Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu là bản tóm tắt
Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Hữu Hải KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Hữu Hải KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng Mã số : 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS HOÀNG XUÂN CƠ XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hƣớng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học GS.TS Hoàng Xuân Cơ PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội – 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 LỜI CẢM ƠN Qua luận văn này, xin chân thành bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới GS.TS Hoàng Xuân Cơ, thầy quan tâm, tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ suốt trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cám ơn TS Tạ Văn Đa, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ truyền đạt kiến thức quý báu suốt trình học tập trường Luận văn hoàn thành phần nhờ đồng thuận cung cấp tài liệu từ đề tài cấp ĐHQG Hà Nội: “Khảo sát, đánh giá tiềm năng lượng gió mặt trời vùng bờ Việt Nam”, mã số QG.15.18, chủ nhiệm đề tài GS.TS Hoàng Xuân Cơ Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, quan, bạn bè ủng hộ suốt trình nghiên cứu thực luận văn Xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày …… tháng… năm 2016 Tác giả Lê Hữu Hải Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sơ lƣợc khu vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan vùng Bắc Trung Bộ 1.1.2 Tổng quan vùng Trung Trung Bộ 1.1.3 Tổng quan vùng Nam Trung Bộ 1.2 Tổng quan lƣợng mặt trời 1.2.1 Khái niệm chung 1.2.2 Sơ lƣợc nghiên cứu ứng dụng lƣợng mặt trời giới 1.2.3 Sơ lƣợc nghiên cứu ứng dụng lƣợng mặt trời Việt Nam 10 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 16 2.1.1 Mạng lƣới trạm quan trắc khí tƣợng 16 2.1.2 Thời gian nắng 17 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập, chiết xuất, thống kê, tổng hợp số liệu 17 2.2.2 Phƣơng pháp đánh giá tiềm 17 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18 3.1 Tiềm năng lƣợng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ 18 3.1.1 Khu vực Bắc Trung Bộ 18 3.1.2 Khu vực Trung Trung Bộ 21 3.1.3 Khu vực Nam Trung Bộ 25 3.1.4 Số nắng năm khu vực 28 3.1.5 Số ngày có nắng 30 3.1.6 Chênh lệch số nắng trạm 32 3.1.7 Chênh lệch số nắng tháng năm 33 Footer Page of 126 Header Page of 126 3.2 Hiện trạng sử dụng lƣợng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ 34 3.2.1 Giàn đun nƣớc nóng lƣợng mặt trời 34 3.2.2 Thiết bị sấy lƣợng mặt trời 35 3.2.3 Hệ thống chƣng cất nƣớc lƣợng mặt trời 36 3.2.4 Hệ thống pin mặt trời 37 3.2.5 Một số ứng dụng khác 39 3.3 Khả sử dụng lƣợng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ 42 3.3.1 Nhu cầu sử dụng lƣợng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ 42 3.3.2 Khái lƣợc điều kiện tự nhiên miền Trung liên quan đến lƣợng mặt trời 43 3.3.3 Điều kiện tài chế sách miền Trung liên quan đến khai thác lƣợng mặt trời 44 3.3.4 Đánh giá khả sử dụng lƣợng Mặt trời vùng ven biển Trung Bộ 46 3.3.5 Một số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng lƣợng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ 48 KẾT LUẬN 50 KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các số liệu công suất pin mặt trời lắp đặt [18] Bảng 1.2 Lộ trình phát triến nƣớc nóng mặt trời [13] 12 Bảng 3.1 Phân chia mức nắng năm 28 Bảng 3.2 Điểm đánh giá số nắng 28 Bảng 3.3 Điểm đánh giá số ngày có nắng 30 Bảng 3.4 Độ chênh năm 2009 32 Bảng 3.5 Độ chênh năm 2010 32 Bảng 3.6 Đánh giá độ chênh số nắng trạm 33 Bảng 3.7 Độ chênh năm 2009 33 Bảng 3.8 Độ chênh năm 2010 33 Bảng 3.9 Đánh giá độ chênh số nắng tháng 34 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nƣớc nóng NLMT 10 nƣớc dẫn đầu giới [10] Hình 1.2 Hệ thống cung cấp nƣớc nóng lƣợng mặt trời theo kiểu đối lƣu tự nhiên 11 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2009 khu vực Bắc Trung