TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
QUẢN LÝ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ

PHÂN TÍCH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI
KHU CÔNG NGHIỆP SÀI ĐỒNG 2
PHẠM THỊ HẢI ĐĂNG

Chuyên ngành
Quản lý Kỹ thuật- Công nghệ

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Thị Hoài Thu

Khoa:

Điện

Trường:

Điện – Điện tử

HÀ NỘI, 07/2022

Chữ ký của GVHD


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Nội dung luận văn đúng
với tên đề tài đã được đăng ký và phê duyệt theo quyết định số: 53/QĐ- ĐHBK-ĐTSĐH ngày 07/01/2021 của Hiệu trưởng trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Hà Nội, ngày 15 tháng 07 năm 2022
Học viên


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: PHÂN TÍCH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI KHU CÔNG NGHIỆP SÀI ĐỒNG 2
Tác giả luận văn: Phạm Thị Hải Đăng - MSHV: 20202606M.
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hồi Thu.
Từ khóa (Keyword): năng lượng tái tạo, HOMER, phân tích, kinh tế, kĩ thuật.
Nội dung tóm tắt:
a)

Lý do chọn đề tài
Phân tích kinh tế kỹ thuật cho hệ thống các nguồn năng lượng tái tạo khi kết nối
với hệ thống điện là việc vô cùng quan trọng và cần thiết trong giai đoạn hiện
nay.

b)

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
-

Mục đích nghiên cứu: Mục tiêu của đề tài là tính tốn dung lượng tối ưu của
hệ thống điện có nguồn năng lượng tái tạo đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và
kinh tế.


-

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: phân tích kinh tế kỹ thuật cho hệ thống
năng lượng tái tạo cung cấp cho phụ tải khu công nghiệp Sài Đồng 2, Hà Nội
sử dụng phần mềm HOMER

c)

Tóm tắt cơ đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Luận văn đã:
-

Tìm hiểu tổng quan về tiềm năng các nguồn năng lượng tái tạo trên thế giới
và ở Việt Nam.

-

Xây dựng mơ hình hệ thống năng lượng tái tạo và phân tích kinh tế kỹ thuật
lượng cho hệ thống này. Thu thập số liệu về phụ tải công nghiệp của khu
công nghiệp Sài Đồng 2, Hà Nội.

-

Tìm hiểu phần mềm HOMER, sử dụng phần mềm để tính tốn dung lượng
tối ưu của hệ thống năng lượng tái tạo cung cấp điện cho phụ tải công nghiệp
của khu cơng nghiệp Sài Đồng 2, Hà Nội

-


Phân tích độ nhạy khi thay đổi một số thông số đầu vào như chi phí đầu tư
pin mặt trời, bộ lưu trữ năng lượng và giá dầu diesel.


d)

Phương pháp nghiên cứu.
Sử dụng phần mềm HOMER để mô phỏng mơ hình các nguồn năng lượng tái tạo

vào hệ thống. Tính tốn phân tích kinh tế kỹ thuật các thành phần từ đó đưa ra kết quả
và đánh giá
e)

Kết luận
Nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung cũng như điện năng nói riêng đang ngày

càng tăng cao trong khi các nguồn năng lượng hóa thạch thì ngày một cạn kiệt, vì vậy
việc sử dụng năng lượng tái tạo được xem là xu hướng phát triển mạnh mẽ trên thế
giới đặc biệt là ở Việt Nam, đất nước có tiềm năng về năng lượng tái tạo rất lớn.
Hệ thống năng lượng tái tạo có ưu điểm là có khả năng tái tạo, bền vững, thân
thiện với mơi trường nhưng có nhược điểm là dao động bất định, phụ thuộc nhiều vào
thời tiết và giá thành cao. Việc nghiên cứu tính tốn tối ưu cho hệ thống năng lượng tái
tạo đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng năng lượng tái tạo vào Hệ thống điện.
Trong luận văn này, tác giả đã mơ phỏng và tính tốn các mơ hình đối với phụ tải công
nghiệp. Thông số phụ tải theo từng giờ trên được lấy dữ liệu của khu công nghiệp Sài
Đồng 2.
Ở khu vực nghiên cứu của tác giả, việc thu thập dữ liệu thời tiết là rất khó khăn,
do đó tác giả buộc phải sử dụng năng lượng mặt trời tổng hợp hàng giờ dữ liệu được
tạo bởi HOMER từ dữ liệu trung bình hàng tháng và có nguồn gốc từ cơ sở dữ liệu khí
hậu của bộ dữ liệu khí tượng bề mặt của NASA. Dữ liệu khí tượng trong một năm

