Tài liệu năng lượng mặt trời thực trạng - phương hướng phát triển và khả năng ứng dụng ở việt nam

ĐỀ TÀI: năng lượng mặt trời thực trạng - phương hướng phát triển và khả năng ứng dụng ở việt nam

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay,ngành công nghiệp trên thế giới đang từng bước phát triển mạnh mẽ. Do đó nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng,trong khi đó nguồn năng lượng hoá thạch như than đỏ,dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, đ̣i hỏi phải có một nguồn năng lượng mới thay thế.
Các nguồn năng lượng mới có thể thay thế như: Pin nhiên liệu,năng lượng mặt trời, năng lượng thuỷ triều, năng lượng gió Trong đó năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng thay thế rất có triển vọng đang được quan tâm nhất hiện nay.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận,chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp.Nú đang từng bước được sử dụng mạnh mẽ vào đời sống hàng ngày với sự xuất hiện đa dạng các sản phẩm như: pin,bếp nấu,thiết bị sấy,bỡnh nước núng,nhà mỏy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời.Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. V́ thế, đây được coi là nguồn năng lượng quư giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt.
Là sinh viên cơ khớ,trong thời gian học tập chúng em nhận được đề tài tiểu luận cơ khí “Năng lượng mặt trời: thực trạng, phương hướng phát triển và khả năng ứng dụng ở Việt nam”.Đơy là lần đầu tiên chúng em viết một bài tiểu luận nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót do tŕnh độ và sự hiểu biết c̣n hạn chế. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ góp ư của các thầy cô để bài tiểu luận hoàn thiện hơn.
Để hoàn thành bài tiểu luận, chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của TS.Vũ Ngọc Pi, người đă chỉ bảo hướng dẫn chúng em trong suốt quá tŕnh thực hiện đề tài.
Thỏi Nguyên, ngày 20 tháng 8 năm 2011
Nhóm sinh viên thực hiện

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
THỰC TRẠNG - PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM
1.Giới thiệu:
1.1.Lĩnh vực nghiên cứu
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của ḍng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao. Ḍng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa [1].

H́nh 1: Bề ngoài của Mặt Trời[10]
Năng lượng mặt trời là nhà cung cấp năng lượng quan trọng nhất trên trái đất. Toàn bộ sự sống trên trái đất đều phụ thuộc vào năng lượng mặt trời, nó điều chỉnh các quá tŕnh khí tượng học trên hành tinh của chúng ta.
Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quư báu.Năng lượng thay thế này đă và đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm.Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xă hội mà cũn giỳp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Dưới đây (h́nh 2) là sơ đồ hệ thống thu nguồn năng lượng mặt trời phục vụ thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống:

