BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------
PHẠM HUY TÂN
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ
HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ - MẶT TRỜI VÀ ỨNG
DỤNG ĐÈN LED CUNG CẤP ĐIỆN, TIẾT KIỆM ĐIỆN
CHO CÁC TRẠM BTS NẰM XA LƯỚI ĐIỆN CỦA
MOBIFONE HOẶC VINAPHONE TRÊN ĐỊA BÀN
TỈNH BÀ RỊA VŨNG TÀU
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: QUẢN TRỊ KINH DOANH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN VĂN BÌNH
HÀ NỘI – 2012
MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ .............................................4
DANH MỤC BẢNG, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ............................................5
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................7
MỞ ĐẦU ................................................................................................................8
CHƯƠNG I: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC ỨNG DỤNG VÀO ĐỜI
SỐNG XÃ HỘI .................................................................................................... 11
1.1. Tổng quan về tình hình năng lượng và các công nghệ sạch đang được quan
tâm ...................................................................................................................... 11
1.2. Năng lượng gió ............................................................................................. 14
1.2.1. Khái niệm về năng lượng gió ................................................................ 14
1.2.3. Cấu tạo tuabin gió................................................................................. 18
1.2.4. Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió................................................ 20
1.2.7. Những thuận lợi và khó khăn của việc sử dụng năng lượng gió............. 21
1.3. Năng lượng mặt trời ...................................................................................... 22
1.3.1. Nguyên lý làm việc của pin mặt trời ..................................................... 23
1.3.3. Sự chuyển đổi ánh sáng ........................................................................ 26
1.3.4. Thành phần cơ bản của một hệ thống điện mặt trời: .............................. 27
1.3.5.1.
Tấm pin mặt trời (Solar Panel) ..................................................... 27
1.3.5.2.
Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller) .................. 28
1.3.5.3.
Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter) ........................................... 28
1.3.5.4.
Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter).......................................... 29
1.3.5.5.
Ắc quy (Battery)........................................................................... 29
1.3.5. Ưu, nhược điểm của NLMT:................................................................. 29
1.4. Các hệ thống lai ghép .................................................................................... 32
1.4.1. Sơ đồ đấu nối hệ lai ghép...................................................................... 33
1.4.1.1.
Hệ lai ghép thanh góp DC ............................................................ 33
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
1
1.4.1.2.
Hệ lai ghép thanh góp AC : .......................................................... 35
1.4.2. Các ứng dụng của hệ thống điện hỗn hợp.............................................. 36
1.4.3. Những ưu nhược điểm của hệ thống điện hỗn hợp ................................ 37
1.5. Các chỉ tiêu đánh gía tài chính một dự án........................................................... 38
1.5.1.
Phương pháp giá trị hiện tại ròng (NPV) ................................................... 38
1.5.2.
Phương pháp tỷ lệ hoàn vốn nội bộ ( IRR)................................................. 40
1.5.3. Phương pháp thời gian hoàn vốn (PP) ................................................... 41
1.5.4. Phương pháp tỷ suất trung bình lợi nhuận trên đầu tư (ROI) ................. 42
CHƯƠNG II: HIỆN TRẠNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG CHO CÁC TRẠM
BTS THUỘC MẠNG VIỄN THÔNG TỈNH BÀ RỊA VŨNG TÀU TẠI KHU
VỰC XA ĐIỆN LƯỚI. ........................................................................................ 44
2.1. Giới thiệu khái quát về viễn thông Bà Rịa Vũng Tàu .................................... 44
2.2. Hiện trạng cung cấp năng lượng cho các trạm BTS thuộc mạng lưới viễn thông
trên địa bàn Huyện Côn Đảo - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu xa điện lưới......................... 54
2.2.1. Cấu tạo, chức năng và nhu cầu năng lượng của các trạm BTS:.............. 54
2.2.2. Hiện trạng cung cấp năng lượng cho các trạm BTS............................... 57
2.2.3. Những khó khăn trong việc sử dụng nguồn điện và việc đảm bảo vận
hành thiết bị VT – CNTT tại Huyện Côn Đảo ................................................... 64
2.2.4. Khả năng ứng dụng các hệ lai ghép với năng lượng gió và mặt trời để
cung cấp năng lượng cho các trạm BTS tại khu vực huyện Côn Đảo ................. 65
2.3. Tình hình điều kiện khí tượng huyện Côn Đảo .............................................. 68