Bộ 18 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 khu vực Bắc Trung Bộ 18 Hình 3.3 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2009 trạm Hà Tĩnh 19 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 trạm Hƣơng Khê 20 Hình 3.5 Biểu đồ phân bố số nắng trạm năm 2009 khu vực Bắc Trung Bộ 20 Hình 3.6 Biểu đồ phân bố số nắng trạm năm 2010 khu vực Bắc Trung Bộ 21 Hình 3.7 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2009 khu vực Trung Trung Bộ 22 Hình 3.8 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 khu vực Trung Trung Bộ 22 Hình 3.9 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2009 trạm Lý Sơn 23 Hình 3.10 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 trạm Tuyên Hóa 23 Hình 3.11 Biểu đồ phân bố số nắng trạm năm 2009 khu vực Trung Trung Bộ 24 Hình 3.12 Biểu đồ phân bố số nắng trạm năm 2010 khu vực Trung Trung Bộ 24 Hình 3.13 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2009 khu vực Nam Trung Bộ 25 Hình 3.14 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 khu vực Nam Trung Bộ 25 Hình 3.15 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 trạm Phan Thiết 26 Hình 3.16 Biểu đồ phân bố số nắng tháng năm 2010 trạm Hoài Nhơn 26 Hình 3.17 Biểu đồ phân bố số nắng trạm năm 2009 khu vực Nam Trung Bộ 27 Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 3.18 Biểu đồ phân bố số nắng trạm năm 2010 khu vực Nam Trung Bộ 27 Hình 3.19 Bản đồ số nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] 29 Hình 3.20 Bản đồ số ngày nắng trung bình năm 2009 – 2010 [6] 31 Hình 3.21 Giàn đun nƣớc nóng lƣợng mặt trời 35 Hình 3.22 Thiết bị sấy lƣợng mặt trời 36 Hình 3.23 Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời Quảng Ngãi 37 Hình 3.24 Lễ khởi công dự án nhà máy điện mặt trời Quảng Bình 38 Hình 3.25 Các giàn pin mặt trời hộ gia đình 39 Hình 3.26 Bếp lƣợng mặt trời hình hộp hình parabol 40 Hình 3.27 Xích lô chạy lƣợng Mặt trời 40 Hình 3.28 Hệ thống sản xuất mắm lƣợng mặt trời 41 Footer Page of 126 Header Page of 126 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BXMT : Bức xạ mặt trời NL : Năng lƣợng NLMT : Năng lƣợng mặt trời NLTT : Năng lƣợng tái tạo PMT : Pin mặt trời TCTK : Tổng cục thống kê Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 MỞ ĐẦU Mặt trời nguồn lƣợng khổng lồ Hoạt động mặt trời thƣờng xuyên tạo dòng xạ có lƣợng lớn truyền vào không gian vũ trụ Song, phần xạ mặt trời truyền vào trái đất phần nhỏ Mặc dù vậy, nguồn lƣợng mặt trời (NLMT) đến với Trái đất đủ nuôi sống toàn đất Ngoài việc lƣợng mặt trời tự tạo hoạt động sống bình thƣờng cho loài sinh vật, có ngƣời từ xa xƣa, loài ngƣời biết tận dụng nguồn lƣợng quý giá nhiều hoạt động thực tiễn để nhằm cải tạo thiên nhiên, chinh phục vũ trụ, cải thiện nâng cao chất lƣợng sống Tuy dòng xạ mặt trời đến trái đất nhỏ so với tổng thể khổng lồ nó, nhƣng so với chúng ta, lại nguồn lƣợng vô tận Bức xạ mặt trời, trƣớc hết xạ trực tiếp, đến trái đất lại tạo nhiều dạng xạ thứ cấp khác nhƣ phản xạ, tán xạ (bức xạ khuếch tán), xạ mặt đất, xạ khí quyển,…Nếu khai thác có hiệu dạng xạ này, mang đến cho nguồn lƣợng dồi Các nhà khoa học giới nghiên cứu cho thấy rằng, nguồn lƣợng xạ tạo nên ảnh hƣởng độc hại đến môi trƣờng xung quanh Từ lâu, nhiều nơi giới sử dụng lƣợng mặt trời nhƣ giải pháp thay nguồn tài nguyên truyền thống Tại Đan Mạch, năm 2000, 30% hộ dân sử dụng thu lƣợng mặt trời, có tác dụng làm nóng nƣớc Ở Brazil, vùng xa xôi hiểm trở nhƣ Amazon, điện lƣợng mặt trời chiếm vị trí hàng đầu Ngay Đông Nam Á, điện mặt trời Philipines đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân Việt Nam nằm khu vực cận nhiệt đới, trải dài từ vĩ độ 23 o23’ Bắc đến 8o27’ Bắc, có số nắng dồi Trung bình nƣớc từ 1700 đến 1900 nắng, có nơi đạt tới 2500 giờ/năm – nguồn Tổng cục Thống kê (TCTK) Việc khai thác sử dụng lƣợng mặt trời phục vụ cho hoạt động đời sống ngƣời đƣợc tiến hành số địa phƣơng dƣới dạng khác nhƣ: bình nƣớc nóng thái dƣơng năng, bếp