Điều tra đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn nlm&tt trên địa bàn tỉnh thái nguyên vào lưới điện của tỉnh

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG ĐÓNG GÓP CỦA CÁC NGUỒN

NLM&TT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN VÀO LƯỚI ĐIỆN CỦA TỈNH

Ngành : THIẾT BỊ MẠNG – NHÀ MÁY ĐIỆN

Trang 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO

3 1.1 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC

1.1.2 Các đặc tính của các nguồn năng lượng mới và tái tạo 6 1.2 CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN TỪ NLM & TT

18

CHƯƠNG 2 TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG

Trang 3

2.3 TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG

2.3.2 Các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Thái Nguyên 38

2.4 HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG

54 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO

58

Trang 4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1

LỜI NÓI ĐẦU

Bước sang thế kỷ 21, cùng với nhịp độ phát triển kinh tế - xã hội ngày một gia tăng trong khuôn khổ của nguồn tài nguyên bị hạn chế, loài người đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng cổ điển và phải đương đầu với vấn đề ô mhiễm môi trường sống đã ở mức báo động trong phạm vi toàn cầu gây ra bởi lượng khí thải độc hại trong quá trình sử dụng năng lượng

Vì vậy, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng bổ sung và nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo đang được các quốc gia trên toàn thế giới quan tâm Năng lượng mới và tái tạo là những nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng to lớn và có khả năng tái tạo hầu như vô tận

Việt Nam nói chung và Thái Nguyên nói riêng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng, nguồn năng lượng truyền thống dần dần không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng năng lượng cho con người Do vậy, việc điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn năng lượng mới và tái tạo là vấn đề cấp bách và cần thiết

Đề tài tốt nghiệp “Điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn NLM & TT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của Tỉnh” được nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến lược phát triển năng lượng chung của Tỉnh và cả nước, hiện tại nguồn năng lượng này có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho những vùng miền núi xa xôi, hẻo lánh, những nơi chưa có điện lưới quốc gia của Thái Nguyên, phục vụ cho việc phát triển kinh tế, xã hội, xoá đói, giảm nghèo Trong tương lai, nó có thể dần thay thế các nguồn năng lượng điện hiện nay Khi nghiên cứu đề tài này, tôi đã có được các tài liệu liên quan hiện có về các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam và Thái Nguyên Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực hoàn toàn mới do vậy các tài liệu còn rất hạn chế và các số liệu chưa đầy đủ, có sự sai lệch số liệu từ các nguồn khác nhau ( các bài báo, dự án, tạp chí, quy hoạch phát triển ), không phải tất cả các số liệu sử dụng đều cập nhật

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Đặng Đình Thống – Giám đốc trung tâm năng lượng mới

Trang 5

2

Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, các sở Điện lực, Công nghiệp, Nông nghiệp, Tài nguyên môi trường cùng bạn bè, đồng nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2008

Trang 6

1.1.1.2 Năng lƣợng 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

Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội

1.1.1.3 Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ

Theo đánh giá chung về thủy điện nhỏ thì rất lớn, đặc biệt là ở những khu vực miền núi nơi tập trung rất nhiều sông suối nhỏ, mặt khác đây là nguồn năng lượng có giá thành rẻ nên cần có chính sách khai thác và sử dụng hiệu quả

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

Trang 7

4

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

1.1.1.4 Năng lƣợng sinh khối

Sinh khối bao gồm các loài thực vật sinh trưởng và phát triển trên cạn cũng 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: than 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 loài 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 Trong quá trình quang hợp, thực vật còn hấp thụ khí cacbonic và tạo ra oxy là chất khí tạo ra sự sống trên quả đất này Các tính toán cho thấy rằng, hàng năm thực vật hấp thụ 0,1% tổng năng lượng bức xạ mặt trời tới quả đất, và nhờ phản ứng quang hợp, tạo ra 2x1011 tấn chất hữu cơ và cho một nguồn năng lượng rất lớn, khoảng 3x1012J

Phần lớn các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam ta, được thiên nhiên ban tặng cho nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời rất dồi dào Ở các nước này mật độ năng lượng mặt trời khá cao, nằm trong khoảng từ 4 đến 7KWh/m2.ngày, là điều kiện rất thuận lợi cho thực vật phát triển

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

Trang 8

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

1.1.1.5 Năng lượng địa nhiệt

Địa nhiệt là nguồn năng lượng tự nhiên ở trong lòng quả đất, dưới lớp vỏ không dày lắm của quả đất, nhiệt độ lên đến 10000C đến hơn 40000C, ở một số khu vực áp suất cũng rất lớn, vượt quá 130MPa Còn ở lớp trên cùng của vỏ Trái đất chỉ có nhiệt độ bình quân trong năm là 150C, dưới lớp đó là một lớp có nhiệt độ bình quân là 5400C, còn tại lớp lõi trong nhiệt độ bình quân là 70000C 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

Người ta gọi địa nhiệt cấp là độ sâu tính bằng mét đủ để nhiệt độ tăng lên 10C Trị số trung bình là 33m Nếu xuống sâu được đến 60km thì có nhiệt độ tới 18000C Thường thường để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 2000C Nước được làm sôi lên sẽ theo ống dẫn lên và có thể làm chạy các máy phát điện vv 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

1.1.1.6 Năng lượng đại dương

Tiềm năng năng lượng của các đại dương chứa trong sóng và thuỷ triều cũng như trong sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng trên bề mặt và các lớp nước

Trang 9

6

lạnh ở dưới đáy các đại dương 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 Ở một số khu vực trên thế giới, mức nước biển dâng lên và hạ xuống trên 12m hai lần trong một ngày Đại dương còn là một bộ thu năng lượng khổng lồ, hấp thụ năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng làm nóng lớp nước ở bề mặt và tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng ở bề mặt và nước lạnh dưới sâu

1.1.2 Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo

1.1.2.1 Đặc tính phong phú và có thể tái sinh:

Có thể nói các nguồn năng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) rất phong phú và có sẵn do thiên nhiên ban tặng cho chúng ta, không những thế hầu hết các nguồn năng lượng này đều có thể tái tạo được Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời hết sức dồi dào, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt cũng có trữ lượng khá lớn nếu không muốn nói là khó có thể cạn kiệt được Tiềm năng của năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng truyền thống mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn

tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch)

với các lò phản ứng tái sinh, khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay

