Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ năng lượng mặt trời niềm hy vọng lớn của nhân loại
CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NIỀM HY VỌNG LỚN CỦA NHÂN LOẠI I Năng lượng mặt trời thu hút quan tâm giới Những lực biến đổi để nhận điện mặt trời giá rẻ tiếp tục hướng trọng nghiên cứu phát triển (R&D) ngành chế tạo khắp giới: Viện Hàn lâm Kỹ nghệ Mỹ (NAE), Báo cáo đưa đầu năm 2008 , xác định lượng mặt trời 10 thách thức hội lớn đặt cho kỹ nghệ thập niên đầu kỷ 21 Tại Hội nghị Hiệp hội Hóa chất Mỹ gần đây, Giáo sư Viện Công nghệ California nhận xét lượng ánh sáng mặt trời cung cấp cho trái đất cần lớn lượng tiêu thụ giới vòng năm Nhưng thách thức lớn để tận dụng lượng giảm giá thành điện mặt trời để có khả cạnh tranh với dạng lượng truyền thống Nhiều lĩnh vực xã hội tận dụng lợi ích lượng mặt trời giá rẻ, nêu Báo cáo Tổ chức RAND-một tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận Mỹ “Cuộc Cách mạng cơng nghệ tồn cầu- GTR2020”: "Các hệ thống lượng mặt trời có giá rẻ để phổ cập rộng rãi nước phát triển phát triển người dân sinh sống vùng sâu, có giá rẻ để phổ cập rộng rãi nước phát triển phát triển người dân sinh sống vùng sâu, vùng xa" Năng lượng dùng để bơm nước tưới tiêu dùng cho ngành nghề thủ công, cho học tập từ xa, để làm đèn chiếu sáng cho nơi khơng có mạng lưới điện, làm đơng lạnh thực phẩm thuốc men nhằm cải thiện dinh dưỡng y tế Điện mặt trời Công ty Tư vấn tài Mỹ, Nerrill Lynch, coi cơng nghệ đầu số công nghệ làm nên Cách mạng công nghệ lần thứ sáu, bên cạnh công nghệ khác phong điện, lượng sinh học Do giá dầu giới tăng cao, sử dụng lượng mặt trời ngày trở nên hấp dẫn Tại Hội nghị lần thứ 29 pin mặt trời, tổ chức vào tháng 10/2008 Valencia, Tây Ban Nha, thu hút 4.000 nhà nghiên cứu hàng nghìn người trưng bày triển lãm Sự tập hợp đông đảo chứng minh cho thị trường bùng nổ từ nhiều năm - thị trường tiêu thụ điện sản xuất pin mặt trời Theo Báo cáo Viện Chính sách Địa cầu Mỹ, nhà đầu tư ngày quan tâm tới việc tìm kiếm nguồn lượng thay dầu mỏ Nguồn tài nguyên lượng mặt trời vô tận: "Nó cung cấp 10.000 lần số lượng điện tiêu thụ sản xuất tồn giới" Ước tính đến năm 2012, cơng suất nhà máy điện lượng mặt trời đạt 6.400 kW, gấp 14 lần công suất Các nhà máy điện qui mô lớn không dừng lại việc sử dụng loại pin quang điện mà sử dụng gương khổng lồ để thu lượng mặt trời Hiện nay, thiết bị thu lượng mặt trời lắp đặt gia tăng 40%/năm giới.Những nhà phân tích tài cho rằng, thị trường vượt 5.000 MW năm 2008, 7.000 năm 2010 đạt đến 20.000 năm 2012 Thị trường pin mặt trời tập trung quốc gia: Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Nhật Bản Italia Theo chuyên gia, giá điện mặt trời vào khoảng từ 0,13 - 0,17 USD/kW, đủ sức cạnh tranh với nhiệt điện sử dụng khí đốt Mỹ Tây Ban Nha nước có tham vọng việc phát triển lượng mặt trời Với dự án sản xuất khoảng 5.600 MW điện năng, hệ thống nhà máy điện mặt trời tương lai miền Tây nước Mỹ có khả cung cấp lượng cho khoảng 1,7 triệu hộ gia đình Tổ hợp điện mặt trời lớn Mỹ sa mạc Mojave, bang California, từ năm 1980 đến cung cấp điện cho gần 100.000 hộ gia đình vùng Tây Ban Nha triển khai khoảng 60 dự án xây dựng nhà máy điện mặt trời khánh thành sản xuất quang nhiệt điện Sanlucar, gần Seville Tính đến năm 2007, Đức vượt qua Nhật Bản để thống trị ngành sản xuất lượng quang điện giới Chỉ tính riêng năm 2007, Đức sản xuất 1063 MW lượng mặt trời Đức nhà lắp đặt hệ thống lượng quang điện hàng đầu giới, với chứng sản lượng lượng Đức chiếm gần nửa sản lượng toàn cầu Năng lượng quang điện đạt ngưỡng 1% nhu cầu tiêu thụ điện nước Đức nhà phân tích dự báo đạt mức 25% vào năm 2050 Theo Hans-Josef Fell, Nghị sĩ Quốc hội Đức, "nguồn lượng từ pin mặt trời có khả thay lượng nguyên tử Đức vài thập kỷ tới" Trong đó, Nhật Bản tiếp tục quốc gia sản xuất hấp thụ lượng mặt trời nhiều quốc gia khác với tổng công suất lượng sản xuất đạt năm 2007 920 MW Ở