đun nấu cho gia đình, thu điện mặt trời quy mô nhỏ (cấp cho đèn chiếu sáng cho vật dụng sinh hoạt gia đình cho cụm dân cƣ,…) Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sơ lƣợc khu vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan vùng Bắc Trung Bộ Khu vực Bắc Trung Bộ gồm tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh Phía Đông giáp biển đồng tƣơng đối rộng châu thổ sông Mã, sông Chu sông Cả Địa hình nâng cao phía Tây từ 100 đến 200m vùng đồi chuyển tiếp tới vùng núi giáp biên giới Việt – Lào, mà từ phía Nam sông Cả bắt đầu dãy Trƣờng Sơn Vùng núi phía Tây có đỉnh vƣợt 1000-1500m, địa hình phức tạp bị chia cắt sâu thung lũng sông bắt nguồn từ bên Lào có chỗ hạ thấp độ cao thành đèo cắt ngang Trƣờng Sơn (đèo Noọng Dẻ, đèo Keo Nƣa) Đặc biệt phía Nam có dãy Hoành Sơn dãy núi ngang từ Trƣờng Sơn tiến biển Khu vực Bắc Trung Bộ có 20 trạm Khí tƣợng thuộc đài Khí tƣợng Thủy văn Khu vực Bắc Trung Bộ có kinh độ từ 104o26 (Tƣơng Dƣơng) đến 106o17 (Kỳ Anh), vĩ độ từ 18o05 (Kỳ Anh) đến 20o22 (Hồi Xuân) Đặc điểm quan trọng khu vực Bắc Trung Bộ xuất thời kỳ khô nóng gió Tây (gió Lào) vào đầu mùa Hạ, liên quan với hiệu ứng phơn (foehn) ảnh hƣởng áp thấp nóng phía tây mang lại Đặc biệt đồng Nghệ An – Hà Tĩnh thung lũng sông Cả, thời tiết gió Tây phát triển mạnh (hàng năm có tời 20-30 ngày gió Tây nữa) Khu vực Bắc Trung Bộ có phân hóa khí hậu mạnh theo chiều từ Bắc xuống Nam Khí hậu khu vực Thanh Hóa có tính chất chuyển tiếp với khí hậu đồng Bắc Bộ: mùa Đông lạnh hơn, gió Tây khô nóng Khí hậu khu vực Nghệ An đặc trƣng hoạt động mạnh gió Tây khô nóng, đem lại thời kỳ khô nóng gay gắt đầu mùa Hạ tình trạng mƣa nói chung Khu vực Hà Tĩnh có khí hậu khô ẩm đặc biệt phong phú liên quan với tác dụng chắn gió dãy Hoành Sơn Lƣợng mƣa lớn gấp lần lƣợng mƣa Nghệ An khu vực trở thành trung tâm mƣa lớn nƣớc ta với lƣợng mƣa năm đạt tới 2500-3000mm Ảnh hƣởng khắc nghiệt khô nóng khí hậu cộng thêm phải gánh chịu hầu hết bão từ biển Đông đổ vào Việt Nam khiến khu vực Bắc Trung Bộ có Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 kinh tế khó khăn, nông nghiệp phát triển chịu ảnh hƣởng lớn từ thiên tai Để phát huy tiềm năng lƣợng mặt trời khu vực cần hỗ trợ sách lớn Chính phủ 1.1.2 Tổng quan vùng Trung Trung Bộ Khu vực Trung Trung Bộ dải hẹp uốn theo hình vòng cung dọc theo đƣờng bờ biển gồm tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Đà Nẵng Khu vực Trung Trung Bộ có địa hình phức tạp bao gồm vùng núi nằm gọn bên sƣờn đông dốc đứng dãy Trƣờng Sơn với nhiều nhánh núi ngang nhô sát biển (dãy Bạch Mã, dãy Vọng Phu ) chia cắt dải đồng ven biển thành nhiều cánh đồng nhỏ nối tiếp từ Bắc xuống Nam Trên dải ven biển lên quang cảnh giống nhau: sát bờ biển cồn cát trắng xóa, xen có đầm phá bồi đắp dở, phần cánh đồng phù sa Khu vực Trung Trung Bộ có 15 trạm Khí tƣợng thuộc Đài Khí tƣợng Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ có kinh độ từ 106001 (Tuyên Hóa) đến 109009 (Lý Sơn), vĩ độ từ 14046 (Ba Tơ) đến 17053 (Tuyên Hóa) Khu vực Trung Trung Bộ dải hẹp uốn theo hình vòng cung phù hợp với đƣờng bờ biển, bao gồm vùng núi nằm gọn bên sƣờn đông dốc đứng dãy Trƣờng Sơn với dải đồng ven biển Địa hình phức tạp với nhiều nhánh núi ngang nhô sát biển (dãy Bạch Mã, dãy Vọng Phu ) chia cắt dải đồng thành nhiều cánh đồng nhỏ nối tiếp từ Bắc xuống Nam Trên dải ven biển lên quang cảnh giống nhau: sát bờ biển cồn cát trắng xóa, xen có đầm phá bồi đắp dở, phần cánh đồng phù sa Khí hậu vùng Trung Trung Bộ lại độc đáo nét dị thƣờng với khí hậu gió mùa phân hóa mùa mƣa ẩm, mùa mƣa ẩm mùa hạ kéo dài đến mùa đông Sự sai lệch diễn biến gió mùa đƣợc nhắc đến nhƣ trƣờng hợp dị thƣờng khí hậu gió mùa (kiểu khí hậu Huế) Trong mùa gió mùa mùa hạ, luồng gió ấm từ phía Tây thổi tới bị dãy Trƣờng Sơn ngăn cản Sau để lại lƣợng ấm đáng kể dƣới dạng mƣa bên sƣờn Tây, vƣợt qua núi dƣới tác dụng Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 phơn (“foehn”), đem lại