Trang 10

thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc

dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này

1.1.2.2 Nguồn năng lượng sạch và không gây ô nhiễm môi trường

Tất cả các nguồn NLM & TT đều sạch nên việc sử dụng các nguồn năng lượng này sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho kinh tế So sánh với các nguồn năng lượng truyền thống như: Than đá, hoá thạch hay thuỷ điện, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến môi trường Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội Để xây dựng một nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước Ngoài ra, việc di dân cũng như việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những người dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài toán khó đối với các nhà hoạch định chính sách Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các đập nước tại Việt Nam cũng không còn nhiều

Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến cuộc sống của người dân xung quanh nhà máy Các bài học về rò rỉ hạt nhân cộng thêm chi phí đầu tư cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng này

Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe người dân Hơn thế nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao

Theo báo cáo từ Tổ chức Hoà Bình Xanh và Hội đồng Năng lượng Tái tạo châu Âu việc đầu tư vào năng lượng xanh tới năm 2030 sẽ giảm một nửa lượng phát thải CO2 Bản báo cáo này cung cấp một luận cứ kinh tế về sự luân chuyển các khoản đầu tư toàn cầu sang năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt và năng lượng sinh khối trong hơn nửa thế kỷ tới

1.2 CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG

1.2.1 Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT)

Trang 11

8

Có thể xem mặt trời là một quả cầu cách quả đất 150 triệu km Đường kính

mặt trời 1,39 triệu km, lớn hơn 109 lần đường kính quả đất, áp suất ở phần trong mặt trời rất cao, cao hơn áp suất khí quyển ở quả đất khoảng chục triệu lần Nhiệt độ trên mặt trời biến đổi từ hơn 15 triệu độ ở trong lõi tới 6 000 độ ở mặt ngoài của

Bản chất bức xạ mặt trời (BXMT) là sóng điện từ có phổ bước sóng rất rộng, từ hàng km đến phần tỷ m ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0.4 đến 0,7 m, chỉ chiếm một phần rất nhỏ phổ BXMT (hình 1.1)

Hình 1.1 Phổ BXMT

Tuy nhiên khi BXMT xuyên qua lớp khí quyển tới bề mặt quả đất, do các phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi,… làm tán xạ, hấp thụ, nên phổ và cường độ BXMT trên mặt đất bị giảm đi rất đáng kể

1.2.1.1 Công nghệ nhiệt mặt trời (NMT)

10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106 108 1010 1012 1014

Tia vũ

trụ Rơnghen Tia Tia tử ngoại

Tia nhìn thấy

Tia hồng ngoại

Sóng

Tia

Trang 12

a 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 Nguyên lý hoạt động như sau: Các loại kính xây dựng cho các tia BXMT có bước sóng truyền qua một cách dễ dàng, trong khi đó các bức xạ có > 0,7 m (các tia này còn được gọi là tia nhiệt) thì bị kính phản xạ trở lại

Trước hết ta khảo sát một hộp thu nhiệt mặt trời như hình 1.2 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 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)

Hình 1.2 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính

Các tia bức xạ mặt trời (BXMT) 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 BXMT 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 BXMT 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 được Đó là nguyên lý “hiệu ứng nhà kính” Nhiệt độ của

tấm hấp thụ càng cao, phát xạ nhiệt từ mặt hấp thụ càng lớn, cho đến khi năng

Trang 13

1.2.1.2 Công nghệ điện mặt trời (ĐMT)

Hiện nay có hai công nghệ để sản xuất điện bằng NLMT Đó là công nghệ Nhiệt điện mặt trời và công nghệ Pin mặt trời (hay pin quang điện) Trong công nghệ thứ nhất, năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ như máng parabol, đĩa parabol, gương cầu để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng và do đó có nhiệt độ rất cao, có thể làm bốc hơi nước ở nhiệt độ và áp suất lớn và sau đó hơi làm quay các Tuabin để sản xuất ra điện năng Còn trong 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 Các hệ thống pin mặt trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không đòi hỏi phải bảo dưỡng chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng khác, nên các hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Ngay từ năm 1950 các pin mặt trời đã trở thành nguồn điện rất tin cậy cho các vệ tinh nhân tạo và hiện nay là các tàu vũ trụ Đặc biệt từ cuộc khủng hoảng dầu lửa năm 1973, các hoạt động nghiên cứu hoàn thiện công nghệ pin mặt trời đã phát triển mạnh mẽ Hiện nay sản xuất pin mặt trời đã trở thành một trong các ngành công nghiệp quan trọng ở nhiều nước công nghiệp phát triển trên thế giới

Trang 14

1.2.2 Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN) 1.2.2.1 Công nghệ thuỷ năng và các đặc điểm

Các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng về năng lượng (gọi là thuỷ năng) Thông thường các 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 mực nước giữa thượng lưu (TL) và hạ lưu (HL) người ta sử dụng ba phương pháp ứng với ba kiểu trạm thuỷ điện sau đây:

a Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn

Phương pháp này là đắp đập tạo nên độ chênh mực nước giữa TL và HL 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 TL và HL

b 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

c 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

1.2.2.2 Các ứng dụng

Đối với một trạm thuỷ điện nhỏ quan trọng nhất là phương pháp xác định kích thước tuabin Tuabin nước được sử dụng chủ yếu để kéo máy phát điện nhằm

Trang 15

12

cung cấp điện cho các hộ sử dụng Ở các vùng miền núi, tuabin nước còn được sử dụng để làm quay trực tiếp máy bơm cấp nước sinh hoạt và tưới cây Ngoài ra tuabin nước còn được sử dụng để chạy các máy công cụ khác: Máy gia công cơ khí, máy xay xát, vv

a Tuabin nước chạy máy phát điện

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

* Tuabin kéo trực tiếp máy phát

Loại này có số vòng quay của tuabin bằng số vòng quay của máy phát * Tuabin kéo máy phát qua bộ truyền

Loại này thì số vòng quay của tuabin thường nhỏ hơn vòng quay của máy phát và được xác xác định theo tỷ số truyền của bộ truyền đai hay hộp số cơ khí

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

* Tuabin buồng hở cột nước thấp 0,4 đến 4m, cột áp bơm đạt 2 đến 24m Loại này thường là tuabin hướng trục, được nối trực tiếp với máy bơm Máy bơm được sử dụng có thể là bơm ly tâm một cấp hay nhiều cấp