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC HỆ
LAI GHÉP VỚI NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ
CUNG CẤP ĐIỆN CHO TRẠM BTS THUỘC KHU VỰC XA ĐIỆN LƯỚI . 77
3.1. Đặt vấn đề..................................................................................................... 77
3.2. Tính toán thiết kế hệ lai ghép ........................................................................ 77
3.2.1. Các thông số khí tượng ......................................................................... 77
3.2.2. Tính toán nhu cầu sử dụng điện và dự phòng tương lai ......................... 80
3.2.3. Phương án cung cấp điện ...................................................................... 81
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
2
3.2.4. Sơ đồ khối đấu nối hệ thống.................................................................. 82
3.2.5. Tính toán công suất và số lượng thiết bị ................................................ 83
a. Phương án 1............................................................................................... 84
+ Tính toán động cơ gió ................................................................................ 84
+ Tính toán số dàn pin mặt trời...................................................................... 85
+ Tính toán dàn acquy:.................................................................................. 86
b. Phương án 2 ............................................................................................. 86
+ Tính toán động cơ gió ................................................................................ 86
+ Tính toán số dàn pin mặt trời...................................................................... 86
+ Tính toán dàn acquy:.................................................................................. 87
3.3. Phân tích hiệu quả kinh tế-tài chính hệ thống lai ghép ................................... 87
3.3.1. Phương án 1.......................................................................................... 87
+ Chi phí đầu tư ban đầu ............................................................................... 87
+ Chi phí vận hành hệ thống.......................................................................... 89
+ Hiệu quả kinh tế dự án được xác định trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế......... 89
+ Phân tích độ nhạy....................................................................................... 90
3.3.2. Phương án 2.......................................................................................... 91
+ Chi phí đầu tư ban đầu ............................................................................... 91
+ Chi phí vận hành hệ thống.......................................................................... 93
+ Hiệu quả kinh tế dự án được xác định trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế......... 93
+ Phân tích độ nhạy....................................................................................... 93
3.3.3. So sánh 2 phương án:............................................................................ 95
3.4. Kết luận và khuyến nghị................................................................................ 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 99
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.................................................................... 100
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ
TỪ
Ý NGHĨA
NLTT
Năng lượng tái tạo
NLMT
Năng lượng mặt trời
MPD
Máy phát điện
ĐCG
Động cơ gió
VT-CNTT
Viện thông - Công nghệ thông tin
PV
Photovoltaic
BTS
Base Transceiver Station
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
4
DANH MỤC BẢNG, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH
Danh mục Bảng
Bảng 1.1: Bảng phân loại các cấp độ gió ............................................................... 17
Bảng 1.2: Bảng phân loại theo mật độ công suất.................................................... 18
Bảng 2.1 :Tình hình nhân sự qua các năm : (ĐVT : người).................................... 49
Bảng 2.2: Thống kê nhân lực Viễn thông tỉnh........................................................ 49
Bảng 2.3: Bảng thống kê lao động Viễn thông Tỉnh theo cơ cấu trình độ.............. 50
Bảng 2.4:Bảng tổng hợp các chỉ tiêu hiệu quả hoạt động kinh doanh của Viễn thông
BR - VT năm 2007-2011. ...................................................................................... 51
Bảng 2.5 Tình hình phát triển dịch vụ của Viễn thông BR-VT từ năm 2007-2011 . 54
Bảng 2.6: Công suất tiêu thụ tại các trạm BTS....................................................... 57
Bảng 2.7: Số liệu thống kê sử dụng điện năm 2011 ............................................... 60
Bảng 2.8: Thống kê thời gian vận hành máy phát điện........................................... 61
Bảng 2.9: Số liệu dầu năm 2011 ........................................................................... 62
Bảng 2.10: Tổng chi phí điện và dầu năm 2011 ..................................................... 64