Pháp, trung bình mét vng đất thu nhận năm MWh điện lượng mặt trời Nếu thu 10% số lượng đảm bảo toàn lượng điện tiêu thụ nước" EDF (Tổng Công ty Điện lực Pháp) đạt thành công lớn: Mỗi tháng, EDF nối 800 điểm sản xuất điện từ pin mặt trời vào lưới điện Trung Quốc nước có tiềm lớn tiêu thụ sản phẩm pin lượng mặt trời, vài năm qua trở thành nước đầu lĩnh vực lượng tiêu thụ nhỏ, khoảng 100MW năm 2007 Hội nghị Thượng đỉnh thành lập Liên minh Địa Trung Hải đầu tháng 7/2008 khẳng định, cho xây dựng nhà máy điện mặt trời lớn sa mạc Sahara, nhằm cung cấp điện cho châu Âu châu Phi Dự kiến, năm 2050, nhà máy đạt công suất 100.000 MW Tuy nhiên, triển vọng sử dụng lượng mặt trời mơ ước: giá thành sản phẩm điện sản xuất từ pin mặt trời tương đối cao Hơn nữa, ngành sản xuất điện phải quan tâm đến vấn đề môi trường II Công nghệ thị trường pin mặt trời Các hệ thống lượng mặt trời gồm loại chính: (1) Các hệ thống nhiệt mặt trời (2) hệ thống điện mặt trời (hay gọi hệ thống quang điệnPV) hệ thống nhiệt mặt trời, lượng mặt trời thu giữ dạng nhiệt, sau đó, nhờ vật liệu truyền nhiệt, dùng để sưởi ấm, làm mát đun nước, tập trung lại để nấu nồi tuabin chạy máy phát điện Công nghệ PV: Hiện trạng triển vọng Các hệ thống PV dựa vào vật liệu để biến ánh sáng mặt trời thành dịng điện Cơng nghệ PV gồm loại chủ yếu sau: - Thế hệ dựa vào silic phương pháp chế tạo ngành công nghiệp bán dẫn; - Thế hệ dựa vào vật liệu màng mỏng phương pháp phát triển ngành chế tạo màng chất phủ - Thế hệ loạt công nghệ cách tiếp cận chế tạo mới, hứa hẹn nâng cao hiệu suất biến đổi lượng, giảm chi phí chế tạo Nhiều chuyên gia tin chiến lược tốt để tận dụng tiềm to lớn ánh sáng mặt trời thông qua công nghệ hệ Công nghệ Việc phân định công nghệ PV thành hệ dựa vào: (1) vật liệu quy trình chế tạo sử dụng (2) hiệu biến đổi cực đại mà lý thuyết chúng nhận Ranh giới hệ không rõ rệt Ba hệ công nghệ cơng nghệ nằm cạnh tranh để tăng hiệu năng, giảm giá thành vật liệu chi phí chế tạo Năm 2006, cơng nghệ hệ chiếm 90% doanh số Nhìn chung, chúng có hiệu cao nhất, giá thành vật liệu chi phí chế tạo cao Giá mođun PV dựa vào vật liệu cơng nghệ hệ ước tính khoảng 3-4 USD/W Khi kể thiết bị cân hệ thống khác, chẳng hạn biến đổi điện chiều thành xoay chiều, acquy, giá thành tăng lên 6-8 USD/W Nghĩa giá điện hệ thống PV sản xuất vào khoảng 0,25-0,65 USD/kWh, lớn bậc so với giá điện sản xuất từ than đốt Những công nghệ hệ – thường gọi PV màng mỏng, chúng chế tạo từ vật liệu màng mỏng – có doanh số năm 2006 chiếm từ 7%, năm 2007 tăng lên 11%, phần giá silic tăng Mặc dù vật liệu màng mỏng thường có hiệu biến đổi thấp, giá thành vật liệu lại thấp vì: (1) giảm loại bỏ lượng silic vật liệu cần thiết khác, (2) sử dụng phương pháp chế tạo có chi phí thấp Vì vậy, cơng nghệ màng mỏng hưởng lợi từ giá thành cao silic Các công nghệ có phạm vi đa dạng hệ chủ yếu pha nghiên cứu hứa hẹn đem lại hiệu cao hơn, đồng thời chi phí thấp Những cơng nghệ tìm cách biến đổi tỷ lệ lớn phổ ánh sáng mặt trời thành điện thông qua loạt vật liệu, công nghệ phương pháp chế tạo Mặc dù giá thành công nghệ hệ cao, song chi phí lẫn hiệu chúng cải thiện nhiều vài thập kỷ qua Hiệu suất pin PV thương mại tăng từ 6% lên 15% Giá thành chúng giảm từ 20 USD/W hồi thập kỷ 70 xuống 2,7 USD/W năm 2004, trước giá silic tăng buộc giá PV phải tăng theo phịng thí nghiệm ứng dụng vũ trụ, vật liệu kỹ thuật tiên tiến đạt tới hiệu 35-45% Công nghệ hệ Trong số 90% pin PV sản xuất năm 2006 dựa vào cơng nghệ hệ 1, có 52,3% từ silic đa tinh thể, 38,3% từ silic đơn tinh thể Những vật liệu sản xuất nhờ phương pháp chế tạo tốn phát triển ngành công nghiệp bán dẫn Nhiều hãng tìm cách cải tiến phương pháp tìm kiếm phương pháp Schott Solar, nhà chế tạo pin đa tinh thể, tiếp tục đổi cách tinh chế sản phẩm Tháng 12/2007, cơng ty thơng báo phát triển cấu trúc bề mặt mới, có khả biến đổi nhiều ánh sáng chiếu vào thành điện Bởi vậy, pin giảm lượng silic cần