Tìm hiểu sử dụng năng lượng mặt trời sản xuất nước cất bằng công nghệ med

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUN NGÀNH : Điện Cơng Nghiệp

TÊN ĐỀ TÀI
Tìm hiểu sử dụng năng lượng mặt trời
sản xuất nước cất bằng cơng nghệ
MED
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành:

ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: THS PHẠM QUANG MINH
Sinh viên thực hiện: NGUYỂN MINH TIẾN
MSSV: 111C6601

Lớp: C11DT01

Bình Dương, Tháng 05 Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan :
Những nội dung trong báo cáo này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của
thầy ThS Phạm Quang Minh
Mọi tham khảo dùng trong báo cáo này đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng
trình, thời gian, địa điểm cơng bố.
Mọi

sao

chép

khơng

hợp

lệ,

vi

phạm

quy

chế

đào

tạo,

hay

tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.

Bình Dương, ngày 20 tháng 05 năm 2014.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Tiến

gian

trá,


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép em được gửi đến q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè lời càm ơn
chân thành nhất. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay,
em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè. Thầy
Cô đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại
trường. Và đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Giáo viên hướng dẫn Thầy ThS Phạm Quang
Minh đã tận tâm hướng dẫn em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói
chuyện, thảo luận về lĩnh vực cơ nhiệt điện lạnh để hoàn thành đồ an tốt nghiệp. Một lần
nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy. Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực cơ nhiệt
điện lạnh, kiến thức của em còn hạn chế và cịn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh khỏi
những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp q báu
của q Thầy Cơ và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn
thiện hơn.
Cuối cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ trong Khoa Điện & Điện tử, Thầy Trưởng khoa và
Thầy Hiệu Trưởng – Trường Đại học Thủ Dầu Một thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp
tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. 4
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ........ 10
1.1 Năng lượng mặt trời .................................................................................................. 10

1.2 Giới thiệu về nền công nghiệp năng lượng mặt trời. ................................................ 10
1.2.1. Nền công nghiệp năng lượng mặt trời trên thế giới...................................... 11
1.2.2. Đặc điểm............................................................................................................ 13
1.2.3. Hệ thống máng Parabol (Parabol Trough) ..................................................... 13
1.2.4. Hệ thống điện tháp ........................................................................................... 14
1.2.5. Hệ thống đĩa/ động cơ Striling (Dish Stirling) ............................................... 14
1.2.6. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam. .................................................................... 15
1.2.7. Các dự án ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam ...................................... 15
1.2.8. Vài nét về điện mặt trời ở Việt Nam................................................................ 21
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT NƯỚC BẰNG
CÔNG NGHỆ MED ........................................................................................................... 23
2.1. Vài nét về nước cất: ................................................................................................. 23
2.2. Các phương pháp chưng cất nước ............................................................................ 24
2.2.1. Chưng cất kiểu truyền thống (Sử dụng năng lượng nhiều lần) .................... 24


2.2.2. Chưng cất có tái sử dụng năng lượng Multiple Effect Distillation (MED) và
Multiple Effect Distillation with Mechanical Vapour Compression (MED-MVC). ... 30
2.3. Giới thiệu một số dự án cất nước bằng MED trên thế giới ...................................... 38
2.3.1. Giới thiệu các phương pháp chưng cất nước được ứng dụng trong thực tế ...... 38
2.3.2. Dự án SDIC Thiên Tân (Nhà máy khử muối lớn nhất của Trung Quốc) .......... 39
2.3.3. Dự án Reliance Gujarat (Nhà máy khử muối lớn nhất của Ấn Độ) .................. 40
2.3.4. Dự án Tocopilla (Nhà máy lọc nước muối MVC lớn nhất ở Chile).................. 41
Chương 3: HỆ THỐNG THU NHIỆT TỪ PIN MẶT TRỜI ĐỂ CHƯNG CẤT NƯỚC
VÀ TĂNG HIỆU SUẤT PHÁT ĐIỆN .............................................................................. 42
3.1. Giới thiệu: ................................................................................................................ 42
3.2. Nguyên lý làm việc và đặc tính kỹ thuật .................................................................. 45
3.3. Chu trình nước và làm mát pin mặt trời: Chu trình (I) ............................................ 45
Chương 4: KẾT HỢP HEAT PUMP VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CHƯNG
CẤT NƯỚC ........................................................................................................................ 48

4.1. Heat pump là gì? Nó có ưu nhược gì? ..................................................................... 48
4.2. Giới thiệu về máy HP-MED-250: ............................................................................ 48
4.3. Mục tiêu của nghiên cứu về máy HP-MED-250: .................................................... 49
4.4. Tại sao kết hợp NLMT và Heat pump? ................................................................... 49
4.5. Mô tả hệ thống giả định HP+SOLAR-MED-400 .................................................... 49
4.6. Phân tích của hệ thống HP+SOLAR-MED-400 ...................................................... 53


4.6.1. Phân tích các chỉ tiêu kinh tế ........................................................................... 53
KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 60


MỞ ĐẦU

Giới thiệu:

Khai thác và sử dụng năng lượng trong cuộc sống văn minh hiện nay làm
biến đổi khí hậu, ô nhiễm nguồn nước. Nước mặt không còn đảm bảo nhu cầu
sinh hoạt. Nguồn nước ngầm cũng đang bị ô nhiễm, mặc khác khai thác nước
ngầm gây sụt lún. Hiện tượng xâm nhập mặn đang ngày một đe dọa nguồn nước
ở các vùng đồng bằng. Đồ án này góp phần vào việc triển khai việc sản xuất nước
cất tinh khiết phục vụ cho ăn uống bằng giải pháp tiết kiệm năng lượng và chi phí.
Mục tiêu là có thể sản xuất nước cất với chi phí thấp bằng cơng nghệ
Multiple Effect Distillation (MED).
Phương pháp chưng cất nước dùng công nghệ Multiple Effect Distillation (MED) kết
hợp với Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch có sẵn trong tự nhiên để
sản xuất nước cất, vừa tiết kiệm năng lượng, vừa giảm lượng phát thải do sử dụng tiết kiệm
năng lượng.
Trong đồ án đề cập 2 mơ hình chưng cất nước có sử dụng NLMT:

•

Hệ thống thu nhiệt từ pin mặt trời để chưng cất nước và tăng hiệu suất phát điện:
Tìm hiểu một dự án Pilot 10kW solar panel sản suất 60lít nước cất/h

•

Kết hợp heat pump và năng lượng mặt trời để chưng cất nước: Tìm hiểu mơ hình
SOLAR + MED-400 sản suất 400lít nước cất/h

Phương pháp MED hoạt động hiệu quả và kinh tế với mức tiêu thụ điện thấp. Để sản xuất
ra 250 lít nước cất trong một giờ thì tiêu tốn khoảng 10kW điện, khi kết hợp với năng lượng
mặt trời lượng điện năng tiêu thụ giữ nguyên nhưng sản lượng nước tắng lến 400lít nước
cất/h.
Nước ta có bờ biển dài trên 3200km, kèm theo đó là cả một vùng tiếp giáp với biển rộng
lớn. Nơi đây nguồn nước thường bị nhiễm mặn, nên việc thiếu nước sạch để ăn uống cũng
như trong sinh hoạt cho người dân là đều khó tránh khỏi. Trong phạm vi của báo cáo này sẽ


trình bày phương pháp chưng cất nước dùng cơng nghệ chưng cất đa tầng (MED) kết hợp
với năng lượng mặt trời. Đây sẽ là một giải pháp cho vấn đề thiếu nước sạch ở các vùng
nhiễm mặn cũng như hải đảo xa xơi của nước ta.
Các nội dung chính của đồ án:
•

“Chương 1: Tổng quan về năng lượng và năng lượng mặt trời”. Chương này trình
bày tầm quan trọng của năng lượng và thực trạng khai thác năng lượng hiện nay
làm ảnh hưởng đến mơi trường làm biến đổi khí hậu dẫn đến cần phải khai thác
các nguồn năng lượng thân thiện khác phục vụ cho phát triển bền vững. Trong đó
chúng tơi đặc biệc chú ý đến năng lượng mặt trời vì đây là nguồn năng lượng

siêu sạch và dồi dào

•

“Chương 2: Tồng quan về các phương pháp chưng cất nước bằng công nghệ MED”.
Chương này cho chúng ta biết về các phương pháp chưng cất nước để từ đó có
thể đưa ra các nhận xét và lựa chọn phương pháp chưng cất tiết kiệm năng lượng
và cho ra hiệu quả sử dụng cao.

•

“Chương 3: Hệ thống thu nhiệt từ pin mặt trời để chưng cất nước và tăng hiệu suất
phát điện”. Chương này trình bày một hệ thống Pilot (thử nghiệm) có chức năng
vừa làm mát Pin mặt trời để nâng cao hiệu suất phát điện vừa có chức năng sản
xuất nước cất nhờ vào nhiệt năng có được từ việc giải nhiệt cho pin mặt trời.
Trong hệ thống Pilot này giàn pin mặt trời có cơng suất 10kW, sản lượng nước
cất thu được khoảng 60 lít nước cất trong một giờ nắng.

•

“Chương 4: Khào sát phân tích thiết kế hệ thống chưng cất nước chạy băng Heat
pump két hợp với năng lượng măt trời”. Mục đích của chương này là tìm cách
giảm bớt sử dụng năng lượng điện bằng cách kết hợp khai thác nguồn năng
lượng mặt trời với Heat Pump để sản xuất nước cất. Những nghiên cứu cho thấy
có thể dùng các máng Parabol (Parabilic Trough) để tập trung hấp thụ nhiệt mặt
trời cấp nước nóng 90oC cho hệ thống bay hơi MED với GOR = 10 – 14 lần có thể


mang lại hiệu quả cất nước kinh tế. Chương này thử phân tích một hệ thống
HP+SOLAR-MED-400 để chưng cất nước tiết kiệm năng lượng.

Chương I:
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời xét về lâu dài là một giải pháp cho tương lai. Một trong các
nguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch về mặt mơi
trường. Trong q trình sử dụng, nguồn năng lượng này khơng sinh ra khí nhà kính hay gây
ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu tồn cầu.
Có 2 kiểu chính sử dụng năng lượng mặt trời:
-

Sử dụng dưới dạng nhiệt năng (nhiệt mặt trời): lò hấp thụ mặt trời, nhà kính...

-

Sử dụng thơng qua sự chuyển hố

thành điện năng (điện mặt trời): hệ thống
pin quang điện (hay pin mặt trời); nhiệt
điện mặt trời…Ưu điểm là không gây ô
nhiễm trong quá trình sản xuất điện. Nhược
điểm là Pin mặt trời khơng phù hợp trong
sản xuất điện mang tính cơng nghiệp bởi sẽ
phải cần diện tích rất lớn và chi phí đầu tư
cịn cao.
Nhiệt mặt trời có ưu điểm là phạm vi ứng dụng đơn giản, ít tốn kém .Nhược điểm:
việc vận chuyển nhiệt rất khó khăn, hiệu suất khơng cao, phụ thuộc vào thời tiết.
Đồ án này thuộc hướng khai thác năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt nên có ưu

điểm là tận dụng được nguồn năng lượng vô tận của mặt trời, giảm được giá thành trong
sản xuất nước cất. Khi kết hợp với công nghệ Multiple Effect Distillation (MED) hoàn toàn
khắc phụ được yếu tố phụ thuộc vào thời tiết.

