Lựa chọn nhà máy điện sử dụng nặng lượng sạch cho Việt Nam

Trong bài này tôi sẽ giới thiệu về các chủng loại của nhà máy điện sử dụng năng lượng sạch và so sánh các ưu điểm, nhược điểm chính của chúng. Phần cuối bài sẽ đưa ra một vài nhận định về xu thế trong phát triển nhà máy điện sử dụng năng lượng sạch.

Điện gió, điện mặt trời (photovoltaics–PV power plant), điện từ thủy triều(tidal power plant), sóng biển(wave power plant), nhà máy điện sử dụng nhiên liệu sinh học (biomass/biofuel power plants, ex: waste-to-energy, dung-to-energy), địa nhiệt điện(geothermal power plant),… là các chủ đề nóng hiện nay kể cả trong nghiên cứu (academy) và trong công nghiệp (industry) [1-5]. Nhìn chung, tất cả các nguồn năng lượng tái tạo sạch(green renewable energy sources) cần được khuyến khích phát triển.

wind_turbine_and_solar_panel

Hình 1: Kết hợp điện gió và điện mặt trời [1].

Dưới đây là các định nghĩa vắt tắt về nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo sạch:

  • Nhà máy điện gió(wind power plant) là nhà máy chuyển từ năng lượng gió thành năng lượng điện.
  • Nhà máy điện mặt trời(solar power plant) là nhà máy chuyển năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện.
  • Nhà máy điện thủy triều(tidal power plant) là nhà máy chuyển từ năng lượng của dòng thuỷ triều (cả thủy triều lên và xuống) thành năng lượng điện.
  • Nhà máy điện sóng biển(wave power plant) là nhà maý chuyển từ năng lượng sóng biển thành năng lượng điện.
  • Biomass là các loại nguyên liệu có nguồn gốc sinh học như cây ngô, bã mía, rác thải, phân động vật,… được dùng để chuyển thành nhiên liệu sinh học biofuels, các nhiên liệu này có thể dùng để đốt, để chạy tuabin máy phát điện (nhà máy điện chạy nhiên liệu sinh học biofuel power plant hoặc biomass-fuelled power plant).
  • Địa nhiệt điện(geothermal power plant): nguồn nước lạnh được đưa sâu xuống lòng đất nơi có nhiệt độ cao, nguồn nước nóng từ lòng đất đi lên có nhiệt độ cao và áp suất lớn được dùng để chạy tuabin phát điện.

Một vài so sánh về ưu điểm và nhược điểm chính giữa các nhà máy điện sử dụng năng lượng tái tạo sạch sẽ được trình bày dưới đây:

Điện mặt trời(solar power plant) có ưu điểm hơn điện gió là không gây ồn, dễ lắp đặt và sửa chữa do kết cấu cơ khí đơn giản không có phần chuyển động cơ khí. Điện gió(wind power plant) có ưu điểm là công suất trên đơn vị diện tích mặt bằng lớn hơn điện mặt trời, nhưng lại gây ồn. Theo một số nguồn, 1 MW điện mặt trời cần diện tích mặt bằng khoảng 10000 m2, riêng phần tấm pin cần khoảng 7000 m2 dường như nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp lắp ở vùng hẻo lánh, sa mạc, nơi có giá đất thấp; tuy nhiên những nơi này thường có cơ sở hạ tầng cho việc hòa lưới điện hạn chế. Gần đây, solar panel tích hợp trong mái nhà (solar roof) đang được sự quan tâm của các nhà đầu tư. Tuy nhiên solar roof khó có thể tạo ra nhà máy điện lớn vì như nói ở trên công suất trên đơn vị diện tích bé và cần diện tích mặt bằng lớn, nhưng là cách tốt để tạo ra các trạm phát điện nhỏ và tận dụng năng lượng cho các hộ gia đình và các tòa nhà. Xem ra có vẻ khả thi hơn cho việc xây dựng nhà máy điện cỡ lớn là solar road (các tấm pin điện mặt trời được đặt trên mặt đường), solar road cần phải được nghiên cứu kỹ hơn nữa vì cần nâng cao tuổi thọ, hiệu suất của tấm pin, vì còn phải chịu tải và tạo ma sát đủ lớn trên bề mặt tấm pin mặt trời để phương tiện giao thông có thể đi lại an toàn. Hình 2 là minh họa một số cấu trúc điển hình của hệ thống biến đổi công suất trong hệ thống phát điện mặt trời: điện áp một chiều đầu ra của tấm pin (PV–Photovoltatics) nhỏ do đó cần biến đổi lên điện áp cao hơn, sau đó biến đổi thành điện áp xoay chiều phù hợp để có thể kết nối với lưới điện.

pv-structures

Hình 2: Một số cấu trúc hệ thống điện mặt trời. PV–Photovoltaics, quang điện; LFT: low frequency transformer, máy biến áp tần số thấp; HFT: high frequency transformer, máy biến áp tần số cao.