thiết cho 1W điện Những công ty khác trọng vào cải tiến việc cung cấp silic thượng nguồn SunPower, công ty phần lớn sở hữu Cypress Semiconductor, tìm cách áp dụng đổi gần vào xí nghiệp chế tạo pin PV 25 MW Philippin Tương tự, Solaicx phát triển quy trình liên tục để cấy silic đơn tinh thể, với suất cao 5,5 lần nhà sản xuất theo lô Solaicx bắt đầu sản xuất vào tháng 11/2007, với xí nghiệp có tổng cơng suất 40 MW, sau tăng lên 160 MW vào cuối năm 2008 Các công ty khác theo đuổi cách tiếp cận tầng sôi để tạo silic AE Polysilicon Mỹ sử dụng lị phản ứng tầng sơi chu trình khép kín, thân thiện với môi trường để sản xuất silic hạt, xí nghiệp sản lượng 1800 tấn/năm, khai trương vào năm 2009 Nếu thành công, công ty tăng sản lượng lên 12.000 tấn/năm vào năm 2010 Wacker Chemie Đức phát triển xí nghiệp sản xuất polysilic (sản lượng 650 tấn/năm), sử dụng quy trình tầng sơi liên tục, khai trương năm 2008 Ngồi ra, số cơng ty lớn tích cực đổi tăng cường sản xuất hạ chi phí thơng qua học hỏi tiết kiệm nhờ quy mô Q-tells Đức có Phịng R&D 300 nhân viên tích cực theo đuổi công nghệ hệ lẫn hệ 2, tương tự 160 tổ chức khác Đức Tháng 3/2007, hãng biện pháp thông báo xây dựng xí nghiệp 300 MW/năm Tây Ban Nha Hãng lập liên doanh với Tata ấn Độ để sản xuất điện mặt trời tổng công suất 300 MW/năm vào năm 2010 Cuối cùng, số doanh nghiệp nhỏ Mỹ (chẳng hạn Blue Square ênrgy CaliSolar) trọng phát triển phương pháp để biến silic chất lượng thấp thành nguyên liệu dùng cho pin PV có khả cạnh tranh Cơng nghệ hệ Các công nghệ pin màng mỏng phổ biến chế tạo từ silic vô định hình Những hãng Sharp, United Solar Ovonic Mitsubishi sử dụng cơng nghệ Vì cơng nghệ dựa vào silic nên bị tác động tăng giá silic, sử dụng silic nhiều so với cơng nghệ hệ Theo Manufacturing and Technology News 2008, First Solar hãng PV tăng trưởng nhanh giới Sự tăng trưởng hãng tạo động lực phần hãng dựa vào vật liệu cadmium telluride (CdFe), cạnh tranh từ phía hãng khác gia tăng Ví dụ, tháng 9/2007, AVA Solar thơng báo xây dựng xí nghiệp sản lượng 200 MW cho môđun màng mỏng CdFe, dự kiến vào sản xuất vào cuối năm 2008 Những công ty nhỏ khác tiến hành nghiên cứu lĩnh vực gồm PrimeStar Solar SoloPower, Miasole, Narosolar, Heliovolt Ascent Solar phát triển mảng mỏng từ đồng indium gallicum selenide (CIGS) Hãng đặt kế hoạch có lực chế tạo 20 MW (sử dụng phương pháp kết tủa điện hóa) vào năm 2008 hy vọng nâng lên 120 MW vào cuối năm 2010 Miasole dự định bắt đầu chế tạo, sở sử dụng cách tiếp cận khuếch tán kết tủa chân không Tuy nhiên, từ tháng 12/2007, báo cáo hãng cho biết thất bại bước đầu sản xuất thương mại xí nghiệp 50 MW mình, hiệu suất thấp Cũng vào tháng 12/2007, Nanosolar chuẩn bị thương mại hóa PV màng mỏng CIGS, với hiệu suất mođun đạt 10% Cách tiếp cận hãng dựa vào kỹ thuật in mực hạt nano suất cao lên dải kim loại Hãng dự kiến bắt đầu sản xuất hết cơng suất xí nghiệp chế tạo, với sản lượng 430 MW vào năm 2008 Heliovolt sử dụng kỹ thuật in nhanh để phủ vật liệu CIGS lên kính Các PV hãng đạt hiệu suất 10-12% nhà máy chế thử khai trương vào năm 2006 Tháng 10/2008, hãng khai trương thêm xí nghiệp rộng 122.400 ft2 Austin, Texas Ascent Solar phát triển công nghệ màng mỏng CIGS với chất chất dẻo Sản phẩm đưa có trọng lượng nhẹ, mềm dẻo kết hợp với vật liệu xây dựng Gần đây, Ascent đạt thỏa thuận với Gisosa Sociedad Tây Ban Nha để kết hợp công nghệ với sản phẩm mái cao su, phân phối rộng khắp tồn châu Âu Cơng nghệ hệ Một số cách tiếp cận dùng công nghệ sau: - Pin PV nhạy cảm với chất nhuộm; - Chấm giếng lượng tử; - Pin PV hữu - Các công nghệ dựa vào kỹ thuật nano khác - Các pin PV tập trung (sử dụng vật liệu hệ) Nhiều công nghệ kết hợp nhiều cách tiếp cận lúc, cho thấy tinh xảo ngành chế tạo PV Pin PV nhạy cảm với chất nhuộm Đây công nghệ hệ bàn đến nhiều nhất, Michael Gratzen cộng phát triển năm 1991 pin gọi pin Gratzen Pin chế tạo từ hạt nano titanium dioxide phủ chất nhuộm hữu