1.2 Giới thiệu về nền công nghiệp năng lượng mặt trời.
- Năng lượng mặt trời là nguồn gốc sinh ra các dạng năng lượng khác.
- Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng hầu như vô tận.


- Khai thác năng lượng mặt trời không gây ô nhiểm, không ảnh hưởng đến môi
trường sinh thái xung quanh.

1.2.1. Nền công nghiệp năng lượng mặt trời trên thế giới
Mặc dù trong nửa đầu thế kỷ 21, nguồn hóa thạch vẫn còn chiếm vai trò chủ đạo cung
cấp nhu cầu năng lượng của nhân loại nhưng chúng đang trên đường cạn kiệt và là thủ
phạm chính gây ơ nhiễm mơi trường. Chính vì vậy, lồi người đang nỗ lực tìm tòi và khai
thác các nguồn năng lượng thay thế. Theo những số liệu dự báo, ngay từ sau năm 2050,
năng lượng tái tạo (NLTT) sẽ giữ vai trò chủ đạo cung cấp năng lượng cho con người, trong
đó điện mặt trời (ĐMT) sẽ vươn lên vị trí độc tơn, cung cấp tới 3/4 nhu cầu năng lượng của
nhân loại vào năm 2100.
Trong vòng khoảng 15 năm qua ĐMT phát triển rất nhanh, với tốc độ trung bình là
25%/năm. Cơng nghiệp điện mặt trời bao gồm quang điện mặt trời (QĐMT) và nhiệt điện
mặt trời (NĐMT).

Sản lượng điện mặt trời của thế giới 1995-2008
Quang điện mặt trời tiếp tục là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh
nhất thế giới. Thị trường QĐMT thể hiện ba xu hướng rõ ràng là: Loại hình “Tịa nhà ĐMT/
Mái nhà ĐMT” (Building integrated Photovoltaic-BIPV) ngày càng gia tăng; Công nghiệp chế

11

tạo pin mặt trời (PMT), trong đó đáng chú ý là lượng PMT công nghệ màng mỏng (thin-film
PV) chiếm phần lớn trong tổng công suất lắp đặt (dẫn đầu thế giới là Hoa Kỳ, Malaysia,
Đức…); và sự ra đời hàng loạt các nhà máy QĐMT. Công suất các nhà máy QĐMT nối lưới
phát triển mạnh mẽ từ mức 200 KWp đã tăng lên tới mức 3GWp.[1]

Tình hình phát triển QĐMT trên bình diện tồn cầu trong năm 2008 đầy biến động
Bên cạnh quang điện mặt trời, nhiệt điện mặt trời cũng là ngành công nghiệp năng
lượng với nhiều bước tiến và các cơ sở sản xuất mới.
Công nghiệp điện mặt trời hội tụ (concentrating solar power plant-CSP) mở ra nhiều
khả năng cho phát triển cùng với các phương tiện sản xuất mới. Chảo nhiệt điện mặt trời
Stirling là một kế hoạch của hai cường quốc năng lượng mới thế giới CHLB Đức và Tây Ban
Nha với tham vọng độc chiếm thị trường NĐMT trong tương lai gần. Đây là bước đi thương
mại quan trọng của công nghệ điện mặt trời Stirling.
Nhiệt mặt trời cũng phát triển mạnh đạt mức gấp đơi. Đun nước nóng mặt trời và
năng lượng sưởi ấm tăng trưởng 15%/năm trong năm 2008, đạt khoảng 145 GWth, gấp đôi
công suất năm 2004. Dẫn đầu thế giới là Trung Quốc với ¾ cơng suất lắp đặt tồn cầu, tiếp
theo là Đức, Tây Ban Nha, Nhật… Và trong số các nước đang phát triển, Brazil, Maroc,
Tunisia… cũng cho thấy tốc độ “tăng trưởng lắp đặt nóng” của các hệ đun nước nóng mặt
trời

12


1.2.2. Đặc điểm
− CSP được sử dụng để sản xuất điện đôi khi gọi là nhiệt điện năng lượng
mặt trời, thường được tạo ra thơng qua hơi nước.
− Cần có một khu vực rộng lớn đáng kể để đặt hệ thống
− Lắp đặt đơn giản hơn so với các công nghệ nhiệt điện khác

1.2.3. Hệ thống máng Parabol (Parabol Trough)
Một máng parabol là hệ thống gương có tác
dụng phản xạ ánh sáng tập trung vào bộ tiếp nhận
dạng đường (tập trung tuyến tính).
Ánh sáng được tập trung vào một vị trí dọc
theo đường trọng điểm của hệ thống máng phản
xạ. Thiết bị nhận là một ống đặt trực tiếp phía trên
giữa các gương parabol và chứa đầy một chất
lỏng, hệ thống có một trục theo dõi ánh sáng mặt
trời vào ban ngày.
Một chất lỏng làm việc (ví dụ như muối nóng
chảy ) được đun nóng đến 150-350 ° C (423-623 K (302-662 ° F)) nó chảy qua bộ phận
nhận và sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một kiểu năng lượng hệ
thống, mục đích của hệ thống chủ yếu là để tạo ra điện năng. Hiện nay hệ thống sử dụng
công nghệ CSP-Trough là phát triển nhất. [12]