Bảng 3.1: Thống kê nhiệt độ hàng tháng trong năm 2011 ...................................... 79
Bảng 3.2: Thống kê vận tốc gió hàng tháng trong năm 2011.................................. 79
Bảng 3.3: Thống kê bức xạ mặt trời hàng tháng trong năm 2011 ........................... 80
Bảng 3.4: Nhu cầu sử dụng điện tại trạm BTS ...................................................... 81
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật động cơ gió.............................................................. 85
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật pin mặt trời............................................................... 85
Bảng 3.7: Bảng báo giá thiết bị PA1 ...................................................................... 88
Bảng 3.8: Tổng dự toán công trình PA1................................................................ 89
Bảng 3.9: Bảng phân tích độ nhạy PA2 ................................................................ 90
Bảng 3.10: Bảng báo giá thiết bị PA2 .................................................................... 92
Bảng 3.11: Tổng dự toán công trình PA2.............................................................. 93
Bảng 3.12: Bảng phân tích độ nhạy PA2 ............................................................... 94
Bảng 3.13: Bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế 2 phương án ........................................... 95
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
5
Danh mục Biểu đồ
Biểu đồ 2.1: Biểu đồ cơ cấu nhân lực Viễn thông BR-VT..................................... 50
Biểu đồ: 2.2: Dự báo về sự phát triển các trạm BTS .............................................. 66
Biểu đồ 3.1: Phân tích độ nhạy PA1 ...................................................................... 90
Biểu đồ 3.2: Phân tích độ nhạy PA2 ...................................................................... 94
Danh mục Hình vẽ
Hình 1.1: Mô hình chuyển động của gió và tuốc bin.............................................. 15
Hình 1.2: cấu tạo tuabin gió................................................................................... 18
Hình 1.3: Phân bố bức xạ mặt trời ......................................................................... 23
Hình 1.4: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời........................................................... 23
Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của hệ thống điện mặt trời ................................. 27
Hình 1.6: Hệ lai ghép thanh góp DC: chỉ có phụ tải DC......................................... 34
Hình 1.7: Hệ lai ghép thanh góp DC mở rộng: phụ tải DC và AC hỗn hợp .............1
Hình 1.8: Hệ lai ghép thanh góp AC ..................................................................... 35
Hình 1.9: Giới hạn ứng dụng của các hệ lai ghép....................................................1
Hình 2.1: Mô hình tổ chức, quản lý của VNPT BRVT........................................... 48
Hình 2.2 : Cấu trúc mạng GSM ............................................................................. 55
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ lai ghép............................................................................ 82
Hình 3.2: Sơ đồ đấu nối chi tiết hệ lai ghép ........................................................... 83
Hình 3.3: Kích thước động cơ gió.......................................................................... 84
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
6
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ khoa học: “Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ
lai ghép năng lượng gió - mặt trời và ứng dụng đèn LED cung cấp điện, tiết
kiệm điện cho các trạm BTS nằm xa lưới điện của mobifone hoặc Vinaphone
trên địa bàn tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu” là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu
khoa học độc lập và nghiêm túc.
Cam đoan các số liệu trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng,
được trích dẫn và có tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu, tạp chí, các công trình
nghiên cứu đã được công bố, các trang web, … .
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời
gian học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Văn Bình đã dành rất nhiều
thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt
nghiệp. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc VNPT Bà Rịa Vũng
Tàu đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học.
Hà Nội, ngày 24 tháng 9 năm 2012
Phạm Huy Tân
Học viên cao học
Lớp QTKD khóa 2009 – 2011
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
7
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
-
Tình hình mất điện kéo dài và khả năng cung cấp điện của Tập đoàn điện lực Việt
Nam.
-
Ảnh hưởng giảm chất lượng dịch vụ điện thoại di động cũng như giảm doanh thu,
tăng chi phí sử dụng máy phát điện, nhân công vận hành, bảo dưỡng, …khi mất
điện lưới.
-
Xu thế kiệt quệ nguồn năng lượng dẫn đến giá xăng, dầu, than, điện, … tăng cao ->
tăng chi phí sản xuất sản phẩm.
-
Xu hướng phát triển tất yếu của năng lượng sạch và các công nghệ phát triển, hỗ trợ
cho các ứng dụng năng lượng sạch.