cho sƣờn Đông vùng đồng ven biển Trung Trung Bộ kiểu thời tiết khô nóng đặc trƣng (thời tiết gió Tây) Mặc dù chịu phân hóa địa hình nhƣ khí hậu, nhƣng thiên nhiên ban tặng cho vùng đất Trung Trung Bộ nhiều tài nguyên khoáng sản nhƣ vùng đất với phong cảnh đẹp Trung Trung Bộ vùng có kinh tế phát triển, nhiên ứng dụng công nghệ lƣợng mặt trời chƣa đƣợc sử dụng nhiều khu vực 1.1.3 Tổng quan vùng Nam Trung Bộ Khu vực Nam Trung Bộ gồm tỉnh Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận Nam Trung Bộ có núi tiến gần biển nên đồng bị thu hẹp Đằng sau cồn cát trắng xóa chạy dài hàng chục kilomet cánh đồng phù sa có nhiều sông nhỏ chạy qua Vùng cửa sông thƣờng bị cát chắn, nƣớc ứ lại tạo bãi lầy sú vẹt nƣớc mặn mọc Phần sát núi dãy đồi hoa cƣơng Phía Tây vùng khối núi Nam Trung Bộ đồ sộ cao vƣợt 1500 – 2000m nằm án ngữ, với nhánh núi ngang tiến sát biển ôm lấy cánh đồng Khánh Hòa cánh đồng Phan Rang Các trạm khí tƣợng thuộc đài khí tƣợng thủy văn khu vực Nam Trung Bộ có kinh độ từ 107046 (La Gi) đến 114020 (Song Tử Tây), vĩ độ từ 8039 (Trƣờng Sa) đến 14031 (Hoài Nhơn) Đặc điểm quan trọng độc đáo khí hậu Nam Trung Bộ tình trạng khô hạn kéo dài, liên quan với vị trí che khuất vùng vòng cung núi bao bọc khắp phía Bắc, Tây, Nam với luồng gió hai mùa Lƣợng mƣa năm vào khoảng 1300 – 1400mm vùng Bắc (Khánh Hòa), giảm xuống dƣới 1000mm phía Nam (Ninh Thuận) với trung tâm khô hạn toàn quốc Phan Rang với lƣợng mƣa trung bình năm không tới 700mm Độ ẩm thấp, mƣa nắng nhiều, nhiều toàn quốc với số nắng năm lên tới 2500 Do khí hậu khô hạn, số nắng cao nên Nam Trung Bộ phù hợp cho việc ứng dụng thiết bị lƣợng mặt trời Ninh Thuận, Bình Thuận Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 vùng đƣợc đầu tƣ nghiên cứu loại hình lƣợng khác nhƣ lƣợng gió (phong điện), lƣợng hạt nhân 1.2 Tổng quan lƣợng mặt trời 1.2.1 Khái niệm chung Mặt trời cầu lửa khổng lồ với đƣờng kính trung bình khoảng 1,36 triệu km cách Trái đất khoảng 150 triệu km Theo số liệu có, nhiệt độ bề mặt mặt trời vào khoảng 6000 0K, nhiệt độ vùng trung tâm mặt trời lớn, vào khoảng 8x106 0K đến 40x106 0K Mặt trời đƣợc xem lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động liên tục Do luôn xạ lƣợng vào vũ trụ nên khối lƣợng mặt trời giảm dần Điều dẫn đến kết đến ngày mặt trời không tồn Tuy nhiên, khối lƣợng mặt trời vô lớn, vào khoảng 1,991x1030kg, nên thời gian để mặt trời tồn đƣợc tính hàng tỷ năm Bên cạnh biến đổi nhiệt độ đáng kể theo bán kính, điểm đặc biệt khác mặt trời phân bố khối lƣợng không đồng Ví dụ, khối lƣợng riêng vị trí gần tâm mặt trời vào khoảng 100g/cm3, khối lƣợng riêng trung bình mặt trời vào khoảng 1,41g/cm3 Các kết nghiên cứu cho thấy, khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất không hoàn toàn ổn định mà dao động khoảng ±1,7% xoay quanh giá trị trung bình trình bày Trong kỹ thuật lƣợng mặt trời, ngƣời ta ý đến khái niệm số mặt trời (Solar Constant) Về mặt định nghĩa, số mặt trời đƣợc hiểu lƣợng xạ mặt trời nhận đƣợc bề mặt có diện tích 1m đặt bên bầu khí thẳng góc với tia tới Tại khoảng cách trung bình từ trái đất đến mặt trời (1.5x1011 m), số mặt trời S0 = 1367 W/m2 Mặt trời phát dòng lƣợng gần nhƣ không đổi đƣợc gọi độ chói mặt trời, có giá trị: L0 = 3.9x1026 W [11] Trong tự nhiên, xạ mặt trời dòng vật chất lƣợng trình phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ nhƣ chiếu sáng sƣởi ấm cho hành tinh hệ mặt trời Ngày nay, ngƣời biến đổi lƣợng xạ mặt trời nhiều dạng lƣợng khác để sử dụng: Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 - Biến đổi nhiệt nhờ kỹ thuật làm nóng làm lạnh - Biến đổi nhiệt từ nhiệt thành trình nhiệt động lực từ thành điện - Biến đổi trực tiếp điện nhờ pin quang điện - Biến đổi nhiệt từ nhiệt hóa nhờ phản ứng nhiệt hóa - Tạo sinh khối trình quang hợp từ sinh khối thu đƣợc hóa nhờ trình lên men nhiệt phân Ngoài ra, ngƣời ta dự đoán tƣơng lai biến đổi trực tiếp lƣợng mặt trời hóa nhờ phản ứng quang hóa Tuy nhiên, lƣợng