Ưu điểm pin dễ chế tạo, chi phí thấp, thời gian thu hồi vốn lượng ngắn (lượng lượng cần thiết để sản xuất pin hoàn trả năm, pin PV silic 3-4 năm) chúng in lên thủy tinh, dải kim loại chất dẻo, tạo khả sản xuất từ cuộn sang cuộn khác Chúng chế tạo dạng suốt với màu sắc khác nhau, kết hợp với vật liệu xây dựng Nhược điểm có hiệu suất thấp lần so với pin silic điều kiện tiêu chuẩn 25oC mật độ ánh sáng 1000 W/m2 Tuy nhiên, khoảng cách hiệu suất thu hẹp nhiều xét điều kiện thực tế ngồi trời Những lợi ích bổ sung bao gồm quy trình sản xuất nhanh, tương tự kỹ thuật in phun Và chúng sử dụng vật liệu tiên tiến, công nghệ chế tạo lại tương đối rẻ tiêu tốn lượng nhiều so với quy trình chế tạo PV khác Bởi vậy, tác động môi trường pin PV Gratzen thấp nhiều Một số hãng Nhật, Ôxtrâylia, Mỹ Châu Âu phát triển ứng dụng pin Gratzen Ví dụ, G24 Innovations (G24) xây dựng xí nghiệp sản lượng 30 MW/năm Cardiff, Wales, mở rộng lên 200 MW vào cuối năm 2008 Pin PV sử dụng chấm giếng lượng tử Sử dụng chấm giếng lượng tử pin PV lĩnh vực nghiên cứu tương đối Những công nghệ nâng hiệu suất biến đổi lượng hạ chi phí chế tạo xuống nhiều Quatasol – hãng PV Anh sử dụng giếng lượng tử cực nhỏ phân bố xen kẽ lớp gallium arsenide (GaAs) giúp tăng gấp đôi hiệu pin so với pin silic Phương pháp cải tiến khác nâng hiệu PV lên 30% Pin PV hữu Konarka Air Products and Chemicals liên kết đẩy nhanh tốc độ tiến PV hữu Họ nhận tài trợ từ Chính phủ Mỹ để phát triển polyme tiên tiến PV cho pin PV hữu Tháng 3/2008, Konarka thông báo thành công sử dụng kỹ thuật in phun để chế tạo pin PV Alan Heeger, nhà khoa học trưởng đồng sáng lập hãng Konarka cho biết hãng R&D polyme tự lắp ráp để chế tạo pin PV mềm kỹ thuật in, có hiệu suất biến đổi lượng 10-15% Những công nghệ sử dụng vật liệu nano khác Những vật liệu nano gồm mực tinh thể nano, dây nano anten nano Innovalight sử dụng tinh thể nano silic dạng mực silic, dùng để in Hãng dự định đưa mođun màng mỏng vào năm 2009 GE Global Research trình diễn pin PV làm từ dây nano có hiệu đạt 18% chế tạo với chi phí thấp nhiều lần so với pin PV Các nhà nghiên cứu Phịng thí nghiệm quốc gia Idaho Micro Continium phát triển phương pháp in mạng anten nano lên chất dẻo Nhờ kích thước nhỏ, anten nano hấp thụ lượng hồng ngoại, nghĩa chúng hấp thụ lượng ánh sáng mựt trời lẫn nhiệt trái đất, không pin PV khác hoạt động với ánh sáng Pin PV tập trung (CPV) Cuối cùng, loạt pin PV sử dụng ánh sáng tập trung đà phát triển Những hệ thống quy tụ ánh sáng mặt trời lên từ đến 1000 lần chiếu vào pin PV hiệu cao Một số hệ thống sử dụng hệ thống bám kiểm trục trục để thu lượng tia sáng nhiều Những nhà chế tạo CPV gồm EnFocus, SolFocus Solaria Hệ thống thiết kế SolFocus sử dụng mođun gương hình lục lăng để khuếch đại ánh sáng mặt trời lên 500 lần chiếu vào pin GaAs hiệu cao Spectrolab chế tạo Hiệu dự tính hệ thống 17%, nhiên phiên cải tiến đạt tới 26% Hãng vận hành nhà máy thử nghiệm MW Mỹ bước vào sản xuất lô lớn nhà máy 100 MW/năm đặt ấn Độ vào năm 2008 với đối tác Moser Baer Hai hãng hy vọng mở rộng công suất nhà máy lên 400 MW/năm vào năm 2010 Solaria phát triển quy trình cắt pin đơn đa tinh thể thành dải hẹp, sau nhồi vào khối chất dẻo giá rẻ, đúc kỹ thuật ép đùn Nhờ thay silic đắt tiền chất dẻo, mođun Solaria rẻ 15-30% môđun phẳng thơng thường Solaria có nhà máy thử nghiệm 2,5 MW/năm California Tháng 7/2007, hãng ký thỏa thuận với Q-cells Đức để nâng sản lượng lên 1,35 Gigawat/năm Những nhà phát triển CPV khác, với trọng vào loại pin hiệu cao gồm Amonix, Boeing (Spectrolab), Soliant (hay Practical Instruments), GreenVolt, Emcore, Prison Solar, Energy Innovations, Cool Earth Solar, MicroLink Devices Wakonda Cool Earth Solar xây dựng nhà máy sản lượng MW vào cuối năm 2008 MicroLink tìm cách sử dụng loại pin GaAs liên kết kép giá rẻ để sử dụng cho hội tụ ánh sáng 500 x Wakonda tìm cách thay chất german đơn tinh thể pin đa liên kết lắng dải kim