-
Điều kiện địa hình, vật lý của nước ta cũng như tại Vũng Tàu phù hợp với việc sử
dụng nguồn năng lượng sạch.
-
Năng lực tài chính của đơn vị có thể tự triển khai được nhằm đáp ứng nhu cầu riêng
của đơn vị.
2. MỤC TIÊU CẦN ĐẠT ĐƯỢC
Nhằm thống kê hiện trạng sử dụng nguồn điện, chi phí, … của hệ thống nguồn cũ
(điện lưới AC, máy phát điện); phân tích hiệu quả kinh tế hệ thống nguồn lai ghép
năng lượng gió và mặt trời để tìm ra các điểm thuận lợi, khó khăn của hệ thống.
Trên cơ sở đó đưa ra một số đề xuất về việc sử dụng nguồn điện hiệu quả cung cấp
cho các trạm BTS nằm xa lưới điện, những nơi sử máy phát điện bằng nguyên liệu
dầu DO, than đá, … trong lương lai.
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Các trạm BTS nằm xa lưới điện quốc gia, những khu vực hay mất điện (thiếu
điện) hoặc cung cấp điện bằng động cơ sử dụng nguyên liệu : dầu DO, than, ….
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
8
-
Nghiên cứu cơ sở thực tiễn sử dụng nguồn điện lưới AC của một trạm BTS nằm
xa lưới điện.
-
Tìm hiểu về hệ thống lai ghép giữa năng lượng gió và năng lượng mặt trời.
-
Phân tích hệ thống năng lượng lai ghép giữa năng lượng gió và năng lượng mặt
trời có công suất tương đương để đủ cung cấp điện cho 01 trạm BTS.
-
Tìm hiểu được hoạt động và đánh khả năng khi sử dụng hệ thống lai ghép năng
lượng gió và năng lượng mặt trời thay cho hệ thống điện lưới AC truyền thống.
5. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
-
Thống kê số liệu hiện trạng sử dụng năng lượng tại các trạm BTS hàng
ngày/tháng: công suất tiêu thụ điện hàng tháng, chí phí chi trả hàng tháng, các
chi phí năng lượng khác, các chi phí liên quan khác, …… .
-
Tìm hiểu hệ năng lượng lai ghép gió và năng lượng mặt trời.
-
Thống kê các số liệu về sức gió, số giờ nắng trong ngày/năm để xem xét khả
năng lắp đặt hệ thống tại điểm cần khảo sát.
-
Tính toán hệ thống lai ghép năng lượng gió và năng lượng mặt trời có công suất
tương đương với hệ thống cung cấp năng lượng cũ: công suất, chi phí đầu tư
ban đầu, khấu hao hàng tháng, chi phí bảo trì bảo dưỡng,…
-
So sánh ưu khuyết điểm của hệ thống năng lượng: chi phí đầu tư ban đầu, chí
phí vận hành, khả năng hoàn vốn và lợi nhuận mang lại, … .
-
Đánh giá, phân tích được hiệu quả kinh tế khi sử dụng hệ thống lai ghép năng
lượng gió và năng lượng mặt trời. Đồng thời xem xét tính khả thi khi áp dụng
hệ thống lai ghép năng lượng trên.
6. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN
Nội dung của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1:
Năng lượng tái tạo và các ứng dụng vào đời sống xã hội.
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
9
Chương 2:
Hiện trạng cung cấp năng lượng cho các trạm BTS thuộc mạng
viễn thông tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu tại khu vực xa điện lưới.
Chương 3:
Phân tích đánh giá khả năng ứng dụng các hệ lai ghép với năng
lượng gió và năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho trạm BTS
thuộc khu vực xa điện lưới.
Từ đó người viết đưa ra kết luận tổng quan và một số khuyến nghị.
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
10
CHƯƠNG I: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC ỨNG DỤNG VÀO ĐỜI
SỐNG XÃ HỘI
1.1. Tổng quan về tình hình năng lượng và các công nghệ sạch đang được
quan tâm
Trong thế kỷ 21 con người phải đối diện với một loạt các thách thức mang
tính toàn cầu chẳng hạn như: năng lượng, môi trường sống bị hủy hoại, bùng nổ dân
số, chiến tranh, y tế, ... . Trong đó vấn đề năng lượng vẫn là vấn đề được xem là
quan trọng nhất và cấp thiết trong thế kỷ 21.
Năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, tranh chấp lãnh thổ, tạo ảnh hưởng
để duy trì nguồn cung cấp năng lượng là những mối họa tiềm ẩn nguy cơ xung đột.
Năng lượng hóa thạch không đủ cung cấp cho cỗ máy kinh tế thế giới đang ngày
càng phình to làm kinh tế trì trệ dẫn đến những cuộc khủng hoảng và suy thoái kinh
tế. Bất ổn chính trị rất có thể sẽ xảy ra tại nhiều nơi trên thế giới.
Bên cạnh đó việc sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch khiến một loạt các
vấn đề về môi trường nảy sinh. Trái đất có thể ấm lên, đất canh tác bị thu hẹp, môi
trường bị thay đổi, dịch bệnh xuất hiện khó lường và khó kiểm soát hơn, thiên tai
ngày càng mạnh hơn khó lường hơn, mùa màng thất thu ảnh hưởng đến vấn đề
lương thực. Tất cả những điều đó tiềm ẩn một thế giới hỗn độn, tranh chấp, không
kiểm soát.
Từ những điều trên, để duy trì một thế giới ổn định, không cách nào khác là
chúng ta phải tìm ra những nguồn năng lượng tái sinh thay thế cho nguồn năng
lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Chúng ta phải thực hiện một loạt những
hành động nhưng quan trọng nhất vẫn là tìm ra một nguồn năng lượng có thể thay
thế cho năng lượng hóa thạch để đáp ứng cho nhu cầu của thế giới.
Hàng loạt các năng lượng mới hứa hẹn trong thế kỷ 21 này như: năng lượng
mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối và những
nguồn năng lượng khác. Nguồn năng lượng này còn gọi là năng lượng lựa chọn,
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
11
năng lượng thay thế hay năng lượng xanh. Ưu điểm của nguồn năng lượng này là
sạch, có sẵn trong thiên nhiên, không gây ô nhiễm, không bị cạn kiệt và là giải pháp
tốt nhất nhằm tiết kiệm năng lượng hóa thạch cho tương lai. Các nguồn năng lượng
được nghiên cứu như sau:
Pin nhiên liệu
Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát
ra khi thải CO2 (các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác. Một pin nhiên
liệu tiêu biểu có thể sản sinh ra điện năng trực tiếp bởi phản ứng giữa hydro và ôxy.
Hydro có thể lấy từ nhiều nguồn như khí thiên nhiên, khí mêtan lấy từ chất thải sinh
vật và do không bị đốt cháy nên chúng không có khí thải độc hại. Đi đầu trong lĩnh
vực này là Nhật Bản. Quốc gia này sản xuất được nhiều nguồn pin nhiên liệu khác
nhau, dùng cho xe phương tiện giao thông, cho ôtô hoặc cả cho cả các thiết bị dân
dụng như điện thoại di động.
Năng lượng mặt trời
Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử
dụng nguồn năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước). Tính
đến năm 2002, Nhật Bản đã sản xuất được khoảng 520.000 kW điện bằng pin mặt
trời, với giá trung bình 800.000 Yên/kW, thấp hơn 10 lần so với cách đây trên một
thập kỷ. Nếu một gia đình người Nhật 4 người tiêu thụ từ 3 đến 4 kWH điện/mỗi
giờ, thì họ cần phải có diện tích từ 30-40 m2 mái nhà để lắp pin. Nhật Bản phấn đấu
đến năm 2010 sẽ sản xuất được hơn 8,2 triệu kWH điện tử năng lượng mặt trời.
Năng lượng từ đại dương
Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích
biển lớn. Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện. Nguồn điện
sản xuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải
đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường, … .
Năng lượng gió
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
12
Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong
phú và có ở mọi nơi. Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện.