13


1.2.4. Hệ thống điện tháp
Một tòa tháp năng lượng mặt trời bao gồm một loạt
các gương phản xạ theo dõi trục kép tập trung ánh
sáng mặt trời trên một máy thu trung tâm trên đỉnh
một tòa tháp, bộ phận nhận có chứa một chất lỏng,
mà có thể bao gồm nước biển. Chất lỏng làm việc
nhận nhiệt độ đun nóng đến 500-1000°C (773-1.273
K) và sau đó được sử dụng như là một nguồn năng
lượng cho một cơ chế tạo ra điện hoặc hệ thống lưu trữ
năng lượng.
Ứng dụng của tháp năng lượng không cao hơn so với các

hệ thống máng, nhưng chúng cung cấp hiệu quả cao hơn
và khả năng lưu trữ năng lượng tốt hơn, Tây Ban Nha
nước đầu tiên có quy mơ tháp năng lượng mặt trời lớn
trên thế giới. [12]

1.2.5. Hệ thống đĩa/ động cơ Striling (Dish
Stirling)
Hệ thống này bao gồm:

− Gương phản xà dạng Parabolic tròn xoay có tác dụng tập trung ánh sang
thanh một điểm vơi hệ số tập trung khoảng 1000 – 2500 lần vào tiêu điểm.
− Tại tiêu điểm này lắp một thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng rồi
thanh điện năng. Thiết bị này gọi là gọi là động cơ Stirling.
Hệ thống Dish Stirling bao gồm các phản xạ thống nhất của parabol, là tập trung ánh sáng
vào một bộ nhận, vị trí ở tâm điểm của phản xạ. Sự phản xạ ánh nắng Mặt trời được theo dõi
dọc theo hai trục quay. Chất lỏng làm việc nhận được nhiệt độ đun nóng đến 250-700 ° C
(523-973 K (482-1.292 ° F)) và sau đó được sử dụng cho một động cơ Stirling để tạo ra

14


điện. Đĩa Parabolic là các hệ thống cung cấp cao nhất năng lượng mặt trời để tạo ra điện, rất
hiệu quả trong các cơng nghệ CSP, và có khả năng mở rộng mô-đun của chúng.

1.2.6. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam.
Tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam:
Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn.Trải dài
từ vĩ độ 8o27’ Bắc (Cà Mau) đến 23o23’ Bắc (Hà Giang), Việt Nam nằm trong khu vực có
cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng
rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước,

với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2. Trong khi đó cường độ bức xạ
mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ước tính khoảng 4 kWh/m2do điều kiện thời tiết
với trời nhiều mây và mưa phùn vào mùa đông và mùa xuân. Ở Việt nam, bức xạ mặt trời
trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý
thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE.[1]
Năng lượng mặt trời ở Việt nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi
trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh
của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời có thể được
khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt.[1]

1.2.7. Các dự án ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Có bốn dạng cơng nghệ năng lượng mặt trời hiện đang có mặt trên thị trường Việt
nam. Đó là cơng nghệ năng lượng mặt trời quy mơ hộ gia đình, quy mơ thương mại sử dụng
cho các khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, quân đội và các trung tâm dịch vụ, cho làng mạc
như đèn công cộng, âm thanh, tivi và trạm cho sạc pin.
Tại Việt Nam, các tấm pin quang điện (Photo-voltaic: PV) đều được nhập khẩu trong khi
thành phần khác của hệ thống thì được sản xuất trong nước. Tập đồn Bưu chính viễn thơng
Việt Nam (VNPT) và Tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) sở hữu các công ty thành viên có
chức năng thiết kế và lắp đặt các hệ thống điện mặt trời cho nhu cầu sử dụng nội bộ.
Ở Việt nam, các ứng dụng năng lượng mặt trời đã phát triển nhanh chóng kể từ
những năm 90. Các ứng dụng bao gồm điện mặt trời cho hộ gia đình và các trung tâm dịch

15


vụ, hệ thống đun nước mặt trời, điện mặt trời PV, hệ thống đèn điện và sấy. Công nghệ lai
ghép (Hybrid technology) của các nguồn năng lượng tái tạo, được đặt tên là Manicub, đã
được ứng dụng trên các tàu thuỷ, xe cứu thương hay khu biệt thự sử dụng năng lượng mặt
Trong số các ứng dụng, công nghệ đun nước mặt trời được xem là có giá trị kinh tế, hiệu quả
và phổ biến nhất hiện nay.[1]