loại giá rẻ Thị trường Ngành công nghiệp pin PV tăng trưởng 55% vào năm 2007 có tốc độ tăng trưởng trung bình năm qua 44% Hãng nghiên cứu thị trường BCC Research, ước tính giá trị thị trường hệ thống PV năm 2007 gần 13 tỷ USD, tiếp tục tăng trưởng 15% năm, đến năm 1012 đạt 32 tỷ USD Tốc độ tăng trưởng ngoạn mục tạo động lực khuyến khích trợ cấp Chính phủ để phát triển lượng tái tạo Nhật Bản ngừng ưu đãi giá cho điện mặt trời, châu Âu, đặc biệt Đức có sách thúc đẩy mạnh mẽ tạo động lực cho thị trường Năm 2007, Đức trở thành quốc gia lắp đặt GW điện mặt trời năm tháng đầu năm 2007, 10 nhà chế tạo PV thương mại lớn chủ yếu Nhật Bản Đức Hãng Suntech Trung Quốc gần trở thành nhà chế tạo PV lớn thứ ba giới Do nhu cầu gia tăng, đặc biệt châu Âu, nên Đức mua 90% sản lượng Suntech Sự tăng trưởng nhanh nhu cầu đẩy giá thành silic từ 25 USD/kg năm 2003 lên 400 USD/kg vào tháng 4/2008 Nhưng nhà máy sản xuất silic tiếp tục đời lực sản xuất silic tăng gấp đơi vào năm 2010 Điều làm cho giá thành công nghệ hệ dựa vào silic tụt xuống USD/w công nghệ hệ USD/w số công nghệ hệ Nếu vậy, công nghệ cạnh tranh giá với công nghệ sản xuất điện truyền thống (chẳng hạn nhà máy nhiệt điện dùng than đốt), chí khơng cần trợ cấp Chính phủ Một thách thức hãng sản xuất công nghệ hệ mà không dựa vào silic hãng sản xuất công nghệ hệ giá thành nâng cao hiệu để cạnh tranh với cơng nghệ dựa vào silic, chí giá silic tụt xuống III Công nghệ nhiệt mặt trời Kể từ đầu năm 60 kỷ 19, mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng nồi kín thuỷ tinh, đĩa hình parabơn mài bóng sức nóng mặt trời để tạo nước, cấp cho động nước chạy lượng mặt trời đến nay, cơng nghệ nhiệt mặt trời có bước tiến dài Giờ có hàng loạt hệ công nghệ sẵn sàng sử dụng phải kể đến máng gương parabơn, tháp lượng, hệ thống đĩa/động - số hệ khác q trình triển khai Cơng nghệ CSP hệ Công ty Ausra Inc đưa vào hoạt động trạm lượng nhiệt mặt trời Kimberlina Bakersfield (bang California, Mỹ) Đây trạm nhiệt điện mặt trời kể từ Công ty FPL Energy xây dựng hệ thống phát lượng mặt trời sa mạc Mojave vào cuối thập kỷ 1980 đầu 1990 Trạm Kimberlina công suất MW điện sử dụng công nghệ tập trung lượng mặt trời (concentrating solar power - CSP) “thế hệ mới”, theo cách gọi Ausra Inc., cơng ty nói trạm phát điện xây dựng theo mẫu trạm nhiệt điện Liddell bang New South Wales (Ôxtrâylia) Trạm bao gồm dãy gương dài cỡ 300 m Các tuyến thu lượng phát 25 MW nhiệt làm quay tuabin trạm phát điện lượng cạnh Theo cơng ty Ausra, họ giảm chi phí nhờ đơn giản hoá thiết kế sản xuất gương hàng loạt nhà máy họ Las Vegas (bang Nevada) Kimberlina bước khởi đầu nhiệt điện mặt trời bang California Hiện công ty Ausra triển khai cho công ty Pacific Gas and Electric nhà máy nhiệt điện công suất 177 MW Carrizo Plains, phía tây Bakersfield Ngồi nhà máy trên, Ban Năng lượng bang California xét duyệt đề xuất năm nhà máy nhiệt điện mặt trời cỡ lớn, bao gồm dự án SES Solar Two (750 MW) công ty Stirling Energy Systems, tháp lượng mặt trời Ivanpah (400 MW) công ty BrightSource, dự án máng thu lượng mặt trời (250 MW) công ty Beacon Solar Kern County hai dự án lượng hỗn hợp (hybrid) có sử dụng máng thu lượng mặt trời để tạo công suất tổng 112 MW Sáu dự án nói cộng lại bổ sung 1.689 MW cho lưới điện Văn phòng Quản lý Đất Liên bang nghiên cứu yêu cầu đầu tư 34 nhà máy điện mặt trời miền Nam California, với tổng công suất khoảng 24 GW Tuabin nước tháp mặt trời Theo công ty Siemens Energy, họ cung cấp động nước công nghiệp cho nhà máy điện tháp mặt trời (solar tower) vận hành thương mại đầu tiên, dự án Solar Tres (19 MW) công ty Sener, đặt gần Seville (Tây Ban Nha), khởi công cách năm Để tập trung ánh sáng mặt trời, nhà máy điện sử dụng hệ thống gương dõi theo mặt trời bố trí 10 thành hàng xung quanh tháp phản xạ ánh sáng trực tiếp vào thu đặt đỉnh tháp cao khoảng 400 foot (120 m) Các gương dõi theo mặt trời (heliostat) bố trí diện tích 