Tài liệu Luận văn phân tích, đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió mặt trời, ứng dụng đèn led cung cấp điện, tiết kiệm cho các giàn khai thác dầu khí biển liên doanh dầu khí vietsopetro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------------------- ĐÀO ĐỨC QUANG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ – MẶT TRỜI, ỨNG DỤNG ĐÈN LED CUNG CẤP ĐIỆN, TIẾT KIỆM CHO CÁC GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ BIỂN – LDDK VIETSOPETRO CHUYÊN NGÀNH: QUẢN TRỊ KINH DOANH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN VĂN BÌNH HÀ NỘI 2012 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Tôi xin trân trọng cảm ơn quí thầy cô giáo Viện Kinh tế và Quản lý, Viện sau Đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội. Đồng thời cảm ơn và tri ân các vị lãnh đạo, đồng nghiệp đang công tác tại Phòng Cơ khí - năng lượng - tự động hóa, Xí nghiệp Cơ Điện và đặt biệt nhóm Cơ Điện giàn MSP-9 thuộc Liên doanh Việt-Nga Vietsovpetro; Công ty SUNLED 16/56 phố Hoa Lâm, Việt Hưng, Long Biên, Hà Nội, công ty CP tư vấn xây dựng điện gió Việt Nam VIWICO số 18 lô 10A, Trung Yên 10, Trung Hòa, Cầu Giấy, Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện bản luận văn này. Đặc biệt tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Trần Văn Bình – Bộ môn kinh tế năng lượng – Viện kinh tế và quản lý - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù đã có sự cố gắng của bản thân, song do khả năng và kinh nghiệm có hạn nên luận văn không tránh khỏi một số thiếu sót ngoài mong muốn, những hạn chế nhất định, tôi thành thật mong được quý thầy cô giáo, các đồng nghiệp góp ý để các nghiên cứu trong luận văn này được áp dụng vào thực tiễn. Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2012 Học viên Đào Đức Quang Trang 2 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa ........................................................................................................ 01 Lời cam đoan......................................................................................................... 02 Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ........................................................................ 06 Danh mục các bảng ............................................................................................... 07 Danh mục các hình vẽ, đổ thị................................................................................. 09 PHẨN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 11 CHƯƠNG 1 – NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, ĐÈN LED VÀ ỨNG DỤNG.......... 14 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất năng lượng gió, năng lượng mặt trời, đèn LED. ........................................................................................................... 14 1.1.1. Các đặc tính của các nguồn năng lượng mới và tái tạo ................................ 14 1.1.2. Các công nghệ năng lượng điện mặt trời ..................................................... 15 1.1.3. Công nghệ năng lượng gió .......................................................................... 19 1.2. Hệ lai ghép năng lượng và các ứng dụng..................................................... 25 1.2.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 25 1.2.2. Các loại nguồn điện trong hệ thống điện hỗn hợp........................................ 26 1.2.3. Sơ đồ đấu nối hệ lai ghép ............................................................................ 27 1.2.4. Ưu nhược điểm của hệ thống điện lai ghép ................................................. 34 1.3. Phương pháp phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế của một hệ lai ghép sử dụng năng lượng tái tạo............................................................................... 38 1.3.1. Các chỉ tiêu kinh tế dùng để đánh giá.......................................................... 38 1.3.2. Các số liệu cần thu thập của hệ lai ghép ...................................................... 