Mặc dù nguồn năng lượng mặt trời ở Việt nam được công nhận là có tiềm năng lớn,
nhưng các dự án điện mặt trời vẫn chưa được chú ý phát triển. Hầu hết các dự án điện mặt
trời trên khắp cả nước chỉ ở quy mô nhỏ và tập trung chủ yếu vào việc khai thác nhiệt năng
từ năng lượng mặt trời. Chi phí đầu tư lớn là rào cản chủ yếu cho việc phát triển các dự án
điện mặt trời ở Việt nam.
Việc đầu tư vào năng lượng mặt trời cho nghiên cứu và phát triển rất đáng kể. Những
nguồn tài chính đầu tư cho các hoạt động nghiên cứu PV chủ yếu từ các tổ chức quốc tế và
cấp chính phủ. Tiêu biểu nhất là việc đầu tư vào phịng thí nghiệm bán dẫn của ĐH quốc gia
Hồ Chí Minh (với US$ 5 triệu) và phịng thí nghiệm Nano của Khu cơng nghệ cao – Hồ Chí
Minh (với US$ 11 triệu)[1].
Việc nghiên cứu ứng dụng PV đã và đang diễn ra từ năm 1990 tới nay. Một vài ứng
dụng mới đã thành công trong việc thiết kế và lắp đặt như công nghệ lai ghép các nguồn
năng lượng tái tạo của Solarlab (Madicub) được ứng dụng trong xe cứu thương, tàu thuỷ và
khu biệt thự, điện mặt trời nối lưới SIPV cũng được lắp đặt bởi Solarlab. Nhờ có cơng nghệ
tiên tiến và giá thành cạnh tranh, một vài công nghệ PV được sản xuất ở Việt nam đã được
xuất khẩu sang thị trường một số nước Châu Á như Campuchia và Băng La Đét.
Các tổ chức tiêu biểu hoạt động trong lĩnh vực năng lượng mặt trời bao gồm Phịng
thí nghiệm SolarLab ở TP Hồ Chí Minh thuộc Viện Khoa học Việt nam, Viện năng lượng Việt
Nam (thuộc Bộ Công thương) và Trung tâm năng lượng tái tạo của ĐH Bách khoa Hà nội.
Trong khn khổ của chương trình hợp tác điện mặt trời giữa Bộ Ngoại giao Pháp,
Điện lực Pháp và Liên minh Châu Âu, trạm năng lượng mặt trời hữu nghị giữa Việt nam và
Pháp đã được thành lập tại TP Hồ Chí Minh. Trạm năng lượng mặt trời này thực hiện
chương trình cung cấp điện cho các tỉnh như Gia Lai, Quảng Nam và Bình Phước (IEA,
2005). Ngồi ra, cịn có một dự án trọng điểm SELCO, với sự hợp tác của Liên hiệp Hội phụ

16


nữ Việt Nam với trên 600 hệ thống đang trong quá trình hoạt động (Hội đồng kinh tế Úc cho
Năng lượng bền vững, 2005).

Công suất của các tấm pin PV nằm trong dải từ 500 Wp đến 1500 Wp đã được lắp đặt
ở các tỉnh thuộc miền nam cho các hộ gia đình, bệnh viện, trường học và làng xã (Hội đồng
kinh tế Úc cho Năng lượng bền vững, 2005).
Việc sản xuất các tấm pin quang điện PV bắt đầu xuất hiện ở Việt nam từ giữa những
năm 90. Các tấm pin mặt trời làm bằng tinh thể silic được sản xuất ở phịng thí nghiệm
trong thời gian từ 1990-2000. Một quy trình khép kín cho việc sản xuất tấm pin mặt trời đã
được xây dựng và tấm pin mặt trời đầu tiên được sản xuất ở Việt nam vào năm 2000. Chính
phủ Việt nam hỗ trợ để chuyển giao công nghệ PV mới nhất vào Việt nam cũng như thu hút
đầu tư từ nước ngoài về sản xuất trong nước hình thành ngành cơng nghiệp sản xuất tấm
pin quang điện PV ở Việt nam.
Hiện tại, các công ty tư nhân đang dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất pin quang điện PV.
Trong số các cơng ty đó phải kể đến Nhà máy Mặt trời đỏ đặt tại TP Hồ Chí Minh, cung cấp
vật liệu cho sản xuất pin mặt trời ở Bình Dương, Việt Vmicro JS ở TP. Hồ Chí Minh...
Đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời là một cơng nghệ khá phát triển và có
giá trị thương mại đã được áp dụng trên cả quy mô hộ gia đình cũng như quy mơ cơng
nghiệp. Các hộ gia đình và doanh nghiệp sẵn lịng đầu tư vào bình đun nước nóng sử dụng
năng lượng mặt trời vì có thể tiết kiệm hoá đơn tiền điện. Cho đến nay, cơng nghệ sản xuất
thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời có thể dễ dàng huy động vốn đầu tư từ
thành phần kinh tế tư nhân.
Hiện nay, các bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời được sản xuất bởi hơn 10
doanh nghiệp vừa và nhỏ trong nước. Trường ĐH Bách khoa Hà nội, Bách khoa Hồ Chí Minh
và ĐH Sư phạm Kỹ thuật Hồ Chí Minh cũng đang nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các hệ thống
bình đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời.
Để xúc tiến việc sử dụng hệ thống đun nước sử dụng năng lượng mặt trời, trong
khn khổ Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm,
EVN đã thiết kế một chương trình về hệ thống đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời
vào năm 2009. Chương trình đẩy mạnh việc nghiên cứu, sản xuất và nhập khẩu thiết bị đun