0,32 km2, tức khoảng 60 lần diện tích sân bóng đá Trong dự án này, muối sử dụng để truyền nhiệt bên thu, thay dầu nhiệt (thermo oil) theo cách truyền thống Ánh sáng mặt trời tập trung tạo nhiệt độ 900oC thiết bị thu Kết muối bị nung nóng lên tới khoảng 565oC, chuyển sang trạng thái lỏng chảy qua trao đổi nhiệt, tạo đủ nước làm quay tổ máy phát điện tuabin Siemens, hãng chuyên chế tạo tuabin dùng nhà máy nhiệt điện mặt trời dùng gương parabôn, chế tạo riêng tuabin SST-600 loại hai xilanh gia nhiệt lại để đáp ứng yêu cầu công nghệ cho dự án tháp mặt trời Sener Theo công ty Siemens, việc gia nhiệt lại nâng cao hiệu suất chung nhà máy Siemens kết hợp với Sener tìm thiết kế bảo vệ để tuabin không bị nguội q mức vào ban đêm Gương parabơn khơng có thuỷ tinh Phần lớn máng gương parabôn làm thuỷ tinh uốn cong nặng Thế hãng SkyFuel Inc thành lập nhà khoa học thuộc Phịng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia tiết lộ SkyTrough lại chế tạo vật liệu riêng hãng SkyFuel mang tên ReflecTech, loại màng mỏng polyme mạ bạc có tính phản quang cao, khó vỡ, gắn vào nhơm mỏng (Ảnh 2) Màng mỏng có nhiều ưu điểm: cho phép chế tạo phân đoạn lớn hơn, số lượng yêu cầu so với thiết kế máng gương trước đây, theo hãng SkyFuel, nhờ giảm chi phí cho máng parabơn tập trung ánh sáng tới 35%; chế tạo với khối lượng lớn Khác với đối thủ cạnh tranh khác lĩnh vực lượng mặt trời Ausra BrightSource, buổi đàm phán với nhiều cơng ty có ý định xây dựng nhà máy nhiệt điện mặt trời miền Tây Nam nước Mỹ, hãng SkyFuel nói họ khơng muốn xây dựng nhà máy điện họ theo công nghệ SkyFuel nghiên cứu phương án riêng họ công nghệ Fresnel tuyến tính, sử dụng muối nóng chảy làm chất lỏng truyền nhiệt Công nghệ hỗn hợp lượng nhiệt mặt trời Tháng 10/2008, Viện nghiên cứu Điện lực Mỹ (EPRI) bắt đầu chương trình nghiên cứu hai nhà máy chu trình hỗn hợp đốt khí tự nhiên - nhà máy Griffith Energy công ty Dynegy Inc Kingman (bang Arizona) nhà máy điện Chuck Lenzie công ty NV Energy, gần Las Vegas (bang Nevada) - nhằm giúp công ty điện lực bổ sung lượng mặt trời cho nhà máy điện chạy nhiên liệu hố thạch Trong khn khổ cơng trình nghiên cứu lớn hơn, năm 2009, EPRI thực cơng trình nghiên cứu song song nhà máy nhiệt điện than 11 Các dự án 12 tháng bao gồm việc bổ sung tạo nhờ nhiệt mặt trời cho nhà máy chu trình hỗn hợp chạy nhiên liệu hoá thạch truyền thống, nhằm tiết kiệm phần than khí tự nhiên tăng sản lượng điện chung nhà máy Theo lập luận EPRI 27 bang Mỹ có sách mức chuẩn áp dụng lượng tái tạo, số bang đề tỉ lệ bắt buộc lượng mặt trời Tuy nhiên đa số ứng dụng lượng mặt trời cịn chưa đủ sức cạnh tranh chi phí so với phương án phát điện khác Theo EPRI, sử dụng lượng mặt trời để hỗ trợ than khí tự nhiên “là phương án có chi phí thấp để bổ sung lượng mặt trời cho nguồn điện phương án sử dụng cơng trình điện có Và cường độ lượng mặt trời mạnh nói chung lại rơi vào thời điểm phụ tải đỉnh mùa hè, điều khiến cho chu kỳ lượng mặt trời hỗ trợ trở thành phương án lượng tái tạo thực hấp dẫn” Hiệu kinh tế CSP cịn có nhiều trở ngại phải vượt qua Trở ngại lớn công ty điện lực giá thành cao Mặc dầu điện từ lượng mặt trời tập trung rẻ so với từ pin mặt trời, nói chung vào khoảng 15 - 20 cent/kWh, cao nhiều so với điện từ nhiên liệu hóa thạch gió (mặc dầu lượng gió “thất thường” so với nhà máy CSP có vị trí tốt, nói chung thời điểm phát cơng suất đỉnh phong điện không trùng với đỉnh phụ tải) Tuy vậy, giá CSP giảm, mức gia tăng dự kiến xây dựng nhà máy giúp việc đẩy giá tiếp tục hạ xuống Phần lớn công ty nhắm tới mức giá hợp đồng mục tiêu 15 cent/kWh Mỹ, đó, theo ông Tom Hunt thuộc Hội đồng Môi trường Cộng đồng “giá điện từ nhà máy chạy khí tự nhiên xây vào khoảng cent/kWh phụ tải nền, tăng tới mức từ 12 đến 48 cent/kWh phụ tải đỉnh, tùy thuộc vào bạn đọc báo cáo nào” Khác với nhà máy chạy nhiên liệu hóa thạch, mà theo dự báo giá tăng theo thời gian, nhà máy CSP khơng phải trả