44 Trang 3 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh CHƯƠNG 2 – THỰC TRẠNG NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ - NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED ........................................................................................... 47 2.1. Giới thiệu tổng quan về LDDK VIETSOVPETRO ..................................... 47 2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển .................................................................. 47 2.1.2. Một số dấu mốc lịch sử ............................................................................... 47 2.1.3. Tình hình sản suất kinh doanh qua các năm ................................................ 48 2.1.4. Chiến lược phát triển của Vietsovpetro trong giai đoạn mới........................ 50 2.2. Nhu cầu sử dụng năng lượng trên giàn khai thác dầu khí ............................ 51 2.2.1. Cấu tạo giàn khai thác................................................................................. 51 2.2.2. Quá trình khai thác...................................................................................... 56 2.2.3. Nhu cầu sử dụng năng lượng trên giàn cố định MSP-9................................ 56 2.3. Hiện trạng sản xuất và cung cấp năng lượng trên giàn khai thác.................. 61 2.3.1. Mô tả hệ thống sản suất và cung cấp điện cho các khối, phụ tải .................. 61 2.3.2 Giá thành sản xuất điện............................................................................... 62 2.4. Ưu, nhược điểm hệ thống năng lượng hiện hữu và nhu cầu đầu tư hệ lai ghép ....................................................................................................... 66 2.4.1. Ưu, nhược điểm của hệ thống năng lượng hiện hữu .................................... 66 2.4.2. Nhu cầu đầu tư hệ lai ghép......................................................................... 67 CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED CHO GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ CỐ ĐỊNH ............................................................................... 69 3.1. Phân tích lựa chọn các hệ lai ghép .............................................................. 69 3.1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 69 Trang 4 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh 3.1.2 Mô tả địa điểm............................................................................................ 69 3.1.3 Điều kiện thời tiết, môi trường khu vực giàn MSP-9 ................................... 71 3.2. Thiết kế và xây dựng dự toán cho các hệ lai ghép ....................................... 73 3.2.1. Điện sử dụng cho thiết bị chiếu sáng........................................................... 73 3.2.2 Tổng nhu cầu điện năng .............................................................................. 76 3.2.3 Biểu đồ phụ tải ngày ................................................................................... 76 3.2.4 Dự báo độ tăng trưởng nhu cầu trong tương lai............................................ 76 3.2.5 Phương án cung cấp, tiết kiệm điện............................................................. 77 3.2.6 Xây dựng sơ đồ khối tổng quát ................................................................... 78 3.2.7 Tính toán lựa chọn thiết bị........................................................................... 79 3.3. Phân tích hiệu quả kinh tế - tài chính .......................................................... 88 3.3.1 Phân tích hiệu quả kinh tế cho các phương án ............................................ .88 3.3.2 Phân tích độ nhạy (ngưỡng thâm nhập) ..................................................... 