(phơi nắng và nhiệt độ) được xem xét tại khu công nghiệp Sài Đồng 2 thành phố Hà
Nội có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, thời tiết chia làm bốn mùa rõ rệt, tốc độ gió và
bức xạ đều ở mức thấp.
Mơ hình mơ phỏng bao gồm các thành phần: PV, bộ chuyển đổi, pin lưu trữ và
máy phát diesel. Sự kết hợp của các thành phần này rất phù hợp vì năng lượng mặt trời
không khả dụng vào ban đêm, hệ thống pin lưu trữ cũng bị ràng buộc về dung lượng
nạp và xả, để cung cấp điện liên tục cho phụ tải cần kết hợp máy phát điện diesel.
Khi tăng chi phí nhiên liệu cho máy phát điện, dung lượng pin năng lượng mặt
trời và dung lượng bộ lưu trữ cũng tăng theo khiến cho chi phí hiện tại rịng cho mơ
hình cũng tăng lên theo. Khi giảm chi phí đầu tư của PV, dung lượng của PV tăng lên.


Do đặc tính khả dụng vào ban ngày của hệ thống pin mặt trời PV nên nguồn
năng lượng tái tạo này thích hợp cho các phụ tải có đỉnh của đồ thị phụ tải rơi vào ban
ngày. Nếu đỉnh của đồ thị phụ tải rơi vào ban đêm như trường hợp phụ tải sinh hoạt
như ví dụ đã xét, cấu hình địi hỏi cao hơn đối với phụ tải cơng nghiệp và chi phí hiện
tại rịng cũng tăng lên.
Bên cạnh đó, việc phân tích độ nhạy đã chỉ ra rằng tỷ trọng của năng lượng tái
tạo so với tổng phụ tải yêu cầu đã tăng lên khi chi phí đầu tư của PV, BATT giảm hoặc
khi tuổi thọ của PV giảm. Nếu giảm chi phí đầu tư PV, pin lưu trữ thì NPC giảm rõ rệt,
trong khi nếu tuổi thọ, hệ số suy giảm của PV, tuổi thọ pin lưu trữ tăng lên thì NPC
giảm nhẹ.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC CHẾ ĐỘ
LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ............................................. 9
1.1.

TỔNG QUAN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 9


1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................... 9
1.1.2. Mục tiêu và nội dung của đề tài ........................................................................... 10
1.2.

TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ................................................... 11

1.2.1. Năng lượng mặt trời ............................................................................................. 11
1.2.2. Năng lượng gió ..................................................................................................... 11
1.2.3. Thủy điện nhỏ ....................................................................................................... 14
1.2.4. Năng lượng sinh học............................................................................................. 15
1.2.5. Năng lượng địa nhiệt ............................................................................................ 17
1.2.6. Năng lượng thuỷ triều........................................................................................... 18
1.2.7. Năng lượng từ gradient nhiệt đại dương .............................................................. 20
1.2.8. Năng lượng từ sóng đại dương ............................................................................. 22
1.2.9. Ưu nhược điểm của các nguồn năng lượng tái tạo .............................................. 23
1.3.

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ................................ 25

1.3.1. Hệ thống điện mặt trời độc lập (off -grid solar system):...................................... 25
1.3.2. Hệ thống điện mặt trời nối lưới (on -grid solar system): ..................................... 26
1.3.3. Hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ................................................................. 29
1.4.

CÁC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HIỆN NAY ............................. 30

1.4.1. Sản xuất điện từ năng lượng mặt trời ................................................................... 30
1.4.2. Sản xuất đèn năng lượng mặt trời chiếu sáng ...................................................... 30
1.4.3. Máy nước nóng năng lượng mặt trời .................................................................... 31

1.4.4. Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thơng gió ............................................................. 32
1.4.5. Năng lượng cho phương tiện máy bay, ô tô ......................................................... 33
1.4.6. Ứng dụng năng lượng mặt trời trong xử lý nước ................................................. 33
1.4.7. Ứng dụng sạc pin năng lượng mặt trời ................................................................ 34
1.4.8. Sấy khơ các sản phẩm nơng nghiệp ...................................................................... 34
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH BÀI TỐN PHÂN TÍCH KINH TẾ - KĨ THUẬT CHO HỆ
THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI .............. 35
2.1.

MƠ HÌNH KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP ...................... 35

2.1.1. Tấm pin quang điện (PV) ..................................................................................... 35


2.1.2. Pin lưu trữ (BATT) và bộ chuyển đổi (CONV) ..................................................... 36
2.1.3. Máy phát điện Diesel:........................................................................................... 38
2.2.

MƠ HÌNH PHÂN TÍCH KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP .............................. 38

2.2.1. Chi phí điện năng trung bình (Levelized Cost Of Energy - LCOE) ..................... 38
2.2.2. Chi phí hiện tại rịng (Net Present Cost - NPC) ................................................... 39
2.3.

BÀI TOÁN TỐI ƯU DUNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG......................................................... 40

2.3.1. Hàm mục tiêu ........................................................................................................ 40
2.3.2. Ràng buộc ............................................................................................................. 41
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HOMER ........................................................... 42
3.1.


GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HOMER................................................................................ 42

3.1.1. Sử dụng HOMER .................................................................................................. 43
3.1.2. Cách hoạt động của HOMER ............................................................................... 43
3.1.3. Mơ phỏng .............................................................................................................. 43
3.1.4. Tối ưu hóa............................................................................................................. 44
3.1.5. Phân tích độ nhạy ................................................................................................. 44
3.2.

CÁCH NHẬP SỐ LIỆU................................................................................................... 44

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KINH TẾ KỸ THUẬT TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG TỐI
ƯU CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CUNG CẤP CHO PHỤ TẢI KHU
CÔNG NGHIỆP SÀI ĐỒNG 2 - HÀ NỘI ............................................................................ 46
4.1.

GIỚI THIỆU VỀ KHU CÔNG NGHIỆP SÀI ĐỒNG 2 – HÀ NỘI .......................................... 46

4.1.1. Toàn cảnh hệ thống điện toàn quốc...................................................................... 46
4.1.2. Hiện trạng hệ thống điện thành phố Hà Nội ........................................................ 47
4.1.3. Giới thiệu tổng quan về khu cơng nghiệp Sài Đồng 2 .......................................... 49
4.2.

PHÂN TÍCH KINH TẾ KỸ THUẬT TÍNH TỐN DUNG LƯỢNG TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI ................................................................................................................... 51

4.2.1. Trường hợp B1: .................................................................................................... 58
4.2.2. Trường hợp B2: .................................................................................................... 64

4.2.3. Trường hợp B3: .................................................................................................... 66
4.3.

PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY VÀ XÉT TÍNH BẤT ĐỊNH ............................................................. 69

4.3.1. Phân tích độ nhạy khi chi phí đầu tư của PV giảm .............................................. 69
4.3.2. Phân tích độ nhạy khi chi phí đầu tư của pin lưu trữ giảm .................................. 70
4.3.3. Phân tích độ nhạy khi giá dầu tăng ...................................................................... 71


CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 74


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Sơ đồ cơ chế vận hành trạm phát điện từ năng lượng thuỷ triều ................................. 19
Hình 2: Đập nước phát điện thuỷ triều bắc ngang song Rance ................................................ 20
Hình 3: Chu trình năng lượng kín – Hệ thống chuyển hoá năng lượng nhiệt đại dương ......... 22
Hình 4: Năng lượng sóng đại dương ........................................................................................ 23
Hình 5: Cấu trúc hệ thống điện mặt trời độc lập (off -grid solar system) ................................ 25
Hình 6: Cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lưới (on -grid solar system) ................................ 28
Hình 7: Cấu trúc hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ........................................................... 29
Hình 8: Đèn chiếu sáng năng lượng mặt trời............................................................................ 31
Hình 9: Hệ thống bình nước nóng năng lượng mặt trời ........................................................... 32
Hình 10: Hệ thống sưởi và làm mát bằng năng lượng mặt trời ................................................ 33
Hình 11: Tấm pin quang điện ngồi trang trại.......................................................................... 35
Hình 12: Tấm pin quang điện lắp cho hộ gia đình ................................................................... 36
Hình 13: Pin lưu trữ năng lượng cơng suất nhỏ ....................................................................... 37
Hình 14: Hệ thống pin lưu trữ năng lượng lớn ......................................................................... 38
Hình 15: Minh hoạ giao diện phần mềm HOMER PRO .......................................................... 42

Hình 16: Cơ cấu nguồn điện tồn quốc năm 2019 ................................................................... 46
Hình 17: Đồ thị phụ tải ngày điển hình cho phụ tải Khu Cơng nghiệp Sài Đồng 2 (Hà Nội).. 52
Hình 18: Giao diện phần mềm HOMER khi nhập vị trí cần xét .............................................. 53
Hình 19: Lấy dữ liệu thông số bức xạ mặt trời từ NASA ........................................................ 53
Hình 20: Nhập thơng số phụ tải từng giờ theo đồ thị phụ tải ngày .......................................... 54
Hình 21: Nhập thơng số máy phát diesel .................................................................................. 54
Hình 22: Biểu đồ năng lượng bức xạ năm tại khu công nghiệp Sài Đồng B ........................... 55
Hình 23: Thêm nguồn năng lượng tái tạo PV........................................................................... 56
Hình 24: Thêm bộ chuyển đổi (Converter) .............................................................................. 57
Hình 25: Thêm hệ thống pin lưu trữ ......................................................................................... 57
Hình 26: Tính tốn kết quả tối ưu............................................................................................. 57
Hình 27: Mơ hình trường hợp B1 ............................................................................................. 58
Hình 28: Nhập thơng số máy phát diesel .................................................................................. 59
Hình 29: Thêm nguồn năng lượng tái tạo PV........................................................................... 59
Hình 30: Thêm bộ chuyển đổi (Converter) .............................................................................. 60
Hình 31: Thêm hệ thống pin lưu trữ trường hợp B1 ................................................................ 60
Hình 32: Kết quả trường hợp B1 với mơ hình bao gồm: Máy phát, PV, BATT, CONV ........ 61