chi phí nhiên liệu, khơng có bất ngờ giá tương lai hợp đồng ký kết Ít có cơng ty nói họ giải vấn đề chi phí Cơng ty Mỹ-Australia Ausra có quyền thiết kế mà theo họ nói sản xuất điện với giá 10 cent/kWh Khơng thiết kế Ausra rẻ mà cơng ty cịn tiết kiệm tiền cách chế tạo tổ máy gần nơi lắp đặt tốt, để giảm chi phí vận chuyển Ausra xây dựng nhà máy chế tạo thiết bị CSP “lớn giới” Nevada mà có khả sản xuất thiết bị lắp đặt 700 MW công suất năm cho hệ thống để cung cấp điện cho thị trường “nóng” miền Tây Nam nước Mỹ Các công ty khác cắt giảm giá thành 12 tổ máy cách sử dụng vật liệu nhẹ hơn, chi tiết chuyển động nhiều cải tiến khác Một nhân tố cho phép CSP cạnh tranh sớm với nhiên liệu hóa thạch sân chơi bình đẳng giá than Theo viết tạp chí EnergyBiz, ơng David Crane, giám đốc điều hành NRG Energy Inc nói: “Mọi người nghĩ tới giá than tăng Điều khiến giá thành điện sản xuất từ than tăng lên đáng kể Một thách thức lớn CSP khả sản xuất lượng “24/7”, giống nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hóa thạch Các nhà máy CSP phải tích trữ 16 để phát điện ngày Ausra nói nhà máy ngun mẫu họ tích trữ lượng 20 - bước đột phá mà thực được, không giai đoạn chạy thử, đưa Ausra lên vị trí dẫn đầu Bộ thu gom lượng mặt trời Ausra sử dụng hệ thống tích trữ quyền, ý tưởng tập trung ánh sáng vào ống chứa đầy nước, trực tiếp sinh Tích trữ nhiệt hiệu tích trữ điện: có từ đến 7% lượng bị tổn thất hệ thống trữ nhiệt, so với tổn thất 15% lượng trữ ắcqui, theo đánh giá MIT Technology Review Ausra khởi công xây dựng nhà máy thương mại công suất 175 MW California vào cuối năm 2008 Tiềm châu Phi Làm để công nghệ đến với nước nghèo có mức thu nhập trung bình? Tiềm chắn có quốc gia có khí hậu nóng khô Hai số quốc gia sử dụng lượng có mức tăng trưởng cao Trung Quốc Ấn Độ, thiên nhiên ưu đãi nguồn lượng mặt trời sa mạc để cấp điện cần thiết cho phát triển kinh tế Mexico có trữ lượng khổng lồ lượng mặt trời gần thành phố lớn Mexico lẫn Mỹ Và đương nhiên,sa mạc Sahara, nguồn tài nguyên đầy tiềm Năm 2008, kỹ sư châu Âu tiết lộ kế hoạch xây dựng nhà máy CSP công suất hàng ngàn mêgaoat để đấu nối qua đường cáp cao đặt ngầm biển tới Bắc Âu - đủ để đáp ứng tới 1/6 nhu cầu điện châu Âu Theo đài BBC kỹ sư Trung tâm Hàng không vũ trụ Đức quan tiến hành nghiên cứu khả thi, coi dự án “như kịch có lợi cho tất bên để sản xuất điện, nước, đem lại thu nhập cho vùng Trung Đông Bắc Phi.” Một viết tạp chí Guardian Anh Quốc khẳng định: “Dự án Sa mạc vạch vành đai gồm hàng ngàn nhà máy xây dựng dọc theo bờ biển Bắc Phi bao quanh bờ Địa Trung Hải vùng Trung Đông Bằng cách vậy, phát tới 100 GW điện năng: hai phần ba số dành cho nhu cầu địa phương, phần lại - khoảng 30 GW - xuất sang châu Âu” Hơi nhiệt nhà máy sử dụng để khử muối nước (nói chung, cơng đoạn tiêu tốn nhiều lượng) 13 VI Dự án điện mặt trời sa mạc Sahara Với số tiền đầu tư 400 tỷ euro, tập đoàn Đức dự kiến biến sa mạc Sahara Bắc Phi thành nguồn cung cấp lượng khổng lồ không cạn cho châu Âu Dự án mang tên DESERTEC họ chứng minh cho giới thấy sản xuất điện từ lượng mặt trời với công suất vô tận hiệu kinh tế cao Dự án đầy tham vọng Đức lãnh đạo cung cấp cho châu Âu điện mặt trời thu từ vùng sa mạc Bắc Phi bắt đầu với hội nghị vào ngày 13/7 Dự án liên quan đến tập đồn gồm khoảng 20 cơng ty - bao gồm Siemens, Deutsche Bank công ty lượng RWE - chi phí đầu tư 400 tỉ euro (tức khoảng 555,3 tỉ USD), theo quan chức Torsten Jeworrek Munich Re Dự án có tên gọi "Desertec" hướng đến lượng nhiệt mặt trời công nghệ tương đối thấp - việc sử dụng gương khổng lồ đặt sa mạc để đun sôi nước làm chạy turbine nhà máy lượng địa phương Theo tính tốn dự án Desertec, 0,3% bề mặt sa mạc Sahara bao phủ panel mặt trời tồn châu Âu cung cấp điện năng; tỉ lệ lên đến 1% tồn giới hưởng lợi Một nhà máy lượng tương tự hoạt động California (Mỹ) thập niên 80 kỷ XX nhà máy xây dựng Tây Ban Nha Tham gia vào dự án có Bộ Kinh tế Đức Club