H́nh2: Sơ đồ tổng quát hệ thống điện năng lượng mặt trời[13]
Việc ứng dụng năng lượng mặt trời ngày càng rộng răi trong nhiều lĩnh vực khoa học.Các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng nhiều dần dần đáp ứng được nhu cầu của con người: pin năng lượng mặt trời,bỡnh nước nóng năng lượng mặt trời,nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời Ngoài ra năng lượng mặt trời c̣n được ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp nặng như: ụ tụ,tàu thuỷ chạy bằng năng lượng mặt trời
Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng Mặt Trời thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho b́nh đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong cỏc mỏy điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều ḥa Mặt Trời
Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa.
Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá tŕnh quang hợp. Quá tŕnh này được cho là đă từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đă và đang tận dụng. Nó cũng là quá tŕnh cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống. Trong tương lai, quá tŕnh này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng(diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn [1].
Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác được. Trái Đất, trong mô h́nh năng lượng này, gần giống b́nh đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các ḍng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lư của các ḍng chảy này[1].
Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thay đổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời. Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để chạy cácđộng cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển.
Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần năng lượng đú đó được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển. Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nước ngọt của ḍng sông trở về biển.
Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trờn bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, với dải bờ biển dài hơn 3.000km, có hàng ngh́n đảo hiện có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến được.V́ vậy, sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của cỏc vựng dân cư này là một kế sách có ư nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc pḥng.Tuy nhiờn,giỏ thành đầu tư công nghệ cao cũng là một vấn đề cần được các nhà chuyên môn nghiên cứu cụ thể.
1.2.Mục đích nghiên cứu:
Qua việc t́m hiểu về năng lượng mặt trời, nghiờn cứu này nhằm xác định thực trạng của việc ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, đồng thời nhằm gợi mở ra hướng nghiên cứu mới trong vấn đề năng lượng,xác định được tầm quan trọng của nguồn năng lượng này từ đó ứng dụng một cách hiệu quả nhất vào đời sống xă hội. Đề ra phương hướng ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam.
2.Tổng quan:
Dưới đây sẽ tŕnh bày về thực trạng của việc ứng dụng năng lượng Mặt Trời trên thế giới và ở Việt Nam, xác định tiềm năng sử dụng nguồn năng lượng này ở Việt Nam.
2.1.Thực trạng của việc ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phát minh để thu năng lượng mặt trời như: Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng Mặt Trời thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thànhđiện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho b́nh đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong cỏc mỏy điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều ḥa Mặt Trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng th́ mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc. Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm. Các nước công nghiệp phát triển đă đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời.
Trong vài năm trở lại đây có rất nhiều thông tin trờn cỏc phương tiên truyền thông nói về việc trái đất đang ngày càng nóng lên và vai tṛ của khí thải CO2. Các năm 2003-2007 vừa qua cho thấy điều kiện thời tiết cực kư khắc nghiệt đối với toàn bộ các khu vực châu Á, châu Âu, một bằng chứng rơ ràng cho vấn đề này, được tất cả mội người quy cho là hậu quả của “hiệu ứng nhà kớnh”
Việc đốt cháy các dạng nguyên liệu hoá thạch như than để sản xuất điện, và gas để đun nóng nước cả hai đều thải ra một khối lượng lớn khí CO2 vào bầu khí quyển, do vậy góp phần vào việc phá huỷ môi trường. Thông qua sử dụng nguồn năng lượng thay thế năng lượng mặt trời,sẽ góp phần giảm khí thải CO[SUB]2[/SUB].
Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hỡnh parabụn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho chiếc động cơ hơi nước đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời th́ đến nay, công nghệ năng lượng nhiệt mặt trời (solar thermal energy - STE) đó cú những bước tiến dài[2].
Giờ đơy đó cú hàng loạt các hệ thống công nghệ đang được hoặc sẵn sang sử dụng - trong đó phải kể đến máng gương parabụn, thỏp năng lượng, và hệ thống đĩa/động cơ - và một số hệ khác đang trong quá tŕnh triển khai. Dưới đây là những ứng dụng độc đáo từ năng lượng Mặt Trời.
2.1.1.Nguồn cung cấp năng lượng chính cho công nghiệp
Trạm năng lượng nhiệt mặt trời
Công ty Ausra Inc. đă đưa vào hoạt động trạm năng lượng nhiệt mặt trời (STE) Kimberlina tại Bakersfield (bang California, Mỹ). Đây là trạm nhiệt điện mặt trời đầu tiên kể từ khi Công ty FPL Energy xây dựng 9 hệ thống phát năng lượng mặt trời tại sa mạc Mojave vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990.







H́nh 3: Trạm năng lượng nhiệt mặt trời (STE) Kimberlina tại Bakersfield[2].
Trạm Kimberlina công suất 5 MW điện sử dụng công nghệ tập trung năng lượng mặt trời (concentrating solar power - CSP) “thế hệ mới”, theo cách gọi của Ausra Inc., và công ty này nói rằng trạm phát điện này được xây dựng theo mẫu của trạm nhiệt điện Liddell ở bang New South Wales (ễxtrơylia). Trạm bao gồm cỏc dóy gương dài 1.000 foot (cỡ300 m), và 150 công nhân phải mất 7 tháng mới xây dựng xong (h́nh 3). Các tuyến thu năng lượng sẽ phát ra 25 MW nhiệt năng làm quay một tuabin hơi tại trạm phát điện năng lượng sạch cạnh đó[2].