Hình 33: Kết quả trường hợp B1 với mơ hình bao gồm: Máy phát, BATT, CONV................ 61
Hình 34: Kết quả trường hợp B1 với mơ hình bao gồm: Máy phát diesel ............................... 61
Hình 35: Kết quả trường hợp B1 với mơ hình bao gồm: Máy phát diesel, PV, CONV........... 62
Hình 36: Kết quả trường hợp B1 với mơ hình bao gồm: PV, BATT, CONV.......................... 63
Hình 37: Mơ hình trường hợp B2 ............................................................................................. 64
Hình 38: Nhập thơng số tấm pin trường hợp B2 ...................................................................... 65
Hình 39: Thêm bộ chuyển đổi (Converter) trường hợp B2 ...................................................... 65
Hình 40: Thêm hệ thống pin lưu trữ trường hợp B2 ................................................................ 66
Hình 41: Mơ hình trường hợp B3 ............................................................................................. 67
Hình 42: Thơng số tấm pin mặt trời trường hợp B3 ................................................................. 67
Hình 43: Thêm bộ chuyển đổi (Converter) trường hợp B3 ...................................................... 68

Hình 44: Thêm hệ thống pin lưu trữ trường hợp B3 ................................................................ 68


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Tóm tắt tiềm năng gió ở Việt Nam, dựa theo bản đồ gió khu vực ở độ cao trung bình
65 m trên mặt đất (Nguồn: Bản đồ Năng Lượng Gió Khu Vực Đơng Nam Á) ....................... 13
Bảng 2: Bảng so sánh giữa 2 hệ thống PV ............................................................................... 27
Bảng 3: Bảng so sánh ưu nhược điểm của 2 hệ thống PV nối lưới .......................................... 28
Bảng 4: Phụ tải ngày điển hình cho phụ tải sinh hoạt của khu công nghiệp Sài Đồng 2 ......... 52
Bảng 5: Thông số năng lượng bức xạ năm tại khu công nghiệp Sài Đồng 2 ........................... 55
Bảng 6: Bảng tóm tắt thiết bị sử dụng trong các trường hợp cơ sở .......................................... 57
Bảng 7: Thông số của một máy phát diesel .............................................................................. 58
Bảng 8: Thông số của một tấm pin quang điện trường hợp B1................................................ 59
Bảng 9: Thông số của một bộ chuyển đổi trường hợp B1 ........................................................ 59
Bảng 10: Thông số của một bộ pin lưu trữ trường hợp B1 ...................................................... 60
Bảng 11: Kết quả phân tích tính tốn tối ưu của trường hợp B1 .............................................. 63
Bảng 12: Thông số của một tấm pin quang điện trường hợp B2.............................................. 64
Bảng 13: Thông số của một bộ chuyển đổi trường hợp B2 ...................................................... 65
Bảng 14: Thông số của một bộ pin lưu trữ trường hợp B2 ...................................................... 65
Bảng 15: Kết quả tính tốn tối ưu của mơ hình trường hợp 2 .................................................. 66
Bảng 16: Thông số của một tấm pin quang điện trường hợp B3.............................................. 67
Bảng 17: Thông số của một bộ chuyển đổi trường hợp 3 ........................................................ 67
Bảng 18: Thông số của một bộ pin lưu trữ trường hợp B3 ...................................................... 68
Bảng 19: Kết quả tính tốn tối ưu của mơ hình trường hợp B3 ............................................... 69
Bảng 20: Các kịch bản đánh giá độ nhạy của hệ thống ............................................................ 69
Bảng 21: Kết quả phân tích độ nhạy khi giảm giá đầu tư hệ thống PV ................................... 69
Bảng 22: Kết quả phân tích độ nhạy khi giảm giá đầu tư pin lưu trữ ...................................... 70
Bảng 23: Kết quả phân tích độ nhạy khi tăng giá dầu .............................................................. 71



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC
CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1.