of Rome, tổ chức phi phủ đặt thành phố Zurich Desertec hy vọng xây dựng cánh đồng panel mặt trời nằm rải rác khắp phần khác vùng Bắc Phi vòng 10 đến 15 năm Và chuyên gia dự án dự đoán hệ thống cung cấp sản lượng điện khoảng 100 gigawatt chuyển đến châu Âu theo dây dẫn cao áp d ùng điện chiều (DC) đáy biển Địa Trung Hải Tuy nhiên, dự án đối mặt với số nguy hiểm tổn hại bão cát gây hay bất ổn trị khu vực Nếu dự án Desertec trở thành thực tiêu chuẩn cho lượng tái sử dụng tương lai 14 Thiết kế đề xuất dự án Desertec Ý tưởng tồn nhiều năm qua khoản tiền dành cho việc xây dựng sở hạ tầng lớn khiến nhà đầu tư chùn chân Jeworrek hứa hẹn, dự án Desertec cung cấp khoảng 15% nhu cầu lượng châu Âu cho quốc gia Bắc Phi Nhưng công ty Đức khơng thể gánh vác trọng trách mình, mà Desertec địi hỏi hợp tác chặt chẽ nhiều cơng ty phủ khác Một điều kiện tiên quan trọng ổn định trị Desertec phát triển tổ chức nhà khoa học khách gọi Tập đồn Năng lượng tái sử dụng xuyên Địa Trung Hải (TREC) Năm ngoái, Tổng thống Pháp Nicolas Sarkozy tỏ quan tâm đến dự án Desertec hợp tác với quốc gia Địa Trung Hải Với dự án Desertec, châu Âu muốn xây dựng nhà máy lượng mặt trời khổng lồ để chuyển đổi nhiệt mặt trời vô tận sa mạc Sahara thành điện không CO2 Phần hấp dẫn dự án Desertec tương đối đơn giản công nghệ áp dụng Theo nhận xét xủa tờ nhật báo tài Handelsblatt, vấn đề kỹ thuật giải ổn thỏa, song rào cản trị Liên minh châu Âu cần phải tăng cường quan hệ với quốc gia Bắc Phi Dĩ nhiên trước mắt, người ta khó tin vào chuyện vài năm lượng xanh đến châu Âu từ sa mạc Sahara Mặc dù vậy, phải thừa nhận điện khai thác từ sa mạc trở thành yếu tố quan trọng kế hoạch kết hợp lượng thân thiện với mơi trường Cịn tờ Financial Times Deutschland cho rằng, dự án Desertec gửi tín hiệu mạnh mẽ đầu tư phát triển lượng tái sử dụng có ý nghĩa mặt sinh thái lẫn kinh tế Với “siêu dự án” DESERTEC, vòng 10 năm, loạt nhà máy phát điện sử dụng lượng mặt trời mọc lên Bắc Phi Trong vòng 10-15 năm sau bước vào hoạt động, nhà máy DESERTEC thu lợi nhuận với giá điện “có tính cạnh tranh cao Giá điện DESERTEC bán ổn định mức 0,06 euro/kWh (Giá điện rẻ châu Âu dao động từ 0,025 đến 0,05 euro/kWh, theo giới chun gia vịng 30 năm nữa, mức giá tăng cao nhiều) Phương án cơng suất nhỏ Khơng có đáng ngạc nhiên quốc gia nhỏ bé với nhu cầu lượng thấp Botswana cảm thấy dự trước khoản chi lớn phải bỏ để xây dựng nhà máy CSP quy mô lớn mở rộng lưới điện Nhưng có phương án khác thích hợp cho vùng mà việc mở rộng lưới điện không khả thi Trạm CSP nhỏ phiên thu nhỏ nhà máy đàn anh, dễ dàng lắp đặt vận chuyển đến từ xa cách hiệu chi phí 15 Ít có cơng ty mang tên Sopogy có sở Hawaii, triển khai tổ máy đặt mái nhà phát điện cung cấp cho tòa nhà đơn lẻ tổ hợp công nghiệp Khác với linh kiện CSP chuẩn, tổ máy Sopogy triển khai cho vùng khí hậu ẩm hơn, cơng ty bắt đầu tiếp thị khắp nơi thị trường giới cho hộ sử dụng công nghiệp lớn tổ hợp dân cư/khách sạn Công suất hệ thống nằm phạm vi từ 500 kW đến 10 MW Ơng Al Yuen cơng ty Sopogy nói: “Tơi tin trạm CSP nhỏ có tiềm lớn tạo khác biệt nước phát triển Điều đặc biệt áp dụng cho công nghệ xử lý nhiệt, hiệu suất đạt tới 60 - 70%, giải pháp lượng mặt trời với chi phí thấp nhất.” Rõ ràng CSP phương án thực với tiềm khổng lồ - giống dạng lượng tái tạo khác, phần giải pháp 16 ... điện mặt trời kể từ Công ty FPL Energy xây dựng hệ thống phát lượng mặt trời sa mạc Mojave vào cuối thập kỷ 1980 đầu 1990 Trạm Kimberlina công suất MW điện sử dụng công nghệ tập trung lượng mặt trời. .. dinh dưỡng y tế Điện mặt trời Cơng ty Tư vấn tài Mỹ, Nerrill Lynch, coi công nghệ đầu số công nghệ làm nên Cách mạng công nghệ lần thứ sáu, bên cạnh công nghệ khác phong điện, lượng sinh học Do... điện sản xuất từ pin mặt trời tương đối cao Hơn nữa, ngành sản xuất điện phải quan tâm đến vấn đề môi trường II Công nghệ thị trường pin mặt trời Các hệ thống lượng mặt trời gồm loại chính: (1) Các