* Tuabin buồng kín cột nước tuabin từ 2m trở lên, cột áp bơm từ 7m đến hàng trăm mét Loại này có thể nối trực tiếp hay gián tiếp với máy bơm qua bộ truyền đai hay hộp số Bơm sử dụng có thể là bơm một cấp hay nhiều cấp, bơm thường có lưu lượng nhỏ và cột áp cao, có thể sử dụng bơm xoáy hay bơm ly tâm, trường hợp bơm nước sạch cho sinh hoạt có thể dùng bơm piston

1.2.3 Công nghệ điện gió

1.2.3.1 Năng lượng gió (NLG) và đặc điểm

Trang 16

Năng lượng gió 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 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 Hướng véctơ vận tốc cho thấy vị trí tính theo góc của nó ứng với hướng được lấy làm gốc tính toán (thường là hướng Bắc)

Vận tốc gió có tác động đáng kể tới động cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống điều chỉnh tự động, việc sản sinh ra năng lượng phụ thuộc trước hết vào vận tốc gió trung bình theo thời gian và diện tích bề mặt bánh công tác động cơ gió Vận tốc gió trung bình theo thời gian xác định bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc gió tức thời đo được với số lần đo trong khoảng thời gian đo

Vận tốc gió trung bình thay đổi đáng kể trong thời gian khác nhau trong ngày, trong các tháng và các mùa Do vậy người ta phân biệt diễn biến vận tốc theo ngày, tháng, mùa đặc trưng cho xu hướng chung thay đổi vận tốc trong các chu kỳ thời gian kể trên Việc nghiên cứu sự biến đổi của vận tốc sẽ thuận lợi hơn nhờ sự phân tích tổng hợp tính quy luật và sự biến đổi ngẫu nhiên cường độ gió trong một khoảng thời gian chọn trước cũng như trên một diện tích không gian hữu hạn Thông thường ở các trạm khí tượng vận tốc gió trung bình được xác định trong khoảng thời gian là 2 phút

Đặc trưng của NLG là tập hợp các dữ 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

Trang 17

Đặc tính quan trọng hơn 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

Trong lĩnh vực NLG, mô hình toán có ý nghĩa quan trọng để đánh giá dung lượng thiết bị Ắcquy, dự trữ công suất và đồng thời các biểu đồ cung cấp năng lượng của tổ máy, vì rằng không thể tích trữ năng lượng gió cho tới khi nó thực hiện được công hữu ích Nói cách khác động cơ gió không có Ắcquy chỉ có thể làm việc theo biểu đồ không điều khiển

Gió là một nguồn năng lượng có đặc tính ưu việt là có ở tất cả mọi nơi Song việc ứng dụng NLG trong các quá trình sản suất là hết sức khó khăn, để nhận được công suất lớn cần có động cơ gió kích thước rất lớn Thêm vào đó là NLG không ổn định theo thời gian nên khó sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông

1.2.3.2 Các ứng dụng

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 như các thuyền buồm chạy bằng sức gió, cối xay gió Ngày nay việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió được rất nhiều nước quan tâm Ứng dụng quan trọng nhất của năng lương gió là dùng để sản xuất ra điện năng thông qua các động cơ gió, ứng dụng quan trọng thứ hai là bơm nước Người ta sử dụng các loại bơm khác nhau ghép nối với động cơ gió để bơm nước

1.2.4 Phát điện từ sinh khối

Trang 18

Có hai công nghệ để làm biến đổi sinh khối ra các dạng năng lượng Đó là công nghệ nhiệt hoá và công nghệ sinh 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…) 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

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

1.2.5 Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt

Địa nhiệt là nguồn năng lượng nhiệt tự nhiên ở trong lòng Quả đất Có 5 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 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 thác dầu hay khí đốt

Đối với các nguồn địa nhiệt nông và nhiệt độ không cao (thấp hơn 1700

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 địa 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

Để phát điện người ta có thể sử dụng một số hệ thống như:

a Hệ thống hơi khô: Người ta lấy hơi nước từ các giếng đá khô và sau đó

cho trực tiếp qua tuabin để phát điện

Trang 19

16

b Hệ thống hoá hơi đơn: Nước nóng từ nguồn địa nhiệt được làm bốc

hơi theo kiểu xung (nổ) và sau đó dẫn qua tuabin phát điện Nước thải còn lại được đưa trở lại nguồn (mỏ) địa nhiệt

c Hệ thống hoá hơi kép: Trong hệ thống này hơi nước được tạo ra trong

hai giai đoạn để tận dụng được nhiều hơn năng lượng địa nhiệt Trong giai đoạn đầu hơi nước được tách ra khỏi hỗn hợp nước nóng và hơi khi lấy dưới mỏ lên và cho qua tuabin phát điện Nước nóng được tách ra lại được hoá hơi theo kiểu xung và lại được cho qua tuabin phát điện Cuối cùng nước nóng thải còn lại được bơm trở lại nguồn địa nhiệt

d Hệ thống hai tầng: Để tránh được hiện tượng ăn mòn và đóng cặn sinh

ra khi chất lỏng địa nhiệt đi trực tiếp qua hệ thống phát điện người ta dùng hệ thống hai tầng nhờ bộ trao đổi nhiệt Ở tầng thứ nhất chất lỏng địa nhiệt được bơm từ giếng lên, đi qua bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt cho chất lỏng làm việc, sau đó nó được làm ngưng tụ và cho trở về nguồn địa nhiệt Ở tầng thứ hai, một chất lỏng khác hoạt động theo chu trình kín, nhận nhiệt ở bộ trao đổi nhiệt, tới tuabin phát điện, qua bộ ngưng tụ, trở về bộ trao đổi nhiệt Các nhà máy điện địa nhiệt hoạt động theo hệ thống hai tầng này có thể được thiết kế theo nhiều kiểu khác nhau để tận dụng tối đa nguồn năng lượng địa nhiệt

e Hệ thống kết hợp: Là hệ thống sử dụng đồng thời cả hơi nước và áp suất

địa nhiệt Trong hệ thống này hơi nước ở áp suất cao được dẫn qua hệ thống ống dẫn với vận tốc rất lớn và cho xả vào các tuabin hơi để phát điện Động năng rất lớn của các dòng hơi trong các ống qua tuabin đã được chuyển thành điện năng