Ví dụ như ở Hà Lan hay ở Anh, Mỹ. Riêng tại Nhật mới đây người ta còn sản xuất
thành công một turbin gió siêu nhỏ, sản phẩm của hãng North Powen. Turbin này
có tên là NP 103, sử dụng một bình phát điện dùng cho đèn xe đạp thắp sáng hoặc
giải trí có chiều dài cánh quạt là 20 cm, công suất điện là 3 W, đủ để thắp sáng một
bóng đèn nhỏ.
Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe
Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây
ô nhiễm môi trường. Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên là
Someya Shoten Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm
xà phòng, phân bón và dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật). VDF không có các
chất thải ôxít lưu huỳnh, còn lượng khỏi đen thải ra chỉ bằng 1/3 so với các loại dầu
truyền thống.
Năng lượng từ tuyết
Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành công
trong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở những
tòa nhà khi thời tiết nóng bức. Theo dự án này, tuyết được chứa trong các nhà kho
để giữ nhiệt độ kho từ 0oC đến 4oC. Đây là mức nhiệt độ lý tưởng dùng để bảo
quản nông sản vì vậy mà giảm được chi phí sản xuất và giảm giá thành sản phẩm.
Năng lượng từ sự lên men sinh học
Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinh
hoạt. Theo đó, người ta sẽ phân loại và đưa chúng vào những bể chứa để cho lên
men nhằm tạo ra khí metan. Khí đốt này sẽ làm cho động cơ hoạt động từ đó sản
sinh ra điện năng. Sau khi quá trình phân hủy hoàn tất, phần còn lại được sử dụng
để làm phân bón.
Nguồn năng lượng địa nhiệt
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
13
Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa. Nguồn
năng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâu
dưới lòng đất để chạy turbin điện. Tại Nhật Bản hiện nay có tới 17 nhà máy kiểu
này, lớn nhất có nhà máy địa nhiệt Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000
kW đủ điện năng cho 3.700 hộ gia đình.
Khí Mêtan hydrate
Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng
đất, có màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và
được người ta gọi là “nước đá có thể bốc cháy”. Metan hydrate là một chất kết tinh
bao gồm phân tử nước và metan, nó ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất
cao, phần lớn được tìm thấy bên dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu
bên dưới lòng đại dương và là nguồn nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất
tốt.
Một cách khách quan và tổng thể đối với Việt Nam thì năng lượng mặt trời
và năng lượng gió chính là những nguồn năng lượng dồi dào và có thể nói là vô tận
đối với Việt Nam. Chúng là những nguồn năng lượng có thể giải quyết tốt và nhanh
chóng các vấn đề năng lượng trong nước về hiện tại cũng như là trong tương lai.
Sau đây chúng ta cùng nhau tìm hiểu rõ hơn về năng lượng gió và năng
lượng mặt trời:
1.2.
Năng lượng gió
1.2.1. Khái niệm về năng lượng gió
Gió là một dạng của năng lượng mặt trời. Gió được sinh ra là do nguyên
nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do sự không
đồng đều trên bề mặt trái đất. Luồng gió thay đổi tuỳ thuộc vào địa hình trái đất,
luồng nước, cây cối, con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển động năng lượng
cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều và phát điện, … .
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
14
Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra
năng lượng cơ hoặc điện. Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành năng
lượng cơ. Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như là
bơm nước hoặc các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có thể chuyển
đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện.
1.2.2. Công suất của một tuốc bin gió
Công suất của một tuốc bin gió tạo ra có thể xác định theo các tính toán dựa
trên mô hình (Hình 1.1) sau:
Hình 1.1: Mô hình chuyển động của gió và tuốc bin
Giả sử không khí chuyển động với vận tốc v, thời gian t để đi được quãng
đường D, diện tích bề mặt A (tương ứng với diện tích do cánh quạt quét trong
không gian), tỉ trọng không khí ρ, khối không khí chuyển động m sẽ được như sau:
hay
Động năng của khối không khí có khối lượng m chuyển động với vận tốc v:
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
15
hay
Vì công suất được tính bằng năng lượng E cho một đơn vị thời gian, do đó
công suất của tuốc bin gió P sẽ là :
Với hệ số hòan thiện hay Betz limit C, công thức tính công xuất trên có thể
viết lại như sau :
Trong đó: ρ - tỉ trọng không khí, kg/m3 (khoảng 1,225 kg/m3 ở mực nước
biển, khi cao độ càng tăng tỉ trọng không khí càng giảm); A – bề mặt quét của cánh
quạt hướng thẳng vào chiều gió, m2; v – tốc độ gió, m/sec và công xuất P, Watts (=
Joules/sec). Theo lý thuyết , C bằng 16/27 = 0.59, nhưng trên thực tế C nằm vào
khỏang 0.35.