17

nước bằng năng lượng mặt trời sử dụng cho các hộ gia đình và lĩnh vực dịch vụ khác như
các trung tâm thương mại, chung cư, bệnh viện, trường học và các văn phịng chính phủ. Các
hộ gia đình tham gia chương trình được nhận một khoản hỗ trợ đầu tư là một triệu đồng
(tương đương khoảng US$ 50). Các công ty điện trên khắp cả nước, các công ty thiết bị điện
mặt trời và Văn phòng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cũng tham gia vào chương trình
này. Cho đến nay, EVN đã xây dựng thí điểm 900 hệ thống bình đun nước sử dụng năng
lượng mặt trời, bao gồm PC2 (200), PC-HCM (300), Đồng Nai PC (200) và Đà Nẵng (200).
Chương trình được tiếp tục với một kế hoạch để xây dựng thêm 1.000 hệ thống đun nước
sử dụng năng lượng mặt trời bởi PC (200), PC3 (250), HCM PC (300), Đồng Nai PC (150) và
MTV Đà Nẵng PC (100). [1]
Việc sử dụng năng lượng mặt trời cho đun nước cũng được khuyến khích cao trong
quân đội. Vụ khoa học kỹ thuật thuộc Bộ Quốc phòng đang trao đổi nghiên cứu và xúc tiến
việc sử dụng năng lượng mặt trời trong quân đội. Cho đến nay, có khoảng 10 hệ thống đun
nước sử dụng năng lượng mặt trời được lắp đặt trong các trường và cơ sở quân đội, đặc biệt
đối với các đơn vị trên các vùng hải đảo xa xôi.
Tuy nhiên, việc ứng dụng đun nước sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt nam vẫn cịn thấp.
Chỉ có 60 hệ thống tập thể và khoảng trên 5.000 hệ thống hộ gia đình đã được lắp đặt.
Khoảng 90% hệ thống đun nước sử dụng năng lượng mặt trời là được sử dụng ở các đô thị
và 5% ở vùng nông thôn. Xấp xỉ 99% các hệ thống này là do hộ gia đình đầu tư và 1% thuộc
về các cơ sở công cộng như bệnh viện, nhà trẻ mẫu giáo, bệnh viện, trường học, khách sạn
và nhà hàng. Các hệ thống bình đun với diện tích các tấm pin mặt trời từ 10 đến 60 m2 có
thể cung cấp hàng ngày từ 1 đến 5m3 nước nóng với nhiệt độ khoảng 50 oC đến 70oC. Hệ
thống bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời quy mơ hộ gia đình với diện tích các
tấm pin khoảng 1-2m2 thì có thể cung cấp khoảng 100 đến 300 lít nước nóng ở nhiệt độ từ
40 oC đến 70oC.
Điện mặt trời ở Việt nam được ứng dụng ở vùng nông thôn và vùng sâu vùng xa và
hải đảo. Có khoảng 4.000 hộ gia đình hưởng lợi từ hệ thống điện mặt trời quy mơ gia đình
(Solar Home Systems - SHSs) và 12.000 người trên khắp vùng miền cả nước đang nhận

18


được điện từ hệ thống pin PV. Tổng công suất PV lắp đặt tại Việt Nam lên đến 4 MW vào
năm 2010.[1]
Có nhiều dự án điện mặt trời phát triển ở Việt nam từ năm 1990 đến 2008 bao gồm:
1) Dự án điện khí hố nơng thơn Fondem France-Solarlab Vietnam, 1990- 2000
2) Chương trình RET ở Châu Á 1997-2005, tài trợ bởi Tổ chức Sida (Thuỵ Điển), 1997-2005
3) Dự án nối lưới và điện khí hố nơng thơn được thực hiện bởi SolarLab với sự công tác của
Bộ Khoa học Công nghệ Việt nam (MOST) và Atersa của Tây Ban Nha, 2006-2009
4) Dự án điện mặt trời với công suất 100 kWp (tài trợ bởi Nedo - Japan) ở Gia Lai, vùng Tây
Nguyên.
5) Dự án điện mặt trời với công suất 154 kWp ở khuôn viên Trung tâm Hội nghị Quốc gia,
Hà Nội.
Một số dự án điện mặt trời đã được lắp đặt
tại Việt Nam:
Dự án điện mặt trời nối lưới đầu tiên ở Việt
Nam trên nóc tịa nhà Bộ Cơng Thương. Dự
án có cơng suất 12kWp gồm 52module x
230Wp.Sử dụng pin của hãng SolarWorld.
Do CHLB Đức tài trợ, công ty Altus của Đức
và Trung tâm Năng lượng mới ĐHBK Hà
Nội kết hợp triển khai.
Dự án Phát điện hỗn hợp Pin mặt trời- Diesel ở thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm, Quảng Nam.
Dự án gồm có 166 tấm pin mặt trời cơng suất
28KW và 2 máy phát có tổng cơng suất 20KW
do Công ty Systech lắp đặt. Tổng vốn
đầu tư 412.000USD trong đó chính
phủ Thụy Điển tài trợ 332.000USD,
cịn lại do tỉnh Quảng Nam đầu tư.

19


Trạm điện mặt trời thông minh công suất 1500w - Đảo Ngọc Vừng, T. Quảng Ninh

Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình. Tổng
cơng suất 154KW

Pin mặt trời cho các đảo Trường Sa.
Trên quần đảo hiện có tới 4.093 tấm
pin mặt trời 220wp.
Dự án thử nghiệm “Ứng dụng năng
lượng mặt trời và năng lượng gió cung cấp điện cho quần đảo trường sa”. Dự án được thực
hiện trong thời gian 24 tháng với tổng kinh phí đầu tư 5,8 tỷ đồng.
Đầu tư trong lĩnh vực năng lượng mặt trời được xem là mang lại lợi nhuận trong
công nghệ đun nước sử dụng nhiệt mặt trời, đặc biệt khi các thiết bị có thể sản xuất được
trong nước. Thị trường cho hệ thống bình đun nước sử dụng năng lượng mặt trời với quy
mơ hộ gia đình cũng như quy mơ cơng nghiệp là rất lớn. Vì cơng nghệ này có giá trị thương
mại nên nó có thể được sử dụng để thay thế một phần cho hệ thống đun nước bằng điện ở
các tồ nhà và cơng sở hiện được ước tính tiêu thụ khoảng 3,6 tỷ kWh mỗi năm.
Đầu tư vào lĩnh vực điện mặt trời sẽ gia tăng một cách mạnh mẽ. Chính phủ Việt nam
đã chấp thuận sử dụng vốn ODA từ Chính phủ Nhật để xây dựng một nhà máy điện mặt trời
nối lưới có cơng suất 3-5 MWp từ 2009-2012. Chính phủ cũng đã phê duyệt vốn đầu tư nhà

20


máy điện mặt trời ở Củ Chi, TP Hồ Chí Minh, của First Solar, một tập đoàn năng lượng điện
mặt trời của Mỹ.