Ngoài ứng dụng phát điện 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

1.2.6 Phát điện từ nguồn năng lượng đại dương

1.2.6.1 Năng lượng thuỷ triều:

Trang 20

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 Để khai thác nguồn năng lượng dạng này cần hiểu biết đầy đủ các quy luật vận động 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

Các hệ thống năng lượng thuỷ triều có hồ chứa có thể được thiết kế để hoạt động theo một trong ba phương thức sau:

- Phát điện khi triều lên - Phát điện khi triều xuống - Phát điện cả hai chiều

1.2.6.2 Năng lượng nhiệt đại dương

Nước nóng ở bề mặt và nước lạnh ở dưới tầng sâu của đại dương, nếu đem lại gần nhau có thể sử dụng như là các nguồn nóng và nguồn lạnh trong một máy nhiệt Một máy nhiệt hoạt động với hai nguồn nhiệt như thế cũng giống như các máy nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện, nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần dùng một loại nhiên liệu nào cả Một điều rất quan trọng đối với các nhà máy nhiệt điện đại dương là cần phải lựa chọn sử dụng các vật liệu và thiết bị vừa phải chịu được điều kiện môi trường biển rất khắc nghiệt, lại phải vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế

1.2.6.3.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 Trên thế giới đã có nhiều công ty nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển, nhưng nói chung số lượng cũng như công suất thiết bị còn nhỏ

Trang 21

Quốc gia đầu tiên phát triển ở lĩnh vực này đó phải kể đến là Đức Tại quốc gia này chủ yếu ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió để phục vụ nhu cầu sử dụng Hệ thống cung cấp điện đã tương đối ổn định dựa trên một hạ tầng cơ sở tập trung với các nhà máy phát điện lớn và mạng lưới dẫn điện đường dài Việc cung cấp điện ngày một tăng thông qua các thiết bị dùng năng lượng gió hay quang điện có thể sẽ thay đổi hạ tầng cơ sở này trong thời gian tới

Bảng: 1.1: Tỷ lệ của năng lượng tái tạo trong sản xuất điện tại Đức Sản xuất điện tại Đức (GWh)

Năm

Tổng số lượng điện tiêu dùng

Tổng số năng lượng tái tạo

Tỷ lệ năng lượng tái tạo ( %)

Sức nước

Sức gió

Sinh khối

Quang điện

Địa nhiệt

Trang 22

Điện gió đã được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và là một nguồn điện rất có tiềm năng Đứng đầu về sản xuất điện gió ở châu Âu hiện nay là Đức, Tây Ban Nha và Đan Mạch Mỗi năm, người ta lại cho xây dựng thêm khoảng 30% số nhà máy điện gió mới đem lại sản lượng 15 tỷ kWh Hiện Đan Mạch là nước có nhà máy điện gió ven bờ biển lớn nhất thế giới Hà Lan cũng có trang trại gió lớn, chạy dài 5 km ven biển Tổ chức đa quốc gia AMEC và Năng lượng Anh tới đây sẽ lắp 300 tuốc bin gió trên các bãi hoang và đầm lầy của mũi đảo phía bắc Hebrit Scotland Với vốn đầu tư 500 triệu bảng Anh, dự tính đây sẽ là nhà máy điện gió lớn nhất

Trang 23

20

châu Âu, cho khoảng 1% tổng nhu cầu điện của Anh Người ta cũng lắp đặt tuốc bin từ suốt phía Tây Ireland đến biển Baltic Nước Mỹ đã có một số trạm gió đầu tiên tại Bắc Dakota Chính phủ thuê đất của nhân dân với giá 2.000 USD/năm (bình thường họ thu được 500USD/năm từ nông nghiệp) Điện khí hydro chỉ vài năm nữa sẽ hết sức thông dụng Ở Ireland, từ các năm 70, người ta đã lắp đặt các giàn địa nhiệt để tận dụng tiềm năng to lớn của các núi lửa và suối nước nóng đang hoạt động, nhằm sản xuất điện Đến nay, họ đã tìm cách tách khí hydro nguyên chất ra khỏi hơi nước để chạy máy Những thử nghiệm quy mô đầu tiên về loại khí này đã được các hãng Demler Critler, Shell và Liên minh châu Âu tài trợ, khoảng vài chục triệu Euro Vào năm 2005, tại đây xe buýt, xe hơi, các tàu đánh bắt cá sử dụng nguyên liệu hydro đã được thử nghiệm và thu được kết quả tốt Trong tương lai sẽ triển khai ứng dụng rộng rãi vào tất cả các phương tiện (khoảng 30 - 40 năm tới) Khí hydro có rất nhiều trên mặt nước các sông hồ, đại dương và sẽ là một nguồn năng lượng vô tận, sạch, không độc, không gây ô nhiễm

Điện mặt trời đem lại cho kinh tế thế giới 2,2 tỷ USD/năm Nước đã lắp đặt giàn pin mặt trời 15 triệu Watt đầu tiên là Tây Ban Nha, rồi Đức, Mỹ Mới đây, Nam Phi, Italia, Australia và ấn Độ đã cho lắp đặt các giàn pin mặt trời lớn, mỗi cái có thể sinh được hơn 100 triệu Watt Một số dự án đã được hoàn thành năm 2002, phí tổn hiện tại là 0,15 USD cho 1 kWh và trong 8 - 10 năm nữa giá thành sẽ hạ xuống chỉ còn 0,08 USD cho 1 kWh

Điện hạt nhân mặc dù có những sự cố nhỏ, nhưng vẫn là một nguồn năng lượng sạch hữu hiệu nay mai (ích lợi của điện hạt nhân không phụ thuộc vào thời tiết) Theo đánh giá của các chuyên gia nguyên tử, điều quan trọng khi xây dựng các lò điện là phải cẩn thận, an toàn Ngoài ra, xử lý, chôn cất rác thải nguyên tử rất quan trọng: nơi chôn dưới lòng đất phải thật ổn định, không xói mòn và nếu phát xạ vẫn thăm dò và tránh nhiễm độc được

1.3.2 Tại Việt Nam

Về vấn đề này hiện nay ở Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ Trước đây thì nhà nước chưa quan tâm, nhưng 5 năm trở lại đây thì có chuyển biến khá