mặt trời khai thác chủ yếu dƣới dạng nhiệt quang Các phƣơng tiện kỹ thuật đƣợc sử dụng để biến đổi lƣợng mặt trời dạng lƣợng khác bao gồm nhiều thứ khác nhau, từ dàn đun nƣớc đơn giản đến lò mặt trời, nhà máy điện mặt trời Nói chung hệ thống thiết bị mặt trời có loại khác tính sử dụng lƣợng mặt trời: - Loại không tập trung lƣợng mặt trời, loại hoạt động tác dụng tổng xạ, tức sử dụng đƣợc trực xạ lẫn tán xạ mặt trời - Loại hội tụ lƣợng mặt trời, loại hầu nhƣ sử dụng đƣợc trực xạ mặt trời Hiệu hoạt động hệ thống thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào cƣờng độ tổng xạ trực xạ, phân phối tần suất tổng xạ trực xạ, phân phối phổ trực xạ tán xạ, chịu ảnh hƣởng số yếu tố khí tƣợng khác nhƣ nhiệt độ, gió, độ ẩm v v… Trong phạm vi luận văn cao học này, tác giả sử dụng thông số số nắng thông số đặc trƣng để đánh giá tiềm năng lƣợng mặt trời 1.2.2 Sơ lược nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời giới Các số liệu từ REN 21: Renewables Global Status Report 2014, cho thấy: đến cuối năm 2013, tổng công suất lắp đặt hệ thống nƣớc nóng mặt trời toàn giới vào khoảng 326GWth, phần lớn đƣợc lắp đặt Trung Quốc nƣớc thuộc khối EU Nếu tính theo công suất lắp đặt thiết bị nƣớc nóng mặt Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 trời đầu ngƣời (theo đơn vị kWth/1000 dân) đến năm 2013, có nƣớc dẫn đầu giới là: (1) Đảo Sip, 548; (2) Áo, 420; (3) Israel, 385; (4) Barbados, 320; (5) Hy Lạp, 268 Chú ý rằng, nƣớc nƣớc phát triển giàu Điều cho thấy, công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp phát triển có hiệu nhiều nƣớc, có Việt Nam.[10] Hình 1.1 Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nƣớc nóng NLMT 10 nƣớc dẫn đầu giới [10] Theo Renewables 2014, Global Status Report, công suất lắp đặt pin mặt trời toàn giới đến năm 2013 139 GW Năm 2013, Đức lắp thêm 3,3 GW, đƣa tổng công suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,9 GW, chiếm khoảng 72% tổng công suất PMT lắp thêm năm 2013 toàn giới, trở thành nƣớc có vị trí thứ 2, với tổng công suất khoảng 19 GW; Vị trí thứ Ý, với tổng công suất đến 2013 khoảng 17,5 GW; Mỹ đứng vị trí thứ sau Nhật Bản, có tổng công suất 12,5 GW, năm 2013 lắp thêm 4,8 MW; Nhật Bản lắp thêm 6,9 GW, tăng 50% so với công suất xây dựng trƣớc đó, đƣa tổng công suất lên khoảng 14 GW.[18] Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 Bảng 1.1 Các số liệu công suất pin mặt trời lắp đặt [18] Nƣớc Công suất pin mặt trời lắp đặt, GW Đức Nhật 36 14 Mỹ Ý Trung Quốc 12,5 17,5 19 Nguồn: Renewables 2014, Global Status Report Các hình 1.1 bảng 1.1 cho thấy, nƣớc thi đua khai thác nguồn lƣợng vô tận từ mặt trời để đáp ứng nhu cầu thiết yếu ngƣời Trong đó, nói tốc độ khai thác sử dụng lƣợng mặt trời Trung Quốc ấn tƣợng Các nƣớc khu vực có cạnh tranh liệt lĩnh vực Ngoài ra, chạy đua tìm kiếm nguồn lƣợng nhằm thay cho nguồn lƣợng dần cạn kiệt trái đất, giới khoa học tìm cách tận dụng nguồn lƣợng vô tận từ vũ trụ, mà đặc biệt lƣợng mặt trời Nguồn lƣợng giúp nhà khoa học ứng dụng vận hành thành công nhiều phát minh khoa học độc đáo, đồng thời mở hội khai thác lƣợng cho toàn nhân loại: - Máy bay sử dụng lƣợng mặt trời từ lâu đƣợc số quốc gia nhƣ Anh, Mỹ, Nhật Bản tìm cách phát triển thu đƣợc thành công lớn Chiếc máy bay chạy lƣợng mặt trời đại Mỹ loại máy bay với sải cánh dài 70 m, trọng lƣợng khoảng 1,6 thực thành công nhiều chuyến bay không cần đến nhiên liệu khác - Thành công ứng dụng lƣợng mặt trời vào việc cung cấp lƣợng cho điện thoại di động thuộc nhà cung cấp điện thoại di động Samsung, sau hãng cho đời loại điện thoại di động thân thiện với môi trƣờng đƣợc chế tạo từ nhựa tái chế, đặc biệt gọi, nghe liên tục mà không cần sạc pin Thay vào đó, ngƣời sử dụng việc để mặt sau điện thoại tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, tự nạp lƣợng thông qua pin Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 lƣợng mặt trời Chiếc điện thoại Samsung đƣợc đánh giá điểm nhấn khoa học