1.2.8. Vài nét về điện mặt trời ở Việt Nam.
Tuy cịn non trẻ song ngành cơng nghiệp ĐMT Việt Nam cũng đã đạt được những
thành tựu bước đầu đáng kể. Trong đó, TP Hồ Chí Minh với nguồn “tài nguyên nắng” dồi
dào, và các điều kiện thuận lợi về cơ sở hạ tầng cũng như chất lượng lực lượng sản xuất, là
một trung tâm có tiềm năng phát triển cơng nghiệp NLMT nhất trong cả nước. Vì vậy, TP Hồ
Chí Minh được đánh giá là một “điểm tựa”, đột phá xuất khẩu cho ngành công nghiệp ĐMT
Việt Nam với lộ trình 20 năm.[1]
Tính đến nay, cơng nghiệp điện mặt trời TP Hồ Chí Minh đã tạo dựng được một số cơ
sở sản xuất tiêu biểu như nhà máy sản xuất Module PMT quy mô công nghiệp đầu tiên tại
Việt Nam, cơ sở hạ tầng công nghiệp sản xuất chế tạo các thiết bị điện tử ngoại vi phục vụ
cho ĐMT xây dựng dựa trên sự hợp tác giữa Solar và Công ty CP Nam Thái Hà, nhà máy
“Solar Materials Incorporated” có khả năng cung cấp cả hai loại Silic khối (mono and multicrystalline) sử dụng cho công nghiệp sản xuất PMT.
Có thể kể đến một số sản phẩm tiêu biểu như modul PMT, các thiết bị ngoại vi
inveter, các máy smarts, thiết bị ĐMT nối lưới công nghệ SIPV đã chiếm lĩnh một phần thị
trường trong nước và bước đầu vươn ra thị trường trong khu vực và thị trường thế giới.
Theo đánh giá của các nhà khoa học, công nghiệp pin mặt trời TP HCM đã gần đi vào
hồn thiện, hiện chỉ cịn thiếu hai khâu trong một quy trình cơng nghiệp khép kín, đó là tinh
chế quặng silic từ cát và chế tạo phiến PMT từ phiến silic. Nếu hoàn thiện trọn hai khâu trên,
Việt Nam sẽ trở thành một trong số ít những nước ở châu Á có nền cơng nghiệp chế tạo PMT
khép kín.
Hướng đến việc xây dựng ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam lên hàng đầu khu vực và
cạnh tranh thế giới về công nghệ và sản lượng vào năm 2025, các nhà quản lý và các nhà
khoa học đã đưa ra chiến lược phát triển kích cầu cơng nghiệp ĐMT Việt Nam, dự thảo đề
cương Chương trình điện mặt trời siêu cơng suất 2010-2025. Dự thảo đã vạch ra các mục tiêu
cụ thể của Chương trình là khai thác hiệu quả ĐMT đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

21

trong mọi tình huống (250 MWp = 456,25 tỷ KWh/năm), và cùng với lưới Quốc gia điện khí
hóa 100% tồn bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm 2025.[1]
Chương trình mang tính tiên phong, đột phá, vượt qua nhiều thách thức và rào cản
của cơ chế cũng như cơng nghệ cịn hạn chế hiện tại ở Việt Nam, dựa trên tiêu chí xã hội hóa
nguồn năng lượng, hướng tới sự phát triển bền vững. Hiện nay, Chương trình đã triển khai
dự thảo 4 dự án lớn là dự án 10.000 mái nhà ĐMT, dự án nhà máy ĐMT nối lưới cục bộ
2MWp-5MWp, dự án 10.000 nguồn chiếu sáng công cộng bằng cơng nghệ tích hợp năng
lượng mới; và dự án khu trình diễn năng lượng mới của Việt Nam và thế giới. Ngồi ra cịn
có một số dự án khác như dự án xây dựng nhà máy sản xuất phiến PMT (Solar Cell) và bảng
PMT (Solar Module), nhà máy chế tạo chảo nhiệt điện mặt trời 10KW & 25KW công nghệ
Stirling, dự án xây dựng nhà máy chế tạo thiết bị phụ trợ phát triển ĐMT, dự án xe taxi điện
– ĐMT, dự án 10.000 thuyền câu mực ánh sáng tiết kiệm năng lượng từ ĐMT và gió…[1]
Năng lượng là nhu cầu sống còn của nhân loại trong tương lai. Năng lượng cho phát
triển trong cho thế kỷ 21 phải là năng lượng sạch, đó là những nguồn NLTT mà tiềm năng vơ
tận chính là NLMT. ĐMT là đích tới của lồi người trong 20 – 30 năm tới, đó cũng là một thời
gian tối thiểu để xây dựng và phát triển nền cơng nghiệp điện mặt trời TP Hồ Chí Minh nói
riêng và của Việt Nam nói chung. Việt Nam cần phải trở thành một nước có nền cơng nghiệp
NLMT tiên tiến, cạnh tranh thế giới, dựa trên chính tiềm năng NLMT dồi dào của mình.