Trang 24

mạnh về nguồn năng lượng tái tạo Từ đó có chính sách hỗ trợ nghiên cứu và đầu tư cho nguồn này Cũng do thiếu điện nên đây là cơ hội cho năng lượng tái tạo phát triển Đầu tư nay cũng khá lớn như vay tiền WB, tổng kinh phí 400 triệu đô la, để điện khí hóa nông thôn, trong đó có nghiên cứu đánh giá các nguồn năng lượng tái tạo và xây dựng khai thác năng lượng tái tạo để phục vụ điện khí hóa nông thôn Dự án này thực hiện từ năm 2000 đến 2010

Dự án ODA Phần Lan với kinh phí 30 triệu đô la Ủy ban Dân tộc Miền Núi làm chủ đầu tư Dự án này cung cấp điện mặt trời cho khoảng 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa Ngoài ra những dự án dưới 10 triệu đô thì nhiều lắm

Việc hợp tác với các Tổ chức Phi chính phủ trong lĩnh vực này cũng nhiều Hiện nay tại trung tâm Năng Lượng Mới trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chức này thì trung tâm này còn thường xuyên nghiên cứu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái tạo tại những vùng chưa có điện lưới quốc gia như: Tỉnh Bắc Giang, Tỉnh Bình Định, Tỉnh Quảng Trị hay một số địa phương khác trong cả nước

Đánh giá chung nhất ở Việt Nam các dạng năng lượng tái tạo hay năng lượng mới đều có Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời rất phong phú, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt

Trữ lượng thì khá lớn, tiềm năng của các nguồn thì: về thủy điện nhỏ rất lớn như khu vực miền núi phía Bắc, phía Tây dọc biên giới Việt Lào Năng lượng mặt trời là khá nhất là từ Đà Nẵng trở vào Năng lượng sinh khối trong rừng cũng rất lớn , ngoài ra còn hai nguồn năng lượng sinh khối khác là bã mía thì chưa tận dụng hết nguồn hoàn toàn chưa sử dụng là vỏ trấu

Khí sinh học tiềm năng cũng lớn vì chăn nuôi nay cũng ở qui mô công nghiệp, trang trại Năng lượng đại dương gồm nguồn sóng biển, thủy triều và nhiệt

Trang 25

Hiện nay đang xây dựng một số cột đo gió độ cao trên 40 mét; khi đánh giá được thì mới có thể khai thác Năng lượng địa nhiệt của Việt Nam cũng khá nhiều nguồn, có đến 300 vị trí có thể khai thác nhưng đến nay chưa có nghiên cứu sâu để khai thác ứng dụng

Từ các đánh giá về thực trạng ngành năng lượng của Việt Nam trong thời gian qua cho thấy để đảm bảo an toàn cung cấp năng lượng, cần phải có một kế hoạch phát triển năng lượng dài hạn và đề ra các chính sách năng lượng quốc gia theo quan điểm chỉ đạo đã được nêu trong Nghị quyết Đại hội IX của Đảng: “Phát triển năng lượng đi trước một bước đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, bảo đảm an toàn năng lượng quốc gia”

Với quan điểm chỉ đạo đã được nêu trên, để góp phần thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Đảng, mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng nước ta trong giai đoạn tới là:

“Khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước; Cung cấp đầy đủ năng lượng với chất lượng ngày càng cao, giá cả hợp lý cho phát triển kinh tế xã hội; đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia; Đa dạng hoá phương thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh vực năng lượng, từng bước hình thành và phát triển thị trường năng lượng cạnh tranh; Đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu, nhất là vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo Phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, phát triển đi đôi bảo vệ môi trường”

Có chính sách ưu đãi về tài chính và mở rộng hợp tác quốc tế để tăng cường công tác tìm kiếm thăm dò nhằm nâng cao trữ lượng và khả năng khai thác than, dầu, khí đốt, năng lượng mới và tái tạo Đảm bảo trữ lượng về nhiên liệu hoá thạch

Trang 26

trong nước (than, dầu và khí đốt), trên quan điểm tối ưu hoá sử dụng và kéo dài độ sẵn sàng trữ lượng năng lượng

Tổ chức điều tra đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mới và tái tạo, xây dựng quy hoạch sử dụng năng lượng mới

Các doanh nghiệp phát điện đến năm 2010 phải có 3%, năm 2020 có 5%, năm 2040 có 10% công suất nguồn sử dụng nguồn năng lượng và tái tạo Các đơn vị công cộng, dịch vụ (bệnh viện, trường học, cơ quan nhà nước, nhà hàng…) có sử dụng nước nóng, có 10% được cấp từ thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời

Nhà nước khuyến khích việc khai thác, sử dụng năng lượng mới và tái tạo: hỗ trợ kinh phí cho các chương trình điều tra, nghiên cứu, chế tạo thử, xây dựng các điểm điển hình sử dụng năng lượng mới tái tạo; miễn thuế nhập khẩu, thuế sản xuất, lưu thông các thiết bị, công nghệ năng lượng mới và tái tạo

Lựa chọn công nghệ thích hợp với điều kiện của Việt Nam, đưa nhanh vào đời sống, đặc biệt là ở các vùng nông thôn, miền núi

Phối hợp, lồng ghép chương trình phát triển năng lượng mới và tái tạo với các chương trình khác ở nông thôn như chương trình điện khí hoá nông thôn, trồng rừng, xoá đối giảm nghèo, chương trình nước sạch…

Tổ chức điều tra đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mới và tái tạo, xây dựng quy hoạch sử dụng năng lượng mới

Trang 27

Với vị trí địa lý là một trong những trung tâm kinh tế chính trị của Việt Bắc nói riêng và đồng bằng Trung du miền núi Đông Bắc nói chung, Thái Nguyên là một cửa ngõ giao lưu kinh tế xã hội giữa vùng trung du miền núi và vùng đồng bằng Bắc bộ

Tóm lại, Thái Nguyên có điều kiện địa lý thuận lợi cho phát triển kinh tế, văn hoá và xã hội không chỉ hiện nay mà cả trong tương lai