công nghệ kỷ XXI - Ý tƣởng trạm xe buýt chiếu sáng tự động bắt đầu đƣợc đƣa thực Florence - Italia Vào ban đêm, trạm xe buýt trở thành công trình chiếu sáng công cộng thu hút sang trọng Ngoài ra, trạm xe buýt, cài đặt thêm hệ thống cho phép ngƣời đợi xe kết nối wifi sử dụng điện thoại truy cập Internet miễn phí lúc chờ đợi - Ô tô chạy lƣợng mặt trời sản phẩm nhà sản xuất ôtô Thụy Sĩ đƣợc trƣng bày triển lãm xe ôtô Geneva Chiếc ôtô đƣợc phủ lớp film quang điện mỏng cho phép hấp thụ lƣợng từ mặt trời giúp vận hành liên tục 20 phút Tuy tích trữ cung cấp lƣợng thời gian ngắn, song loại xe đƣợc đánh giá thân thiện với môi trƣờng đƣợc nhà khoa học nhiều quốc gia giới nghiên cứu phát triển [3,5] 1.2.3 Sơ lược nghiên cứu ứng dụng lượng mặt trời Việt Nam Mặc dù đƣợc đánh giá có tiềm đáng kể lƣợng mặt trời, nhƣng nhiều nguyên nhân khác nhau, tỉ trọng lƣợng mặt trời cán cân lƣợng sử dụng chung toàn đất nƣớc bé Tuy vậy, thấy rõ lƣợng mặt trời đƣợc nghiên cứu đƣa vào sử dụng từ lâu Việt Nam Bên cạnh phƣơng thức khai thác truyền thống, đơn giản, mang tính dân gian nhƣ phơi lúa sấy khô loại thủy hải sản, hoạt động nghiên cứu sử dụng lƣợng mặt trời Việt Nam thƣờng tập trung vào lĩnh vực nhƣ cung cấp nƣớc nóng dùng sinh hoạt phát điện qui mô nhỏ Các hoạt động khác nhƣ sấy, nấu ăn, chƣng cất nƣớc, làm lạnh,…có đƣợc ý đến nhƣng qui mô lẻ tẻ, chƣa đáng kể 1.2.3.1 Cung cấp nước nóng lượng mặt trời Đây lĩnh vực có phát triển đáng kể năm gần đây, tỉnh phía Nam Về nguyên tắc, có hai loại phƣơng án sử dụng lƣợng mặt trời để cung cấp nƣớc nóng dùng sinh hoạt gia đình (dùng để tắm rửa chén bát): 10 Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 - Phương án 1: kết hợp với điện, có bơm nƣớc để thực trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lƣu cƣỡng - Phương án 2: sử dụng lƣợng mặt trời, trình trao đổi nhiệt theo kiểu đối lƣu tự nhiên [14] Hiện thị trƣờng có hai loại phƣơng án nêu Tuy nhiên, hệ thống cung cấp nƣớc nóng lƣợng mặt trời thuộc phƣơng án thƣờng đắt nhiều lần so với phƣơng án 2, thực tế thƣờng gặp hệ thống cung cấp nƣớc nóng lƣợng mặt trời theo phƣơng án nhiều phƣơng án Nƣớc nóng đến nơi sử dụng Cấp nƣớc lạnh 1- Collector mặt trời 3- Bình chứa nước nóng 2- Ống nước nóng tuần hoàn 4- Ống nước lạnh tuần hoàn Hình 1.2 Hệ thống cung cấp nƣớc nóng lƣợng mặt trời theo kiểu đối lƣu tự nhiên Thực tế cho thấy, tỉnh phía Nam, gần nhƣ sử dụng nƣớc nóng mặt trời suốt năm Tùy vào đặc điểm hệ thống cụ thể tùy vào tình hình thời tiết cụ thể, mà nhiệt độ trung bình nƣớc vào cuối buổi chiều biến đổi khoảng từ 45oC khoảng gần 70oC 11 Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 Với hệ thống thuộc phƣơng án 1, có sử dụng điện trở chắn nhiệt độ nƣớc ổn định, kiểm soát đƣợc, có nghĩa không phụ thuộc vào thời tiết Trong hệ thống điện trở có thêm rơ le kiểm soát nhiệt độ bơm nƣớc Do chƣa có số liệu thống kê đáng tin cậy thật khó xác định số lƣợng hệ thống nƣớc nóng mặt trời đƣợc lắp đặt phạm vi nƣớc Tuy nhiên, điều rõ ràng nƣớc nóng mặt trời ngày đƣợc nhiều ngƣời quan tâm Nhƣ trình bày trên, điều kiện Việt Nam, tính khả thi việc ứng dụng nƣớc nóng mặt trời cao, đặc biệt tỉnh phía nam Bảng 1.3 dƣới trình bày lộ trình phát triển nƣớc nóng mặt trời năm tới Các số liệu bảng tƣơng ứng với lƣợng nƣớc nóng mặt trời dự kiến khai thác đƣợc qui đổi sang đơn vị TOE (tấn dầu tƣơng đƣơng), lộ trình ứng với tiêu mức cao Bảng 1.2 Lộ trình phát triến nƣớc nóng mặt trời [13] Năm 2010 2015 2020 2025 TOE 8600 21500 43000 107500 Ghi chú: TOE (The tonne of oil equivalent) đơn vị sử dụng để đo lượng, lượng nhiệt sinh đốt dầu thô, có giá trị xấp xỉ khoảng 42GJ 1.2.3.2 Cung cấp điện lượng mặt trời Tính đến năm 2010, tổng công suất điện mặt trời đƣợc lắp đặt phạm vi toàn quốc vào khoảng 4MWp [5] Trong tất trƣờng hợp, theo ngôn ngữ thông dụng, thiết bị dùng để biến đổi trực tiếp xạ mặt trời thành điện pin mặt trời Đây hệ thống nhỏ lẻ, không nối lƣới, thƣờng đƣợc sử dụng trực tiếp dạng điện