Từ biểu thức trên cho thấy, công suất của tuốc bin gió phụ thuộc vào lập
phương của tốc độ gió, vào bề mặt quét của cánh quạt (tức chiều sải dài của cánh
quạt) và vào tỉ trọng không khí.
Bằng cách xác định như trên, chúng ta có thể thiết lập biểu đồ đường cong
biểu diễn quan hệ giữa vận tốc gió và công suất tạo ra của một tuốc bin gió (wind
speed – power curve) khi đã có kích thước hình học xác định.
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
16
Theo công thức trên cho thấy công suất do tuốc bin gió có thể tạo ra tỷ lệ
theo lập phương của tốc độ gió, nghĩa là nếu tốc độ gió tăng lên 2 lần thì công suất
gió tăng lên 8 lần. Tất nhiên công suất trên chỉ là công suất theo lý thuyết, công suất
thực tế thu được sẽ thấp hơn (khoảng 60%) vì phụ thuộc vào hệ số hoàn thiện của
tuốc bin (coefficient of performance) vào hiệu suất của máy phát điện (generator
efficiency), hiệu suất của hộp số truyền động (gearbox/bearings efficiency), v..v..
Nếu tính công suất (lý thuyết) do tuốc bin gió tạo ra cho 1m2 bề mặt cánh
quạt quét trực tiếp với hướng gió, chúng ta được mật độ công suất gió (wind power
density) (W/m2). Mật độ công suất gió chỉ phụ thuộc vào tốc độ gió v và tỷ trọng
không khí ρ, có giá trị bằng:
Tốc độ gió đo ở độ cao 10m
Tốc độ gió ở độ cao 50m
Tốc độ, m/sec
Tốc độ, m/sec
1
<4,4
<5,6
2
4,4 – 5,1
5,6 – 6,4
3
5,1 – 5,6
6,4 – 7,0
4
5,6 – 6,0
7,0 – 7,5
5
6,0 – 6,4
7,5 – 8,0
6
6,4 – 7,0
8,0 – 8,8
7
>7,0
>8,8
Cấp độ gió
Bảng 1.1: Bảng phân loại các cấp độ gió
Tương ứng với cấp độ gió, mật độ công suất cũng được phân chia thành 7
cấp độ (Bảng 1.1 và 1.2):
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
17
Mật độ công suất gió, W/m2
Cấp độ gió
Tốc độ gió đo ở độ cao
Tốc độ gió đo ở độ cao
10m
50m
1
<100
<200
2
100 – 150
200 – 300
3
150 – 200
300 – 400
4
200 – 250
400 – 500
5
250 – 300
500 – 600
6
300 – 400
600 – 800
7
>400
>800
Bảng 1.2: Bảng phân loại theo mật độ công suất
1.2.3. Cấu tạo tuabin gió
Bao gồm các phần chính sau đây:
Hình 1.2: cấu tạo tuabin gió
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
18
- Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu
khiển.
- Blades: Cánh quạt. Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các
cánh quạt chuyển động và quay.
- Brake: Bộ hãm (phanh). Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện,
bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
- Controller: Bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió
khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ
khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể
phát nóng.
- Gear box: Hộp số. Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ
cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút,
tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện. Bộ bánh
răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió.
- Generator: Máy phát, phát ra điện
- High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao .
- Low - speed shaft: Trục quay tốc độ thấp .
- Nacelle: Vỏ. Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh trụ và
bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator, controller,
and brake. Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ
phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc.
- Pitch: Bước răng. Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor
quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện.
- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.
- Tower: Trụ đỡ Nacelle. Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép.
Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng
lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.
Đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió - mặt trời để ứng dụng cho các trạm BTS nằm xa lưới điện
19
- Xem thêm -
.PDF 
104 
438 
104 