2.1.2 Dân số

Theo Cục Thống kê tỉnh Thái Nguyên, dân số Thái Nguyên năm 2005 là 1.108.775 người, tốc độ tăng dân số năm 2005 là 1,17%/năm Mật độ dân số năm 2005 là 313,08 người/km2 Cơ cấu dân số thành thị và nông thôn năm 2005 là 23,41-76,59% Năm 2005 lao động nông nghiệp còn chiếm tỷ lệ tương đối cao 78,64% Thái Nguyên có 8 dân tộc là: Kinh, Tày, Nùng, Dao, Sán Dìu, Cao lan, Mông & Hoa trong đó dân tộc kinh chiếm khoảng 76% và 7 dân tộc còn lại khoảng 24%

Trang 28

Trang 29

-  26  -

2.1.3 Địa hình – Khí hậu

Thái Nguyên có nhiều dẫy núi cao chạy theo hướng Bắc Nam, thấp dần xuống phía nam và chấm dứt ở đèo Khế Cấu trúc ở vùng núi phía Bắc chủ yếu là đá phong hoá mạnh tạo thành nhiều hang động, thung lũng nhỏ Mặc dù là tỉnh trung du miền núi nhưng địa hình tỉnh Thái Nguyên không phức tạp so với các tỉnh khác trong vùng Đây cũng là một trong những thuận lợi của tỉnh trong việc canh tác nông lâm nghiệp, phát triển kinh tế - xã hội mà nhiều tỉnh trung du miền núi phía bắc khác không có

Khí hậu Thái Nguyên chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 với lượng mưa trung bình hàng năm từ 2.000 – 2.500mm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với nhiệt độ trung bình 21 – 220C Riêng tháng 8 lượng mưa chiếm đến gần 30% tổng lượng mưa cả năm Nhiệt độ chênh lệch giữa tháng nóng nhất (tháng 6: 38,90C) với tháng lạnh nhất (tháng 1: 15,20

C) là 23,70C Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1.300 đến 1.750 giờ và phân phối tương đối đều cho các tháng trong năm Nhìn chung, khí hậu Thái Nguyên tương đối thuận lợi cho việc phát triển một hệ sinh thái đa dạng và bền vững, thuận lợi cho phát triển ngành nông-lâm nghiệp, là nguồn nguyên liệu phục vụ cho ngành công nghiệp chế biến nông-lâm sản, thực phẩm

Với đặc điểm trên Địa hình – Khí hậu Thái Nguyên rất thuận lợi cho việc phát triển NLTT, địa hình đồi núi, độ dốc cao, lượng mưa hàng năm lớn tạo cho Tỉnh một tiềm năng lớn về thuỷ điện nhỏ

2.1.4 Tài nguyên

2.1.4.1 Tài nguyên đất:

Tổng diện tích đất tự nhiên toàn tỉnh 354.150,15ha, trong đó:

+ Đất nông nghiệp: 265.386,65ha, chiếm 74,94% (trong đó đất lâm nghiệp quy hoạch đến năm 2010 là 179.883,78ha)

+ Đất phi nông nghiệp: 39.173,90ha, chiếm 11,21% (trong đó đất chuyên dùng đến năm 2010 là26.499ha)

Trang 30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -  27  -

+ Đất chưa sử dụng: 49.049,60 ha, chiếm 13,85%

Tài nguyên đất của Thái Nguyên rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế

2.1.4.2 Tài nguyên nước:

Thái Nguyên có hệ thống sông suối khá dày đặc với hai sông chính là: Sông

theo chân núi Tam Đảo Sông Cầu nằm trong hệ thống sông Thái Bình có lưu vực

3480 km2 bắt nguồn từ chợ Đồn chảy theo hướng Bắc - Đông Nam Ngoài ra, Thái Nguyên còn có trữ lượng nước ngầm khá lớn, khoảng 3 tỷ m3, nhưng việc khai thác sử dụng còn hạn chế

Theo đánh giá của các cơ quan chuyên môn, trên các con sông chảy qua có thể xây dựng các công trình thuỷ điện kết hợp với thuỷ lợi quy mô nhỏ Việc xây dựng các công trình này sẽ góp phần làm cho nông thôn vùng cao tiến bộ nhanh trên các mặt chế biến quy mô nhỏ, đặc biệt là bảo vệ khôi phục rừng phòng hộ đầu nguồn, góp phần đưa ánh sáng và công nghiệp nông thôn phát triển

2.1.4.3 Tài nguyên rừng:

Theo tài liệu của cục thống kê tỉnh Thái Nguyên, Thái Nguyên còn khoảng 205.816,20 ha đất lâm nghiệp, chiếm khoảng 58,10% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng tự nhiên là 103.774,03 ha, rừng trồng là 48.500,30 ha Rừng phòng hộ là 49.473ha, rừng đặc dụng là 28.190, rừng kinh tế là 74.612ha Diện tích đất chưa sử dụng là 53.533,60 ha, chiếm 15,10% diện tích tự nhiên, đây là diện tích đất trống, đồi trọc Diện tích đất trống đồi trọc này (phần lớn là diện tích rừng tự nhiên trước kia bị tàn phá) có thể được coi như là một tiềm năng cho việc phát triển ngành lâm nghiệp vừa là nhiệm vụ của tỉnh trong việc nhanh chóng phủ xanh đất trống, đồi trọc

Tóm lại, Thái Nguyên có điều kiện tự nhiên – xã hội rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế và với tốc độ tăng dân số khá cao thì nhu cầu sử dụng điện của tỉnh ngày càng tăng Hơn nữa, dân cư gồm nhiều dân tộc ít người đời sống kinh tế, văn hoá còn thấp cần được quan tâm phát triển Do đó điện lưới quốc không đáp ứng đủ nhu cầu, việc sử dụng điện từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo sẽ khắc

Trang 31

-  28  -

phục được tình trạng thiếu điện Mặt khác, Thái Nguyên có nguồn năng lượng mới và tái tạo khá dồi dào Với lượng mưa hàng năm tương đối lớn và một hệ thống sông suối khá dày đặc tạo cho Thái Nguyên một tiềm năng phong phú về thuỷ điện Diện tích tự nhiên của tỉnh chủ yếu là rừng núi, nền kinh tế nông – lâm nghiệp là chính cung cấp cho tỉnh tiềm năng sinh khối rất lớn, nguồn năng lượng mặt trời cũng rất đáng kể

2.2 HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN 2.2.1 Hiện trạng phụ tải

Trong những năm gần đây, cơ cấu kinh tế của tỉnh phát triển đều và nhanh trên nhiều lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, nông lâm nghiệp, thương mại , dịch vụ Bởi vậy nhu cầu sử dụng điện cũng tăng theo