chiều để thắp sáng, số trƣờng hợp đƣợc biến thành điện xoay chiều để sử dụng cho nhu cầu khác Trong vài năm trở lại đây, theo xu chung, có số cố gắng nghiên cứu nối lƣới điện mặt trời Tuy nhiên, hoạt động dừng mức thử nghiệm, chƣa ứng dụng đƣợc đời sống xã hội 12 Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 Về mặt nguyên lý, pin mặt trời đƣợc tạo nên từ chất bán dẫn Dƣới tác động tia xạ mặt trời, điện tử đƣợc tách khỏi nguyên tử, chuyển động điện tử đƣợc đấu nối qua vật dẫn điện tạo nên dòng điện Quá trình biến đổi từ tia sáng mặt trời (Photons) thành điện (Voltage) đƣợc gọi hiệu ứng quang điện (Photovoltaic Effect) Cho đến nay, mặt thị trƣờng, vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng công nghiệp chế tạo pin mặt trời Silic tinh thể Silic vô định hình Trong năm gần đây, số nhà nghiên cứu có xu hƣớng chuyển sang chế tạo pin mặt trời sở nano-TiO2 tẩm chất nhạy quang (Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell) Tùy theo cấu tạo loại vật liệu đƣợc sử dụng mà hiệu suất pin mặt trời biến đổi khoảng từ 11,1% 27,3% Thông thƣờng pin mặt trời đƣợc tạo nên từ nhiều module giống nhau, cách ghép module theo cách ngƣời ta chế tạo pin mặt trời có mức điện áp công suất khác Do khả cung cấp điện pin mặt trời có quan hệ chặt chẽ với cƣờng độ xạ mặt trời, mà cƣờng độ xạ mặt trời lại thƣờng xuyên biến đổi, biểu diễn công suất pin mặt trời dạng W (Watt) mà phải Wp (Watt-peak) Theo định nghĩa, Wp công suất điện chiều pin mặt trời đƣợc đo đạc điều kiện tiêu chuẩn nhƣ sau: - Cƣờng độ sáng: 1000W/m2 - Nhiệt độ môi trƣờng: 25oC - Quang phổ nguồn sáng thử nghiệm phải tƣơng tự nhƣ quang phổ xạ mặt trời tƣơng ứng với hệ số khối lƣợng không khí 1,5 [3] Nhìn chung, nay, kinh phí để lắp đặt pin mặt trời hầu hết đến từ dự án hợp tác quốc tế đến từ ngân sách nhà nƣớc, có trƣờng hợp ngƣời dân tự bỏ tiền túi để lắp đặt Tuy nhiên, vài năm gần đây, tình hình thay đổi theo chiều hƣớng tích cực Trong khoảng 10 năm trở lại đây, xuất vài công ty chuyên kinh doanh pin mặt trời, có số dự án thành lập nhà máy sản xuất pin mặt trời, thực tế xây dựng nhà máy sản xuất pin mặt trời Có thể xem SELCO-Vietnam công ty 13 Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 chuyên kinh doanh pin mặt trời Việt Nam, công ty 100% vốn nƣớc ngoài, đƣợc thành lập vào năm 1997 Nhà máy pin mặt trời thuộc Công ty cổ phần Năng lƣợng Mặt trời đỏ đƣợc xem nhà máy Việt Nam lĩnh vực này, nhà máy đƣợc khởi công vào ngày 20.3.2008 huyện Đức Hòa, tỉnh Long An, công suất dự kiến giai đoạn 3MWp/năm giai đoạn 5MWp/năm [5] Cũng nhƣ nƣớc khác khu vực, việc sử dụng pin mặt trời Việt Nam có tính khả thi cao có nhu cầu tiềm lớn Bằng cách triển khai rộng rãi pin mặt trời, đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng điện cho hộ gia đình, tổ chức đơn vị trú đóng vùng sâu, vùng xa Ƣu điểm pin mặt trời tuổi thọ lâu, nhƣng nhƣợc điểm pin mặt trời giá thành cao, chƣa phù hợp với phần lớn hộ gia đình nghèo thật có nhu cầu Chính vậy, năm tới, nên tập trung đẩy mạnh việc sử dụng pin mặt trời đơn vị thuộc khu vực nhà nƣớc vùng xa xôi nhƣ đơn vị đội, trạm bƣu điện, trạm y tế, trƣờng học hệ thống đèn báo hiệu giao thông,…Riêng đồng bào vùng sâu, vùng xa, nhà nƣớc cần có sách hỗ trợ tài thích hợp hy vọng thúc đẩy đƣợc việc sử dụng pin mặt trời Các số liệu khảo sát sơ cho thấy, nhu cầu lắp đặt pin mặt trời cho tổ chức, đơn vị thuộc khu vực nhà nƣớc vùng xa xôi không 450MWp Riêng với hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, thật khó xác định xác nhu cầu lắp đặt Mặc dù vậy, vòng 10 năm tới, với hỗ trợ Ngân hàng giới, Chính phủ xây dựng dự án 30000 hệ điện mặt trời cho hộ gia đình với tổng công suất lắp đặt dự kiến khoảng 1,4MWp.