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 105 TÓM TẮT LUẬN VĂN...................................................................................... 106 PHỤ LỤC............................................................................................................ 109 Trang 5 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Trong luận văn này có sft dụng các ký hiện chữ viết tắt và thuật ngữ sau: Từ viết tắt Nội dung Vietsovpetro Liên doanh dầu khí Việt Nga “Vietsovpetro”. PVEP Tổng công ty thăm dò, khai thác dầu khí Petrovietnam XNKTDK Xí nghiệp khai thác dầu khí, trực thuộc Vietsovpetro MSP Giàn cố định - là các giàn cố định khoan-khai dầu khí biển trên khu vực mỏ Bạch Hổ RP Giàn cố định - là các giàn cố định khoan-khai dầu khí biển trên khu vực mỏ Rồng BK, RC Giàn nhẹ - là các giàn khai thác vệ tinh, ít hoặc không người. Giàn CNTT giàn công nghệ trung tâm - là giàn tập trung các hệ thống công nghệ xử lý tách khí, nước từ dầu thô nhận từ các MSP, BK khác CTB Công trình biển BM Block Module – khu vực trên giàn có chức năng riêng biệt NLTT Năng lượng tái tạo NLM & TT Năng lượng mới và tái tạo NLMT Năng lượng mặt trời PMT Pin mặt trời PV Dàn pin mặt trời Photovoltaic NL gió Năng lượng gió ĐCG Động cơ gió hay Turbine gió MPD Máy phát điện DC điện 1 chiều AC điện xoay chiều GOCT Bộ tiêu chuẩn kỹ thuật của Liên Xô cũ ДГ8ЧН Máy phát điện chạy bằng dầu Diezen do Nga chế tạo Trang 6 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh DANH MỤC CÁC BẢNG Tên Nội dung Trang Bảng 1.1 Công suất điện sản xuất từ năng lượng gió trên thế giới. 19 Bảng 1.2 Bảng so sánh các loại đèn thông dụng 23 Bảng 1.3 Bảng so sánh thay thế tương đương 25 Bảng 1.4 Giới hạn ứng dụng hệ lai ghép 33 Bảng 2.1 Một số sự kiện đáng nhớ 47 Bảng 2.2 Sản lượng khai thác của Vietsovpetro qua các năm 48 Bảng 2.3 Các Block chính của giàn MSP-9 53 Bảng 2.4 Kích thước Block dự kiến lắp đặt Turbine gió và NLMT 55 Bảng 2.5 Thống kê phụ tải liên tục của giàn MSP-9 58 Bảng 2.6 Thống kê số lượng, chủng loại, công suất chiếu sáng giàn MSP-9 60 Bảng 2.7 Thống kê máy phát điện của giàn MSP-9 61 Bảng 2.8 Đơn giá nhiên liệu giàn MSP-9 63 Bảng 2.9 Đơn giá sản suất điện giàn MSP-9 64 Bảng 2.10 Tổng hợp chi phí cho 1KWh điện giàn MSP-9 65 Bảng 3.1 Thống kê các khu block chức năng MSP-9 70 Bảng 3.2 Tọa độ địa lý giàn MSP-9 71 Bảng 3.3 Thống kê khí hậu, môi trường giàn MSP-9 71 Bảng 3.4 Bảng công suất thiết bị chiếu sáng trong ngày (nguồn MSP-9) 74 Bảng 3.5 Tải tiêu thụ theo “ngày” và “đêm” trong ngày 75 Bảng 3.6 Tổng nhu cầu điện năng của MSP-9 76 Bảng 3.7 Nhu cầu phụ tải theo thời gian của MSP-9 77 Bảng 3.8 Số giờ nắng đỉnh trung bình trong năm trên bề mặt nghiêng 83 Bảng 3.9 Số lượng Turbine và Panel PMT lắp đặt trên giàn 9 85 Bảng 3.10 LED thay thế tương đương trên giàn 9 86 Bảng 3.11 Tổng phụ tải chiếu sáng dùng LED 87 Bảng 3.12 Phương án 2 – kết hợp LED, NL Gió, NLMT 88 Bảng 3.13 Sản lượng điện hàng năm do hệ Gió + PV tạo ra 89 Bảng 3.14 Chi phí thiết bị 89 Bảng 3.15 Tổng vốn đầu tư xây dựng công trình 90 Trang 7 Đào Đức Quang Bảng 3.16 Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh Hiệu quả kinh tế -phương án 1 93 Bảng 3.17 Sản lượng điện của phương án 2 94 Bảng 3.18 Chi phí đầu tư ban đầu cho đèn LED 95 Bảng 3.19 Tổng vốn đầu tư ban đầu cho phương án 2 95 Bảng 3.20 Chi phí thay thế thiết bị hàng năm cho đèn LED 97 Bảng 3.21 Hiệu quả kinh tế -phương án 2 99 Bảng 3.22 Bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế 2 phương án 100 Bảng 3.23 Bảng phân tích độ nhạy phương án 1 101 Bảng 3.23 Bảng phân tích độ nhạy phương án 2 103 Trang 8 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt trời 15 Hình 1.2 Collector Parabol trụ 16 Hình 1.3 Nguyên lý gương phản xạ 16 Hình 1.4 hệ thống gương phản xạ 16 Hình 1.5 Sử dụng đĩa Parabol 16 Hình 1.6 nguyên lý hoạt động tháp năng lượng mặt trời 17 Hình 1.7 Các vùng hóa trị 17 Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động của PMT 18 Hình 1.9 Giàn PMT công suất nhỏ 19 Hình 1.10 Cấu tạo Tua bin gió 20 Hình 1.11 Hệ lai ghép thanh góp AC độc lập 28 Hình 1.12 Hệ lai ghép thanh góp AC nối mạng điện lưới 29 Hình 1.13 Trạng thái các thiết bị trong quá trình vận hành của hệ thống 30 Hình 1.14 Giới hạn ứng dụng của các hệ lai ghép 33 Hình 1.15 So sánh NPV của 2 phương án 39 Hình 1.16 Xác định IRR 40 Hình 2.1 Biểu đồ sản lượng khai thác dầu thô 49 Hình 2.2 Biểu đồ doanh thu xuất khẩu dầu thô 50 Hình 2.3 Cấu tạo giàn khai thác cố định có tháp khoan (mặt hông) 51 Hình 2.4 Cấu tạo giàn khai thác cố định có tháp khoan (mặt trước) 52 Hình 2.5 Sơ đồ giàn cố định đã tháo tháp khoan 55 Hình 2.6 Sơ đồ 1 dây hệ thống cung cấp điện giàn 9 56 Hình 2.7 Biểu đồ phụ tải điện điển hình TB trong ngày giàn 9 57 Hình 2.8 Biểu đồ phụ tải điện điển hình TB trong tháng giàn 9 57 Hình 3.1 Đồ thị tốc độ gió trung bình trong năm ở khu vực giàn MSP-9 72 Hình 3.2 Biểu đồ bức xạ NL mặt trời (kWh/m2/ ngày) 73 Hình 3.3 Biểu đồ phụ tải chiếu sáng trong ngày 76 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống lai ghép đề xuất 78 Hình 3.5 Sơ đồ mặt bằng bố trí hệ lai ghép 79 Trang 9 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh Hình 3.6 Cấu tạo động cơ gió Elena 80 Hình 3.7 Bố trí tấm PMT quanh sân bay 85 Hình 3.8 Bố trí tấm PMT quanh BM-15 85 Hình 3.9 Biểu đồ phụ tải chiếu sáng trong ngày (đèn LED) 87 Hình 3.10 Biểu đồ phân tích độ nhạy phương án 1 101 Hình 3.11 Biểu đồ phân tích độ nhạy phương án 2 101 Trang 10 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh 0 PHẦN MỞ ĐẦU 0.1 LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI 0.1.1 Cơ sở khoa học: Trong bối cảnh ngày càng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu thế giới tăng cao và sự phụ thuộc ngày càng nhiều hơn vào giá năng lượng thế giới, khả năng đáp ứng năng lượng đủ cho nhu cầu trong nước ngày càng khó khăn và trở thành một thách thức lớn. Việt Nam là nước có nguồn tài nguyên tái tạo sạch khá dồi dào, là một trong những nước nằm trong giải phân bố ánh sáng nhiều nhất trong năm theo bản đồ bức xạ Mặt trời của thế giới nhờ bờ biển dài tới hơn 3.000 km, có khả năng thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm thiểu tác động tới môi trường. Vì vậy việc xem xét khai thác nguồn năng lượng tái tạo sạch thay thế cho năng lượng truyền thống có ý nghĩa hết sức quan trọng cả về kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng và phát triển bền vững. Mặt khác, sau thảm họa kép động đất - sóng thần, nước Nhật còn bị thảm họa về rò rỉ nhà máy điện hạt nhân Pukoshima, nước Nhật đã tuyên bố giảm dần năng lượng hạt nhân, đầu tư nghiên cứu năng lượng tái tạo. Các nước châu Âu mà dẫu đầu là Đức, cũng đã tuyên bố chuyển dần sang nguồn năng lượng tái tạo. Đây là cơ hội tốt để ngành công nghệ sạch sử dụng năng lượng mặt trời – gió phát triển. Giá trị đầu tư cho thiết bị cũng sẽ giảm. Mỗi năm Việt Nam có khoảng 2.000-2.500 giờ nắng với mức chiếu nắng trung bình khoảng 150kCal/cm2, tương đương với tiềm năng khoảng 43,9 triệu tấn dầu qui đổi/năm. Trong khi đó năng lượng gió cũng khá hấp dẫn, có thể đạt công suất phát điện khoảng 800-1.400 kwh/m2/năm trên đất liền, từ 500-1.000 kwh/m2/năm tại các khu vực bờ biển. 0.1.2 Tính thực tiễn: Liên doanh Việt Nga Vietsovpetro là một đơn vị tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí ngoài khơi thềm lục địa phía nam của Việt Nam thuộc lô 09-1, nhiên liệu phục vụ cho quá trình khoan và khai thác hàng năm tốn rất nhiều chi phí, hiện chỉ có một số giàn khai thác công nghệ trung tâm mới có điều kiện lắp đặt máy phát điện Turbine khí, sử dụng nguồn khí đồng hành tại chỗ, xử lý và sử dụng. Còn lại một loạt các giàn khác như giàn khai thác dầu cố định (giàn cố định MSP, RP), giàn nhẹ khai thác dầu (giàn nhẹ BK, RC), không thể đầu tư máy phát điện Turbine khí