Năm 2005 điện thương phẩm của tỉnh 811,2 triệu kWh, tăng 7,5 % so với năm 2004, Pmax đạt 183 MW Tốc độ tăng điện thương phẩm 2001 – 2005 là 16,33% trong khi tốc độ tăng trưởng bình quân GDP giai đoạn 2001- 2005 là 8,92% Bình quân điện năng thương phẩm tính theo đầu người của tỉnh năm 2005 là 733,6kWh, gấp 1,5 lần so với toàn quốc ( 560kWh/người/năm)

Bảng 2.1:Hiện trạng tiêu thụ điện năng giai đoạn 2000 – 2005

Trang 32

- Cơ cấu tiêu thụ điện năng thương phẩm của Thái Nguyên không có sự thay đổi nhiều, điện cho Công nghiệp – Xây dựng chiếm tỷ trọng cao nhất ( trên 70%) , kế đến là điện cho quản lý và tiêu dùng dân cư, thương mại, dịch vụ và nông nghiệp

- Điện thương phẩm của các phụ tải không ngừng tăng lên theo hàng năm Nhu cầu phụ tải ngày càng tăng, trong tương lai cùng với sự phát triển kinh tế nhu cầu phụ tải sẽ tăng cao hơn Vì vậy việc phát triển các nguồn cung cấp điện là rất quan trọng

2.2.2.Dự báo nhu cầu điện

2.2.2.1 Lựa chọn mô hình và phương pháp dự báo nhu cầu điện

a Các phương pháp dự báo nhu cầu điện năng:

- Phương pháp hệ số đàn hồi:

Đây là phương pháp thích hợp với các dự báo trung và dài hạn Phương pháp này dựa trên cơ sở dự báo của các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội Nhu cầu điện năng được mô phỏng theo quan hệ đàn hồi với tốc độ tăng trưởng kinh tế

Hệ số đàn hồi ( ) được tính theo công thức sau:

Tốc độ tăng nhu cầu điện (%) Hệ số đàn hồi =

Tốc độ tăng trưởng GDP (%)

Các hệ số đàn hồi được xác định theo từng ngành theo chuỗi phân tích qúa khứ

- Phương pháp ngoại suy theo thời gian:

Nội dung của phương pháp này là nghiên cứu sự diễn biến của điện năng trong một khoảng thời gian quá khứ tương đối ổn định để tìm ra một quy luật nào đó, rồi dùng nó để dự báo cho tương lai Nhược điểm của phương pháp này là chỉ cho kết quả chính xác nếu tương lai không có nhiễu và quá khứ phải tuân theo một quy luật

- Phương pháp chuyên gia:

Trang 33

-  30  -

Nội dung chính là sự hiểu biết sâu sắc của các chuyên gia giỏi Các chuyên gia sẽ đưa ra các dự báo của mình

- Phương pháp dự báo trực tiếp:

Nội dung của phương pháp là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm đó và suất tiêu hao điện năng của từng loại sản phẩm hoặc suất tiêu hao trung bình cho một hộ gia đình, bệnh viện, trường học, khách sạn Phương pháp này tỏ ra khá chính xác khi có tương đối đầy đủ các thông tin về tốc độ phát triển kinh tế - xã hội, các phụ tải dự kiến mới và phát triển mở rộng của các ngành kinh tế, mức độ áp dụng tiến bộ khoa học, kỹ thuật Với các ưu điểm về độ chính xác, bám sát thực tế phát triển của khu vực dự báo, không quá phức tạp nên phương pháp này được dùng phổ biến cho các dự báo ngắn hạn 1-3 năm và trung hạn từ 5-7 năm, trong các đề án quy hoạch tỉnh, thành phố

b Lựa chọn phương pháp dự báo nhu cầu điện năng:

Phù hợp với hoàn cảnh thực tế của địa phương và số liệu điều tra, thu thập được từ các tài liệu pháp lý, nhu cầu điện của tỉnh Thái Nguyên trong giai đoạn quy hoạch được dự báo theo hai phương pháp:

+ Phương pháp tính trực tiếp được sử dụng cho giai đoạn 2006 - 2010, 2011-2015

+ Phương pháp hệ số đàn hồi được áp dụng để kiểm chứng lại kết quả của phương pháp trực tiếp trong giai đoạn 2006 - 2010 và dự báo nhu cầu điện của tỉnh trong giai đoạn từ 2010 – 2015

Quá trình tính toán dự báo nhu cầu điện tỉnh Thái Nguyên theo cơ cấu 5 thành phần bao gồm:

- Nhu cầu điện cho công nghiệp – xây dựng; - Nhu cầu điện cho nông – lâm - thuỷ sản;

- Nhu cầu điện cho thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng; - Nhu cầu điện cho quản lý và tiêu dùng dân cư;

- Nhu cầu điện cho phục vụ các hoạt động khác

Trang 34

2.2.2.2 Tính toán dự báo nhu cầu điện tỉnh Thái Nguyên

Nhu cầu điện giai đoạn 2015 của tỉnh Thái Nguyên được dự báo theo phương pháp trực tiếp trên cơ sở dự báo nhu cầu cho từng thành phần phụ tải sau đó tổng hợp thành nhu cầu điện của toàn tỉnh

Bảng 2.2: Kết quả tính toán nhu cầu điện toàn tỉnh Thái Nguyên

85 415,9 811,2 Trong đó Gang thép (MW)

Điện TP không kể Gang thép (106

kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106

kWh) Điện nhận (106

14,7% 16,3% Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05)

- Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép

110 940,6 1512,6 1598,0

17,7% 13,3% Trong đó Gang thép (MW)

kWh)

Trang 35

-  32  -

Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép

- Kể cả Gang thép

14,5% 12,2%

Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015

Sự tăng trưởng về nhu cầu điện được thể hiện ở hình 2.2

Trong đó:

*Nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản

Chủ yếu là nhu cầu điện cho các chạm bơm tưới tiêu, được tính theo công suất và số máy bơm được huy động theo từng giai đoạn của từng trạm bơm Dự kiến từ nay đến năm 2010 toàn tỉnh sẽ xây dựng thêm 33 trạm bơm mới

Kết quả tính toán nhu cầu điện cho thành phần này như sau:

Bảng 2.3: Nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản

TP

2005 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106

kWh) Tốc độ tăng trưởng (01-05)