So sánh về giá thành: Giá của điện gió onshore và điện mặt trời là ngang nhau, giá điện gió offshore thì đắt hơn. Điện gió ngoài khơi offshore giá thành thường cao hơn khoảng 1.5 lần điện gió onshore, do tuabin gió ngoài khơi cần phải được thiết kế đặc biệt để chịu được sự ăn mòn của muối và việc vận chuyển, lắp đặt, bảo dưỡng ngoài khơi phức tạp hơn. Cũng cần phải nói rằng giá điện bị ảnh hưởng mạnh bởi hệ số sử dụng(capacity factor). Hệ số sử dụng là tỷ số của công suất trung bình phát ra trong 1 năm với công suất danh định được thiết kế, hệ số này không liên quan tới định lý về giới hạn Betz’limit. Hệ số sử dụng của điện mặt trời chỉ khoảng 15%-25%, trong khi đó của điện gió trên bờ onshore và ngoài khơi lần lượt là 25%-40% và >65%, xem thêm Hình 3. Như vậy, giá điện pin mặt trời cao bởi các yếu tố chính là: 1- hệ số sử dụng thấp, 2- giá đất mặt bằng cao, và 3- giá tấm pin cao. Giá điện gió cao là do kết cấu phức tạp dẫn tới giá thành lắp đặt và bảo dưỡng cao.
Đối với điện thủy triều và sóng biển, các máy phát được đặt trong nước biển do đó cần sử dụng các vật liệu và phải được thiết kế đặc biệt để chịu được sự ăn mòn của nước biển và chịu được các lực cơ học lớn, mặt khác công nghệ chế tạo và sản xuất điện thủy triều và sóng biển vẫn chưa chín muồi, xem video trong [7]. Bởi vậy, giá điện thủy triều và sóng biển đắt hơn nhiều so với điện gió offshore, thêm nữa là do công nghệ chế tạo, thiết bị máy móc cho việc lắp đặt và bảo dưỡng nhà máy điện thủy triều và sóng biển vẫn chưa chín muồi. Địa nhiệt điện thì vẫn còn rất mới và giá tất nhiên là siêu đắt. Gần đây trên lý thuyết còn có cái gọi là “blue energy”, sự hòa tan của luồng nước muối và nước ngọt qua tấm thẩm thấu (membrane, cho nước đi qua và giữ lại muối) có thể tạo ra áp suất cao, năng lượng này có thể được dùng để phát điện (nhà máy điện thẩm thấu, osmotic power plants).

us_eia_monthly_capacity_factors_for_renewables_2011-2013

Hình 3: Hệ số sử dụng, [6].

Tóm lại, chúng ta (Việt Nam) không thiếu nguồn năng lượng sạch để tạo ra điện, vấn đề chính là làm thế nào để hiện thực nó và hiện thực nó với giá thành có thể chấp nhận được. Trong giai đoạn hiện nay ở Việt Nam và trong tương lai 10-20 năm nữa, phát triển các nhà máy điện gió cỡ chục MW trở lên và kết hợp với các nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời cỡ nhỏ là khả thi, sẽ cho phép giảm tỷ lệ công suất điện phát ra từ nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường sống.

Tài liệu đọc thêm:

  1. Điện gió và điện mặt trời: http://vuphong.asia/green-energy-source-wind-energy-versus-solar-power-system/
  2. Trang thông tin về năng lượng tái tạo: https://www.eia.gov/Energyexplained/index.cfm?page=renewable_home
  3. World’s biggest 100% biomass-fuelled power plant launched in Poland: http://www.renewable-energy-technology.net/geothermal-bioenergy-news/world%E2%80%99s-biggest-100-biomass-fuelled-power-plant-launched-poland
  4. Blue energy: http://www.bbc.com/future/story/20150610-blue-energy-how-mixing-water-can-create-electricity
  5. Comparisons of renewable energy—pay attention to Photovoltaics: https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/veroeffentlichungen-pdf-dateien-en/studien-und-konzeptpapiere/recent-facts-about-photovoltaics-in-germany.pdf
  6. Capacity factor: https://en.wikipedia.org/wiki/Capacity_factor
  7. Video of tidal generator:

About Hung Vu Xuan

Vu Xuan Hung got the Bachelor's degree and the Master's degree in Electrical and Electronic Engineering from the Hanoi University of Technology, Vietnam. He received the Doctor's degree from the Delft University of Technology, The Netherlands. He was a lecturer at the University of Communication and Transport, Hanoi, Vietnam. He is working in The Netherlands.
This entry was posted in My own, Science and Technology and tagged , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s