cất. Nó có thẻ dùng như một nguồn nước sạch phục vụ sinh hoạt và công nghiệp.
1.3. Năng lƣợng mới và tái tạo ở Việt Nam
1.3.1. Nguồn và tiềm năng
Việt nam được thiên nhiên ban tặng cho một tài nguyên năng lượng tái tạo
(LNTT) rất đa dạng và khá dồi dào. Chúng ta có gần như tất cả các loại nguồn
LNTT như nguồn năng lượng mặt trời, thuỷ điện nhỏ, gió, địa nhiệt, sinh khối, thuỷ
triều, sóng biển và nhiệt đại dương với trữ lượng khá lớn.
a. Năng lượng mặt trời
Việt nam nằm trong vành đai nhiệt đới có vĩ độ từ 8 đến 23 độ Bắc nên có
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN BẰNG SỨC GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
25

năng lượng bức xạ mặt trời (NLMT) khá lớn. Tuy nhiên tuỳ thuộc vào điều kiện tự
nhiên mà NLMT có sự biến đổi từ vùng này sang vùng khác.
Vùng Đông Bắc là khu vực chịu ảnh hưởng mạnh nhất của gió mùa Đông
Bắc lạnh và ẩm nên NLMT thấp nhất cả nước. Mật độ NLMT biến đổi trong
khoảng từ 250 đến 400 cal/cm

2
. ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng
1600 đến 1900 giờ.
Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai,... và vùng Bắc
Trung Bộ có NLMT khá lớn. Mật độ NLMT biến đổi trong khoảng từ 300 đến 500
cal/cm
2
.ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm khoảng 1800 đến 2100 giờ.
Đặc điểm chung của bức xạ mặt trời ở miền Bắcc là có sự thay đổi rất rõ rệt
giữa mùa Đông (tháng 12, 1, 2) và mùa Hè (tháng 5, 6, 7, 8). NLMT về mùa Hè nói
chung lớn gấp 1,5 đến 2 lần so với mùa Đông.
Từ Đà nẵng trở vào NLMT rất tốt và phân bố tương đối điều hoà trong suốt
cả năm. Mật độ NLMT biến đổi trong khoảng từ 350 đến 500 cal/cm
2
.ngày. Số giờ
nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ. Đây là khu vực ứng dụng
NLMT rất hiệu quả
b. Thuỷ điện nhỏ
Thuỷ điện nhỏ được hiểu là các trạm thuỷ điện có công suất dưới 10 MW.
Do không cần phải xây dựng các hồ chứa nước lớn dẫn đến sự huỷ hoại môi trường
cảnh quan nên thuỷ điện nhỏ được xếp vào NLTT. Việt Nam có nguồn tài nguyên
thuỷ điện nhỏ rất lớn, tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc và biên giới phía Tây.
Tổng tiềm năng thuỷ điện nhỏ được xác định khoảng 1800 đến 2000 MW, trong đó:
* Loại có công suất 100 đến 10 000 MW có 500 trạm với tổng công suất
1400 đến 1800 MW, chiếm hơn 90% tổng tiềm năng thuỷ điện nhỏ .
* Loại có công suất dưới 100 KW có khoảng 2500 trạm với tổng công suất
100 đến 200 MW, chiếm 7 đến 10% tổng công suất thuỷ điện nhỏ .
* Đặc biệt các thuỷ điện cực nhỏ, dưới 5 KW đã được khai thác sử dụng rất
rộng rãi để cấp điện sinh hoạt cho các hộ gia đình miền núi.