Tổng quan và tính cấp thiết của đề tài
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung cũng như điện năng nói riêng đang ngày càng
tăng cao. Trong khi các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt cùng với sự biến
đổi khí hậu buộc con người phải tìm kiếm các nguồn năng lượng mới. Sự phát triển năng
lượng tái tạo được xem như là xu hướng phát triển nguồn điện trên thế giới. Năng lượng
tái tạo trái ngược với nhiên liệu hóa thạch, chúng được tạo ra từ các nguồn hình thành
liên tục, có thể coi là vơ hạn như gió, mưa, ánh sáng mặt trời, sóng biển, thủy triều,..Tuy
cịn khá mới nhưng đây lại là nguồn năng lượng mang đến những chuyển biến tích cực
trong tương lai. Năng lượng tái tạo đang được xem là giải pháp và xu hướng tất yếu của
ngành năng lượng hiện nay trên thế giới. Khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than
đá dầu mở ngày càng trở nên cạn kiệt, gây ôi nhiêm môi trường nghiêm trọng. Phát triển
nguồn năng lượng tái tạo đang dần chiếm vị trí quan trọng trọng sự phát triển kinh tế
bền vững ở trong nước cũng như các nước trên thế giới, do lợi ích to lớn trong việc tận
dụng tối đa nguồn thiên nhiên vơ tận (như gió, mặt trời…), cũng như góp phần giảm tác
động của hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hây gây ra.
Tại Việt Nam, Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách khuyến khích phát
triển năng lượng tái tạo, đề ra mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo và hướng đến một thị
trường điện cạnh tranh với nguồn đầu tư và mơ hình kinh doanh đa dạng. Việt Nam là
quốc gia có tiềm năng về NLTT tuy nhiên thực trạng cho thấy sự phát triển của NLTT
ở Việt Nam chưa tương xứng với tiềm năng đó. Nguyên nhân chủ yếu do: vốn đầu tư
NLTT cao, các chính sách phát triển của nhà nước chưa thực sự hợp lý, ….
Hiện tại ở Việt Nam các dự án NLTT đang được đẩy mạnh, phát triển với quy mô và số
lượng lớn. Bên cạnh đó, với việc phát triển của các khu cơng nghiệp tại nước ta hiện nay

đang đóng góp lớn tới sự phát triển chung của toàn xã hội. Và với xu hướng sử dụng các

9


nguồn năng lượng tái tạo, các khu công nghiệp trong nước đang dần đầu tư nhiều hơn
các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Tuy nhiên thiết kế nguồn
năng lượng này địi hỏi cần có các nghiên cứu, tính tốn, phân tích đảm bảo các vấn đề
kinh tế và kỹ thuật để tối ưu dụng lượng cho hệ thống.
1.1.2. Mục tiêu và nội dung của đề tài
Bên cạnh những ưu điểm NLTT còn những nhược điểm chính là: giá thành đầu tư và
chi phí sản xuất cịn cao. Từ nhược điểm trên đã hình thành nên các vấn đề nghiên cứu
cần giải quyết như: Về thiết kế hệ thống, câu hỏi đặt ra ở đây là dung lượng của các thiết
bị trong hệ thống đòi hỏi bao nhiêu để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho trước đồng thời chi
phí đầu tư hàng năm nhỏ nhất. Chính vì vậy, việc tính tốn phân tích kinh tế kỹ thuật
cho hệ thống năng lượng mặt trời sao cho chi phí vận hành của hệ thống là nhỏ nhất
đồng thời đảm bảo yêu cầu kĩ thuật là việc rất cần thiết.
Do đó đề tài này nghiên cứu phân tích kinh tế-kỹ thuật cho hệ thống năng lượng mặt trời
cấp điện cho phụ tải khu công nghiệp Sài Đồng 2. Đề tài sẽ giải quyết 2 bài toán:
Bài toán 1: Phân tích kinh tế kỹ thuật tính tốn dung lượng tối ưu cho hệ thống năng
lượng mặt trời
Bài toán 2: Phân tích độ nhạy và xét tính bất định
Nội dung chính của đề tài bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo và các chế độ làm việc của hệ thống
năng lượng mặt trời. Chương này giới thiệu tính cấp thiết, mục tiêu nội dung chính của
đề tài và tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là năng lượng mặt trời.
Chương 2: Mơ hình bài tốn phân tích kinh tế - kĩ thuật cho hệ thống năng lượng mặt
trời độc lập cấp điện cho phụ tải. Trong chương này, mơ hình của hệ thống nghiên cứu
được trình bày bao gồm: Mơ hình tổng quan hệ thống, mơ hình PV, mơ hình diesel
Chương 3: Giới thiệu phần mềm HOMER. Nghiên cứu đề xuất sử dụng phần mềm để

phục vụ giải quyết bài toán đặt ra.
Chương 4: Phân tích kinh tế kỹ thuật tính toán dung lượng tối ưu cho hệ thống năng
lượng mặt trời cung cấp cho phụ tải khu công nghiệp Sài Đồng 2 - Hà Nội. Trong chương
này, bài toán về tính tốn dung lượng tối ưu cho hệ thống PV/diesel/battery/converter
và phân tích độ nhạy được mơ phỏng tính tốn.

10


Chương 5: Kết luận. Chương này trình bày các kết luận về kết quả thu được.
1.2.

Tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo
1.2.1. Năng lượng mặt trời

Mặt Trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng được: sạch, mạnh
mẽ, dồi dào, đáng tin cậy, gần như vơ tận, và có ở khắp nơi dù ít hay nhiều. Việc thu giữ
năng lượng Mặt Trời (NLMT) gần như khơng có ảnh hưởng tiêu cực gì đến mơi trường.
Việc sử dụng NLMT khơng thải ra khí và nước độc hại, do đó khơng góp phần vào vấn
đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính [1].
Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và trữ năng lượng Mặt Trời là phương pháp
thụ động và phương pháp chủ động. Phương pháp thụ động sử dụng các nguyên tắc thu
giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các cơng trình xây dựng. Phương pháp chủ động
sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạ nhiệt và sử dụng các hệ thống quạt và máy
bơm để phân phối nhiệt. Phương pháp thụ động có lịch sử phát triển dài hơn hẳn, trong
khi phương pháp chủ động chỉ mới được phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20.
Hai ứng dụng chính của NLMT là:
-

Nhiệt Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống

sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện

-

Điện Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện
năng (hay còn gọi là quang điện-photovoltaics)

Hai dạng hệ thống dân dụng sử dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống sưởi
nhiệt Mặt Trời và hệ thống Quang Điện cá nhân. Các hệ thống khác bao gồm: hệ thống
đun nước Mặt Trời, máy bơm NLMT, và Điện MT dùng tại các trạm TT Vô Tuyến ở
vùng xâu vùng xa. Chi tiết về năng lượng mặt trời sẽ được trình bày tại mục 1.2.
1.2.2.

Năng lượng gió

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng quan trọng và có tiềm năng rất lớn. Đây là
dạng năng lượng sạch, phong phú và là nguồn cung cấp năng lượng gần như vô tận.

11


Cơng nghệ và kỹ thuật khai thác năng lượng gió phát triển vượt bậc trong 2 thập kỷ vừa
qua, ví dụ như cơng suất turbin gió hiện nay lớn gấp 100 lần so với 20 năm trước. Do
đó, năng lượng gió được liệt vào một trong những dạng năng lượng hoàn nguyên sản
xuất điện năng phát triển nhanh nhất trong thời gian gần đây, với tốc độ gia tăng trung
bình mỗi năm là 26%. Cho đến cuối năm 2003, điện gió được phát triển tại hơn 50 quốc
gia trên thế giới, với tổng cơng suất điện tồn cầu đạt tới 40.300 MW, trong đó Châu Âu
chiếm 73%. 5 quốc gia đứng đầu về sản xuất điện gió là Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Đan
Mạch và Ấn Độ, chiếm 84% tổng cơng suất tồn cầu.
Các lợi thế chính của năng lượng gió:

•

Sạch, khơng gây ơ nhiễm: năng lượng gió khơng thải khí và suy kiệt theo thời
gian.

•

Tăng cường phát triển kinh tế địa phương: các nơng trại gió có khả năng nâng
cao thu nhập của chủ đất qua các hình thức cho thuê đất để phát triển trại gió, đưa
tới việc tăng lợi tức từ thuế cho cộng đồng địa phương.

•

Đa dạng về hình thức và qui mơ: ứng dụng năng lượng gió gồm nhiều hình thức
và qui mơ từ nhỏ đến lớn, từ các trại gió tập trung đến các hệ thống phát điện gia
dụng.

•

Ổn định giá năng lượng: với khả năng đóng góp và đa dạng hóa năng lượng, năng
lượng gió có thể góp phần giảm sự phụ thuộc vào các dạng năng lượng truyền
thống (năng lượng hóa thạch) vốn thay đổi theo giá thành và khả năng cung cấp.

•

Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa và
hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu từ nước ngồi.

Với vai trị và khả năng giảm thiểu tỷ lệ khí nhà kính của năng lượng gió, các nước phát
triển đang đẩy mạnh các kế hoạch khai triển điện gió đầy tham vọng. Trong đó gần đây

nhất là các dự án phát triển điện gió ngồi khơi, cho dù dạng điện gió ngồi khơi thường
có chi phí khai thác cao hơn nhưng nguồn gió rất dồi dào và ít các tác động mơi trường
hơn.
Điện gió cũng đang thu hút dần dần sự chú ý của các nước đang phát triển do nó có thể
được khai triển tương đối nhanh chóng ở những khu vực đang có nhu cầu cấp bách về