22


Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT NƯỚC BẰNG CÔNG NGHỆ
MED

2.1. Vài nét về nước cất:
Chưng cất là một phương pháp tách dùng nhiệt để tách hỗn hợp đồng thể (dung
dịch) của các chất lỏng khác nhau. Chất rắn hịa tan, thí dụ như các loại muối, được tách ra
khỏi chất lỏng bằng cách kết tinh. Dung dịch muối có thể làm cơ đặc bằng cách cho bay hơi.
Khi hơi nước bốc lên được đưa sang môi trường lạnh, hơi nước gặp lạnh sẽ ngưng tụ lại

thành nước. Nước này gọi là nước cất. Theo phương pháp chưng cất nước truyền thống thì
người ta thường dùng chất đốt (như cũi chẳng hạn) để cấp nhiệt cho nước bay hơi, hoặc
dùng năng lượng điện để cấp nhiệt. Đối với phương pháp cất nước truyền thống này thì cứ:
1kWh = 860Kcal chỉ làm bay hơi khoảng 1.4kg nước (tương đương 1,4lít). Như vậy q
trình làm bay hơi tiêu tốn nhiều năng lượng, chính vì vậy đã làm cho nước cất có giá thành
cao.
Ứng dụng của nước cất:
•

Trong cơng nghiệp: nước cất được cấp cho lò hơi các nhà máy lọc dầu, nhà máy
nhiệt điện…

•

Nước cất được sử dụng trong y tế như: pha chế thuốc tiêm, thuốc uống, biệt
dược, rửa dụng cụ y tế, rửa vết thương…

•

Trong dân dụng nước cất dùng để nấu ăn, để uống. Tuy nhiên, nước cất, khơng
hồn tồn có lợi cho sức khoẻ con người, mặc dù chúng không chứa các vi trùng
gây bệnh, nhưng chúng có thể khơng có đủ các loại muối khống hịa tan cần thiết
cho cơ thể con người. Khi sử dụng nước cất để uống người ta có thể pha thêm
một vài khoáng chất cần thiết cho cơ thể theo một tỉ lệ nhất định.

Nước cất rất quan trọng có nhiều ứng dụng nhưng giá thành cịn khá đắt. Đây là lý do
chính khiến nước cất chưa được sử dụng phổ biến. Tại sao nước cất đắt? Nghiên cứu này
góp phần hạ giá thành sản xuất nước cất như thế nào?

2.2. Các phương pháp chưng cất nước
Hiện nay trên toàn thế giới các nhà khoa học đang quan tâm nghiên cứu và phát triển
công nghệ này. Với sự áp dụng các thành tựu mới trong khoa học nhờ công nghệ cao, chắc
chắn trong tương lai không xa công nghệ này sẽ được phổ biến rộng rãi vì tính ưu việt của
nó.
Ở Việt Nam trong vịng 20 năm trở lại đây các nhà khoa học ở các Trường đại học -Trung
tâm nghiên cứu đã tích cực nghiên cứu phát triển cơng nghệ nhằm mục đích tăng hiệu suất
chưng cất nước cất, giảm giá thành, nâng cao tuổi thọ của thiết bị chưng cất.
Có nhiều cách chưng cất khác nhau và sau đây là các cách chưng cất phổ biến nhất:

2.2.1. Chưng cất kiểu truyền thống (Sử dụng năng lượng nhiều lần)

2.2.1.1. Chưng cất bằng nguyên liệu than, củi

Hình 2.1: Các bộ phận của máy chưng cất truyền
1-Lò đốt; 2-Nồi thống
chưng cất; 3-Bình phân ly; 4-Thiết bị làm lạnh; 5-Tháp giải
nhiệt; 6-Bể chứa nước làm mát; 7-Máy bơm
Hệ thống thiết bị có những tính năng và thơng số kỹ thuật cơ bản sau:

24


- Vật liệu chế tạo: các bộ phận thiết bị chưng cất nước đều được làm bằng các loại
vật liệu khơng han rỉ, khơng có hại cho sức khỏe của con người. Các khớp nối, chỗ nối được
làm kín bằng các loại vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt và cho phép được sử dụng trong ngành.
- Về công suất: dựa trên kết quả điều tra khảo sát, đánh giá nguồn ngun liệu, quy
mơ của thực tiễn sản suất
- Lị đốt: lớp trong lò, nơi tiếp xúc với ngọn lửa được xây bằng gạch chịu lửa và xi
măng chịu nhiệt, lớp ngồi được xây bằng gạch đặc. Xung quanh lị được gia cố bởi một bộ

gơng giằng bằng kim loại. Có một quạt lị, quạt này được sử dụng khi nhóm lò và khi cần gia
tăng nguồn nhiệt cho lò. Lò được thiết kế với một ống khối rộng.
- Nồi chưng cất: nồi chưng cất thân có dạng hình trụ, chóp hình nón cụt, ở giữa là cửa
thốt hỗn hợp hơi khí, kiểu vịi voi. Nồi chưng cất được thiết kế với một cửa nạp liệu ở phía
trên và một cửa xả liệu ở phía dưới, có đồng hồ đo áp suất, một van an toàn và một can
nhiệt.
- Bộ phận cấp nhiệt: do công suất nhỏ được cấp nhiệt bằng một buồng đốt, dùng
than hoặc củi.
- Bộ phận làm lạnh: bộ phận làm lạnh được thiết kế kiểu ống chùm, với thiết diện
trao đổi nhiệt đủ đảm bảo làm giảm nhiệt độ của dịch ngưng tụ.
- Về lò đốt: là bộ phận cấp nhiệt cho nồi chưng cất nước cất. Có 2 loại là lị đất và lị
xây bằng gạch thường, khơng có ống khói. Nhiên liệu dùng cho việc đốt chủ yếu là củi, than.
- Về nồi chưng cất: Các loại nồi sử dụng để chưng cất truyền thông, nồi bằng thùng
phuy, nồi đáy nhọn, nồi có thân xây bằng gạch và đáy bằng chảo gang, nồi bằng tôn hàn….

25