và phải chạy máy phát truyền thống dùng dầu Diezen. Việc vận chuyển dầu Diezen ra Trang 11 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh các công trình biển này khá khó khăn, nhất vào mùa biển động vì phải dùng tàu vận tải vận chuyển. Hơn nữa, việc chạy máy phát điện Diezen cũng gây ô nhiễm môi trường cho cả vùng biển. Các công trình dầu khí biển (CTB) của Vietsovpetro nằm trong vùng biển nhiều nắng và gió nên việc sử dụng năng lượng sạch hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời là hoàn toàn phù hợp. Trước đây, khi các giàn cố định và giàn nhẹ nói trên còn khai thác dầu thô với sản lượng lớn, vấn đề tiết kiệm chi phí nói chung và chi phí năng lượng nói riêng chưa được đặt ra. Tuy nhiên hiện nay, sản lượng khai thác dần tụt giảm, chi phí vận hành, bảo dưỡng các giàn này trở thành gánh nặng cho Vietsovpetro. Hàng loạt biện pháp khác nhau đã được đặt ra để tiết kiệm chi phí như giảm nhân lực, giảm vật tư tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, v.v… đã trở nên vô cùng cấp bách. Chính vì những lý do nêu trên tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Phân tích, đánh giá hiệu quả kinh tế hệ lai ghép năng lượng gió – mặt trời, ứng dụng đèn LED cung cấp điện, tiết kiệm cho các giàn khai thác dầu khí biển – LDDK VIETSOVPETRO” cho luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh của mình. Dựa trên các cơ sở căn cứ khoa học, tham khảo kinh nghiệm của các nước khác cũng như từ thực trạng sử dụng năng lượng của Vietsovpetro, luận văn xin đề xuất một số giải pháp và kiến nghị nhằm giải quyết vấn đề mang tính cấp bách này. Tuy nhiên, đây là một đề tài rộng, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu, đóng góp của nhiều nhà khoa học cũng như những người hoạt động thực tiễn. Với khả năng và trình độ có hạn, mong muốn của tác giả chỉ là đóng góp những ý kiến nhỏ bé từ nghiên cứu của bản thân vào vấn đề rộng lớn này. 0.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Mục đích nghiên cứu: đánh giá khả năng áp dụng hệ lai ghép trên các công trình biển hiện hữu của Vietsovpetro. Luận văn xác định 3 mục tiêu nghiên cứu sau: 0.2.1 Tổng quan lý thuyết về các công nghệ năng lượng mới và tái tạo đặc biệt là hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời và ứng dụng đèn LED. 0.2.2 Tìm hiểu thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay trên giàn khai thác dầu khí cố định của Vietsovpetro, ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam. Trang 12 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh 0.2.3 Phân tích hiệu quả kinh tế đánh giá các phương án sử dụng năng lượng và đưa ra một số giải pháp ứng dụng hệ lai ghép gió - năng lượng mặt trời và ứng dụng đèn LED trên giàn cố định. 0.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 0.3.1 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận văn là phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ lai ghép năng lượng gió – năng lượng mặt trời và đèn LED tiết kiệm điện khi sử dụng kết hợp vào hệ thống năng lượng hiện có trên giàn cố định của Vietsovpetro. 0.3.2 Phạm vi nghiên cứu luận văn: Luận văn tập trung nghiên cứu hiệu quả kinh tế việc sử dụng năng lượng trên giàn khai thác dầu khí thông dụng trong Vietsovpetro hiện nay là giàn cố định. 0.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Trên cơ sở nghiên cứu, thu thập tài liệu thông tin thứ cấp có liên quan trong các báo cáo sử dụng năng lượng hàng năm của Vietsovpetro, thu thập tài liệu (số liệu) sơ cấp trên công trình biển theo mục đích nghiên cứu. Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả sử dụng phương pháp thống kê, phân tích, tổng hợp và so sánh để làm rõ nội dung nghiên cứu mà đề tài đặt ra. Cấu trúc luận văn bao gồm các chương sau: CHƯƠNG 1 – NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, ĐÈN LED VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG 2 – THỰC TRẠNG NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ - NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED. CHƯƠNG 3– PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ LAI GHÉP NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐÈN LED CHO GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ CỐ ĐỊNH. Trang 13 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh CHƯƠNG 1 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO, ĐÈN LED VÀ ỨNG DỤNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, ĐÈN LED 1.1.1 Các đặc tính của các nguồn năng lượng mới và tái tạo 1.1.1.1 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, 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 (ví 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 1.1.1.2 Đặc tính sạch và bảo vệ 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. 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 Trang 14 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh năng lượng sinh khối trong hơn nửa thế kỷ tới. 1.1.2 Các công nghệ năng lượng điện mặt trời Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất. Có thể nói đây là nguồn năng lượng rất phong phú mà thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta. Năng lượng mặt trời (NLMT) thu được trên trái đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa 1.1.2.1 Công nghệ nhiệt điện mặt trời Điện năng có thể tạo ra từ NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện. Hiện nay các nhà máy nhiệt điện sử dụng NLMT có các loại hệ thống bộ thu chủ yếu sau đây: a. Hệ thống dùng Parabol trụ: Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhà máy điện mặt trời Để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt 4000C. Bộ thu NLMT gồm hệ thống collector trụ tập trung năng lượng bức xạ mặt trời và hội tụ trên đường ống hấp thụ với cường độ 80 lần, ống hấp thu làm bằng thép không rỉ chịu nhiệt, bên ngoài có bọc một ống thủy Trang 15 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh tinh để tạo lồng kính và ở giữa 2 lớp được hút chân không nhằm hạn chế tổn thất nhiệt. Trong ống hấp thụ có chứa chất lỏng tải nhiệt (dầu tổng hợp) được nung nóng đến 4000C. Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng gương phản xạ có định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới 15000C. Hệ thống trữ nhiệt gồm các bình chứa chất giữ nhiệt trung gian (thường là hỗn hợp muối) với khối lượng đủ để cấp nhiệt vào ban đêm. Nhiệt lượng dầu tải nhiệt được cấp cho các thiết bị của nhà máy như lò hơi, bộ quá nhiệt, các bộ gia nhiệt cao áp. Chu trình nhiệt của hơi nước trong lò hơi và turbine hoàn toàn giống như trong nhà máy nhiệt điện bình thường. Phạm vi ứng dụng: Công suất nhà máy có thể lên đến 200 – 400MW Hình1.3: Nguyên lý gương phản xạ Hình1.2: Collector Parabol trụ b. Hệ thống dùng gương phản xạ : Hình 1.4: hệ thống gương phản xạ Hình 1.5: Sử dụng đĩa Parabol Trang 16 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh Năng lượng được hội tụ bởi hệ thống gương phản xạ và nung nóng hỗn hợp muối nóng chảy đến 7000C. Muối nóng được chứa trong bình và dẫn đi nung nóng nước thành hơi trong lò hơi. Phạm vi ứng dụng: cho các nhà máy công suất lớn từ 100MW – 400 MW c. Hệ thống dùng tháp năng lượng mặt trời: Hiện nay người ta dùng NLMT để phát điện theo kiểu tháp NLMT – Solar Power Tower. Hệ thống này giống như một nhà kính khổng lổ, người ta dùng các gương phản xạ bức xạ mặt trời để đốt nóng không khí ở phần dưới tháp và tạo một dòng không khí nóng tuần hoàn từ dưới đi lên, trên đường đi của dòng không khí người ta đặt các turbine khí để phát điện. Hình 1.6: nguyên lý hoạt động tháp năng lượng mặt trời. Ứng dụng: cho các nhà máy sản suất điện năng lớn. Giá sản xuất điện từ nhà máy quang điện hiệu quả nhất hiện nay là 172 USD/1Mwh, còn giá sản xuất điện từ nhà máy nhiệt điện Mặt Trời sử dụng hệ thống gương lõm parabol và công nghệ tích