1,29/0,45 2,07 17,7%

0,25% 0

Năm 2005 Năm 2 0 1 0Năm 2 0 1 5

Trang 36

kWh)

Tốc độ tăng trưởng (06-2010)

2,18/0,45 4,03 14,3%

0,3%

2,83/0,45 6,65 10,2%

0,2%

Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010,, có xét tới 2015

*Nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư

Phụ tải điện cấp cho sinh hoạt gia đình được tính theo định mức tiêu thu điện năng cho từng hộ gia đình trong một năm theo từng khu vực đặc trưng (Thành phố, thị trấn huyện, nông thôn) Định mức này được tính theo tài liệu hướng dẫn của tổng công ty Điện lực Việt Nam có căn cứ hiệu chỉnh theo tiêu thụ điện năng thực tế của năm vừa qua của tỉnh: Đề án có so sánh với mức sử dụng điện nông thôn của một số tỉnh có đặc trưng tương tự Định mức tiêu thụ điện năng cho tiêu dùng dân cư được trình bày trong bảng

01234567

Trang 37

-  34  -

Bảng 2.4: Định mức tiêu thụ điện năng cho tiêu dùng dân cƣ

Kết quả tính nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư như sau:

Bảng 2.5 Nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cƣ

2005 Công suất (MW) Điện năng A (106

76,8 206,0 10,9%

15,4%

2010 Công suất (MW) Điện năng A (106

121,8 358,2 11,7%

13,7%

2015

Công suất (MW) Điện năng A (106

199,0 624,0 11,7%

13,2%

Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015

Trang 38

2.2.3.Các nguồn cung cấp điện năng

- Nguồn điện: Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn có công suất thiết kế 2x50MW,

đã đưa vào vận hành năm 2006

- Các trạm nguồn từ điện lưới quốc gia: tỉnh Thái Nguyên hiện tại được cấp điện từ lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp Thái Nguyên 220/110/22kV-(2x125)MVA và 110/35/6kV-(2x63)MVA tại thành phố Thái Nguyên và trạm 220kV Sóc Sơn thông qua các đường dây 110kV Thái Nguyên – Sóc Sơn, và đường dây 110kV Sóc Sơn – Gò Đầm.Trạm 220kV Thái Nguyên ngoài việc cung cấp điện cho tỉnh Thái Nguyên còn cung cấp điện cho một số tỉnh lân cận như Bắc Cạn, Cao Bằng

Điện năng của tỉnh chủ yếu được cung cấp từ nguồn điện lưới quốc gia và phụ thuộc vào nguồn điện quốc gia Trong tình hình hiện nay, nước ta đang xảy ra tình trạng thiếu điện, cũng như các tỉnh khác trong cả nước Thái Nguyên thường xuyên xảy quá tải và phải thực hiện cắt điện luân phiên để giảm tải, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của người dân Trong tương lai khi nhu mà nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng, các nguồn điện hiện tại không đáp ứng đủ thì việc phát triển các nguồn điện địa phương là cần thiết và cấp bách Thái Nguyên có một tiềm năng năng lượng mới và tái tạo khá rồi dào, việc khai thác các nguồn điện năng lượng mới và tái tạo sẽ đáp ứng được một phần nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư và nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản ( mục 2.2.2)

Năm 2005 Năm 2 0 1 0Năm 2 0 1 5

Trang 39

-  36  -

2.3 TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN

2.3.1 Vai trò của năng lƣợng mới và tái tạo

Năng lượng mới và tái tạo là nguồn năng lượng của nhân loại trong tương lai và trước mắt là nguồn năng lượng để cân bằng những nhu cầu năng lượng ngày càng tăng lên trong thế kỷ 21 Năng lượng mới và tái tạo là nguồn năng lượng sạch, có thể giúp nhân loại tránh khỏi thảm hoạ môi trường do sự sử dụng các nguồn năng lượng hoá thạch trong những thế kỷ vừa qua dẫn đến sự thay đổi khí hậu trái đất Vì vậy nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới là nhu cầu và xu hướng tất yếu của các nước trên thế giới cũng như của nước ta trong những thập niên tới bởi những lý do chính sau:

1- Các nguồn năng lượng hoá thạch (than, dầu, khí) đang cạn kiệt nhanh chóng Trong khi đó dân số thế giới tăng rất nhanh nên nhu cầu năng lượng cũng tăng lên rất lớn

2- Giá năng lượng hoá thạch sẽ ngày càng cao do sự khai thác khó khăn và do các chi phí bảo vệ môi trường bắt buộc

3- Sử dụng năng lượng mới thay dần năng lượng hoá thạch sẽ làm giảm nguy cơ phụ thuộc vào nhập khẩu năng lượng

4- Năng lượng mới có tiềm năng rất lớn về thị trường trong tương lai

Người ta dự báo là các công nghệ năng lượng mới sẽ hoàn thiện vào khoảng năm 2020 Đồng thời với quá trình đó là giá năng lượng mới sẽ giảm liên tục Đặc biệt đối với pin mặt trời thì giá giảm rất nhanh, khoảng (6-8)%/năm Hình 2.6 cho thấy sự biến đổi giá điện năng đối với các công nghệ năng lượng mới (Pin mặt trời, điện gió, sinh khối) và các nguồn năng lượng truyền thống (than, khí) Điện năng từ các công nghệ năng lượng gió và sinh khối giảm liên tục với tốc độ trung bình là 3%/năm, pin mặt trời giảm (6-8)%/năm Các giá điện năng từ than và khí giả thiết là không đổi (than: 6cént/KWh; khí: 12 cént/KWh) Nhưng trong thực tế giá điện năng từ than và dầu khí có thể tăng ngày càng cao hơn Như vậy, đến khoảng (2015-

Trang 40

Hình 2.6 Dự báo về giá một số nguồn năng lượng mới Hinh 2.5 Thị trường tiêu thu năng lượng trên toàn thế giới

2020) các nguồn năng lượng mới đã hoàn toàn có khả năng cạnh tranh với các nguồn năng lượng hoá thạch

Nguồn: GS.Ts Trần Đình Long – Quy hoạch phát triển năng lượng và điện lực

Nguồn: Trường ĐHBK Hà Nội – Báo cáo tổng hợp kết quả nghiên cứu về năng lượng nông thôn đến năm 2020