[14] 1.2.3.3 Các ứng dụng khác Nhƣ trình bày trên, ngoại trừ nƣớc nóng mặt trời pin mặt trời, Việt Nam việc ứng dụng lƣợng mặt trời vào lĩnh vực khác đƣợc xem không đáng kể Tuy nhiên, số ứng dụng ỏi lại, sấy nấu ăn lƣợng mặt trời đƣợc ý nhiều giá thành rẻ công nghệ 14 Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 chế tạo đơn giản Hiện nay, số nơi ngƣời ta ứng dụng lƣợng mặt trời để sấy nông hải sản, chủ yếu nông sản Phƣơng pháp sấy thƣờng đƣợc ứng dụng làm nóng không khí trực tiếp lƣợng mặt trời, có nghĩa không thông qua trung gian chất tải nhiệt khác Tuy nhiên, cấu tạo hệ thống sấy thô sơ hiệu thấp Để làm nóng không khí ngƣời ta thƣờng dùng collector mặt trời dạng phẳng, trƣờng hợp không khí đƣợc cho phía hay phía dƣới bề mặt hấp thụ Trong số trƣờng hợp khác, việc làm nóng không khí đƣợc thực ống lớp bọc plastic có tiết diện tròn Cùng với sấy, có vài dự án triển khai bếp mặt trời cho đồng bào vùng sâu, vùng xa Phƣơng án thƣờng đƣợc sử dụng chảo parabol Trong trƣờng hợp ngƣời ta đặt vật cần nhận nhiệt tiêu điểm parabol Nói chung công nghệ sản xuất chảo parabol đơn giản Thỉnh thoảng xuất bếp mặt trời dạng hình hộp Nhìn chung bếp mặt trời chƣa hấp dẫn đƣợc nhiều ngƣời vận hành không ổn định bất tiện khác 15 Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Cục Mạng lƣới trang thiết bị kỹ thuật KTTV (2001), Quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt, Hà Nội Cục kỹ thuật điều tra – Tổng cục Khí tƣợng thủy văn (1990), Quy phạm quan trắc xạ, Hà Nội Nguyễn Xuân Cự, Lƣu Đức Hải, Trần Thanh Lâm, Trần Văn Quy (2008), Tiềm phương hướng khai thác dạng lượng tái tạo Việt Nam, chương trình nghị 21, Hà Nội Nguyễn Hƣớng Điền (2002), Khí tượng vật lý, Hà Nội Phạm Ngọc Hồ, Lê Đình Quang (2009), Giáo trình động lực học môi trường lớp biên khí quyển, Hà Nội Hán Thị Ngân (2012), Đánh giá tiềm năng lượng mặt trời Việt Nam theo số liệu quan trắc khí tượng thủy văn, Luận văn thạc sỹ khoa Môi trƣờng, Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội Phân viện Khí tƣợng thủy văn TP.HCM (1986), Thông báo kết nghiên cứu – Tập IV, TP Hồ Chí Minh Trần Văn Sáp, Vũ Văn Đĩnh nnk (2007), Nghiên cứu, đánh giá hệ thống quan trắc khí tượng, thủy văn, hải văn, loại máy thiết bị đo hệ thống quan trắc Khí tượng – Thủy văn – Hải văn nước ta, Trung tâm Khí tƣợng thủy văn quốc gia, Hà Nội, tr – 19 Phan Văn Tân, Trần Công Minh, Phạm Văn Huấn (2002), Khí hậu vật lý toàn cầu, Biên dịch tài liệu Dennis L Hartmann, Hà Nội 10 Đặng Đình Thống (2010), Đánh giá hiệu thực tế tiết kiệm lượng thiết bị đun nước nóng lượng mặt trời, Báo cáo Chƣơng trình Mục tiêu quốc gia sử dụng lƣợng tiết kiệm hiệu 11 Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên (2005), Cơ sở lượng tái tạo, Hà Nội 12 Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc (1993), Khí hậu Việt Nam, Hà Nội 52 Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 13 Viện Khí tƣợng thủy văn (1986), “Tập Báo cáo công trình nghiên cứu khoa học”, Hội nghị khoa học lần thứ III, Hà Nội 14 Viện Khí tƣợng thủy văn (1985), Phân vùng xạ mặt trời lãnh thổ Việt Nam, Hà Nội Tiếng Anh 15 WMO (2006), Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, (Preliminary seventh edition) - No.8 16 Demers M.N (1997), Fundamentals of geographical information systems, John Wiley & Sons, New York 17 Polger, P.D., B.S Goldsmith, R.C Przywarty, and J.R Bocchieri, (1994): National Weather Service warning performance based on the WSR- 88D, Bull Amer Meteor Soc 18 REN21, Renewables 2014, Global Status Report, December 2014 53 Footer Page 26 of 126 ... thống pin mặt trời 37 3.2.5 Một số ứng dụng khác 39 3.3 Khả sử dụng lƣợng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ 42 3.3.1 Nhu cầu sử dụng lƣợng mặt trời vùng ven biển Trung Bộ ... trời phục vụ hoạt động người vùng ven biển Trung Bộ với mục đích sau: Đánh giá tiềm năng lƣợng mặt trời khu vực ven biển Trung Bộ thông qua số liệu nắng số liệu xạ Nghiên cứu trạng sử dụng. .. TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Hữu Hải KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHỤC VỤ CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI VÙNG VEN BIỂN TRUNG BỘ Chuyên ngành : Khoa học môi trƣờng Mã số : 60440301