nhiệt lên tới 267 USD/1Mwh. 1.1.2.2 Công nghệ pin mặt trời (PMT) Đây còn gọi là công nghệ pin quang điện, khác với công nghệ nhiệt điện mặt trời là năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng thì ở công nghệ PMT, năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn được Hình 1.7: các vùng hóa trị chế tạo từ các vật liệu bán dẫn điện. Các PMT sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn bức xạ mặt Trang 17 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh trời tới nó. Khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e- - h+, tức là đã tạo ra một điện thế. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng quang điện bên trong. Cấu tạo pin mặt trời (PMT): Hiện nay vật liệu chủ yếu cho PMT là các Silic tinh thể. Có thể chia thành 3 loại: Đơn tinh thể module: có hiệu suất tới 16%, tuy nhiên loại này thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi silic hình ống. Các tấm đơn tinh thể này có các mặt trống ở các góc nối các module. Đa tinh thể: làm từ các thỏi đúc silic nung chảy. Loại này rẻ hơn đơn tinh thể nhưng hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên bể mặt che phủ nhiều hơn đơn tinh thể nên bù lại Hình 1.8: Nguyên lý hoạt động của PMT được hiệu suất kém so với đơn tinh thể. Dải silic: tạo từ miếng phim mỏng nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể. Loại này có hiệu suất thấp nhất. Tuy nhiên đây là loại rẻ nhất vì không phải cắt từ thỏi silic. Trang 18 Đào Đức Quang Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh Ứng dụng: cho các hệ cung cấp điện có công suất nhỏ, độc lập. Hình 1.9: Giàn PMT công suất nhỏ 1.1.3 Công nghệ năng lượng gió Năng lượng gió là một dạng chuyển tiếp của năng lượng mặt trời, bởi chính ánh nắng ban ngày đã đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa nhiều vùng khác nhau, và các khối không khí từ những khu vực có áp suất cao sẽ dịch chuyển nhanh đến những vùng có áp suất thấp hơn, tạo ra hiện tượng gió thổi đều khắp trên bề mặt địa cầu. Số thứ tự 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 Quốc gia Đức Tây Ban Nha Hoa Kỳ Đan Mạch Ấn Độ Ý Hà Lan Nhật Liên hiệp Anh Trung quốc Công suất (MW) 16.628 8.263 6.752 3.118 2.983 1.265 1.078 940 897 764 Số thứ tự Quốc gia Trang 19 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Bồ Đào Nha Hy Lạp Canada Thụy Điển Pháp Úc Ireland New Zealand Na Uy Các nước còn lại Công suất (MW) 523 466 444 442 390 380 353 170 160 951 Đào Đức Quang 11 Áo Luận văn thạc sĩ quản trị kinh doanh Tổng cộng trên toàn thế giới 607 47.574 Bảng 1.1 Công suất điện sản xuất từ năng lượng gió trên thế giới. 1.1.3.1 Máy phát điện dùng sức gió (Turbine) Biến đổi sức gió thành điện năng là một biện pháp khá thuận tiện trong sử dụng năng lượng gió, song hiện nay quá trình này đòi hỏi chi phí quá lớn. Trên thị trường chào bán hàng loạt turbin gió, từ turbin cỡ nhỏ công suất 200W, cỡ 5 kW, tới các turbin công suất lớn 800 kW. Giá trung bình khoảng 2000-3000EUR/KW Dưới đây giới thiệu một số máy phát điện bằng sức gió đang có trên thị trường: Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục. Tại châu Âu các tuốc bin gió được nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một phần. Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước để vận hành tuốc bin khi không đủ gió. Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện. Xây dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao 1.1.3.2 Cấu tạo của tuabin gió Hình 1.10: Cấu tạo Tua bin gió: là thiết bị chuyển đổi năng lượng gió thành điện. Đặc điểm này là sự khác biệt chính của tuabin gió với “cối xay gió”, một thiết bị biến năng lượng gió thành năng lượng cơ học. Một tuabin gió điển hình bao gồm các phần chính sau đây: 1- Cánh quạt; 2- Rotor (các cánh quạt và trục); 3- Bước răng; 4- Bộ hãm (phanh); 5- Trục quay tốc độ thấp; 6- 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 Trang 20