12


điện năng. Điện gió cũng có thể là giải pháp có hiệu quả kinh tế để thay thế một khi các
nguồn nhiên liệu truyến thống bị khan hiếm hoặc giá cả dao động mạnh, bất ổn. Điện
gió cũng có những ứng dụng rất phù hợp ở các địa phương vùng sâu vùng xa do khả
năng linh hoạt của nó trong qui mơ khai triển.
Việt Nam có một vị trí địa lý tương đối thuận lợi để khai triển điện gió, trong đó phải
nhắc đến vai trị quan trọng của hệ thống gió mùa trong khu vực. Theo Tài liệu "Bản đồ
Năng Lượng Gió Khu Vực Đơng Nam Á" cơng bố vào năm 2001, Việt Nam có một
tiềm năng vơ cùng lớn cho việc khai triển điện gió thương mại. Trong các nghiên cứu
gần đây, tiềm năng điện gió qui mơ lớn được đánh giá có cơng suất lý thuyết lên đến
120-160 GW, với phần lớn các tiềm năng khai thác nằm dọc ở khu vực bờ biển ĐôngĐông Nam. Bảng tóm tắt cơng suất tiềm năng của các vận tốc gió khác nhau ở một số
địa bàn trong cả nước, trong đó cho thấy hầu hết tiềm năng cơng suất của năng lượng
gió ở Việt Nam tập trung ở vận tốc gió trong khoảng 7-8 m/s (thích hợp cho việc khai
triển turbine cơng suất lớn).
Bảng 1: Tóm tắt tiềm năng gió ở Việt Nam, dựa theo bản đồ gió khu vực ở độ cao trung bình
65 m trên mặt đất (Nguồn: Bản đồ Năng Lượng Gió Khu Vực Đơng Nam Á)

Khu vực

Gió tốt (7-8 m/s)

Gió rất tốt(8-9 m/s)


Gió cực tốt (> 9 m/s)

ĐBSCL, Nam Trung

Đảo Côn Sơn, Qui

Phan Rang, dãy

Bộ (Bảo Lộc), Tây

Nhơn, Tuy Hịa,

Trường Sơn

Ngun (Pleiku,

biên giới Việt-

Bn Ma Thuột),

Trung, dãy Trường

Huế, khu vực biên

Sơn, Vinh

giới Việt-Lào, Hải
Phịng
Diện tích


25679

2187

khai thác
(km2)

13

113


Công suất

102716

8748

452

tiềm năng
(MW)

1.2.3. Thủy điện nhỏ
Thủy điện nhỏ là một nguồn năng lượng sạch và tái tạo. Với tiềm năng khá lớn, Việt
Nam cần triệt để khai thác, phát triển bền vững nguồn tài nguyên này để phục vụ công
cuộc phát triển kinh tế, xã hội của đất nước, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc
gia.
Hệ thống sông ngòi của Việt Nam dày đặc, được phân bố trên nhiều vùng lãnh thổ khác

nhau. Việt Nam có 2.360 con sơng dài trên 10km. Trong đó 90% là các sơng suối nhỏ,
đây là cơ sở thuận lợi cho phát triển TĐN. Hiện tại, thuỷ điện ở Việt Nam được “phân
chia” thành bốn loại chính, đó là:
-

Các hệ thống thuỷ điện cực nhỏ, sở hữu bởi các hộ gia đình ở các khu vực
nơng thơn miền núi, có cơng suất trong khoảng 200 - <1000W, loại này chỉ
đủ cho thắp sáng vào thời vụ có nguồn nước.

-

Các hệ thống thuỷ điện khơng hịa điện lưới chỉ cung cấp điện cho các hệ
thống lưới mini độc lập, có cơng suất đặc trưng từ 1kW đến 1MW.

-

Các hệ thống thuỷ điện hòa lưới có dải cơng suất từ 1MW đến 30MW.

-

Thuỷ điện lớn, có cơng suất trên 30MW.

Nguồn thủy điện nhỏ tập trung tại Bắc Bộ và Trung Bộ, gần biên giới với Lào và
Campuchia. Tiềm năng thủy điện nhỏ (công suất dưới 10 MW) của nước ta được ước
đoán vào khoảng 800-1.400 MW, trong đó bao gồm i) 400-600 MW hệ thống thủy điện
mini hòa mạng; ii) 300-600 MW hệ thống thủy điện micro cá nhân và iii) 90-150 MW
hệ thống thủy điện pico.
Toàn quốc hiện đã xây dựng và đưa vào khai thác trên 500 trạm thủy điện vừa và nhỏ
có quy mô công suất từ 5 kW đến hàng chục MW với tổng công suất lắp đặt hơn 100
MW và sản lượng điện hàng năm từ 120-150 GWh. Qua khảo sát 28 tỉnh có tiềm năng

về thủy điện cho thấy, số trạm trên 100 kW hiện chỉ chiếm 44% với cơng suất đang vận
hành hơn 87.400 kW, cịn lại phần lớn đã ngừng hoạt động. Cho đến nay có khoảng 48

14


trạm thủy điện cỡ nhỏ hòa mạng đã được xây dựng và vận hành trên khắp cả nước, với
tổng công suất là 60 MW (tương đương với 3% tiềm năng ước lượng). Tuy nhiên, hơn
1/3 số trạm (20 MW) cần được bão dưỡng do những trục trặc kỹ thuật. Có khả năng là
các trạm này sẽ được nâng công suất sau khi được bảo dưỡng.
Các trạm thủy điện micro là dạng hệ thống thủy điện cho các cộng đồng dân cư phân
tán, với công suất khoảng từ 5-200 kW. Hiện nay có khoảng 300 địa phương ở Bắc và
Trung Bộ đã lắp đặt hệ thống thủy điện micro, với tổng công suất khoảng 20 MW. Hệ
thống thủy điện pico là hệ thống phát điện cá nhân, bao gồm turbin, máy phát điện, dây
dẫn và cầu dao/cơng tắc. Turbin có cơng suất từ 100-1000 kW. Ước tính có khoảng 100150 ngàn thiết bị thủy điện cá nhân được bán trên cả nước, với tổng cơng suất là 30-75
MW. Mỗi năm có khoảng 40.000 thiết bị được bán trên thị trường, trong đó 50% là mua
mới và 50% là tân trang/thay thế. Thiệt bị thủy điện pico này được sử dụng chủ yếu ở
Cao Nguyên Trung Bộ và các tỉnh miền núi Bắc Bộ.
Hiện nay chính phủ đã đưa ra chính sách khuyến khích phát triển thủy điện vừa và nhỏ
nhằm cải thiện đời sống người dân vùng núi. Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) đề
xuất đầu tư xây dựng 173 cơng trình thủy điện vừa và nhỏ có cơng suất lắp máy từ 5
MW đến 30 MW ở 30 tỉnh trong cả nước với tổng công suất 2.296 MW và lượng điện
bình quân hàng năm gần 10,5 GWh. Trong đó, các tỉnh Sơn La, Yên Bái, Quảng Nam,
Gia Lai, Lâm Đồng và Lào Cai có số dự án nhiều nhất, từ 11-23 dự án, tập trung ở khu
vực sông Đà, sông Hồng, sông Cả, sông Vũ Gia-Thu Bồn, sông Đồng Nai và sông Sê
San.
1.2.4. Năng lượng sinh học
Năng lượng sinh học là năng lượng bắt nguồn từ quá trình chuyển đổi sinh khối,
trong đó sinh khối có thể được sử dụng trực tiếp như nhiên liệu hoặc được xử lý thành
các chất lỏng và chất khí. Sinh khối là các chất hữu cơ dễ phân hủy có nguồn gốc từ

thực vật hay động vật. Sinh khối bao gồm gỗ và các cây trồng nông nghiệp, cây thân
thảo và thân gỗ, chất thải hữu cơ đô thị, cũng như phân bón. Năng lượng sinh học là
nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất hiện nay, cung cấp 10% nguồn năng lượng sơ cấp của
thế giới. Nó đóng vai trị quan trọng tại nhiều nước đang phát triển như cung cấp năng
lượng cho đun nấu và sưởi ấm, tuy nhiên nó thường gây ra các tác động đến sức khỏe

15


và môi trường [2].
Việc phát triển nhiên liệu sạch từ sinh khối như năng lượng sinh học tại các nước đang
phát triển là những giải pháp chính để cải thiện tình hình hiện nay và đạt mục tiêu tiếp
cận với năng lượng sạch vào năm 2030. Hiện nay, năng lượng sinh học chiếm khoảng
10% (50 exajoule (EJ=1018 joules)) tổng năng lượng chính trên thế giới. Hầu hết tỷ lệ
này ở những nước đang phát triển được sử dụng cho việc đun nấu và sưởi ấm. Việc sử
dụng sinh khối cho các loại bếp thô sơ và kém hiệu quả gây ảnh hưởng đáng kể đến sức
khỏe (ơ nhiễm khói) và môi trường (phá rừng). Trong lĩnh vực xây dựng, năng lượng
sinh học hiện đại được sử dụng để cung cấp nhiệt đã đạt khoảng 5 EJ trong năm 2012.
Ngoài ra, 8 EJ sử dụng trong công nghiệp, chủ yếu cho sản xuất giấy và bột giấy cũng
như lĩnh vực chế biến thực phẩm nhằm cung cấp nhiệt cho quá trình xử lý ở nhiệt độ
trung bình và thấp. Trong năm 2012, tổng công suất điện được sản xuất từ năng lượng
sinh học là 370 TWh, tương ứng với 1,5% tổng sản lượng điện trên thế giới. Các công
nghệ để sản xuất điện và nhiệt từ năng lượng sinh học đã tồn tại từ hệ thống sưởi cho
các tòa nhà đến những bể chiết suất khí sinh học để sản xuất điện, các nhà máy khí hóa
điện và nhiệt sinh khối quy mô lớn. Sinh khối kết hợp trong các nhà máy điện đốt than
hiện nay cũng có thể là lựa chọn nhằm đạt mục tiêu giảm phát thải ngắn hạn và sử dụng
bền vững hơn tài sản hiện có. Ngồi ra, các nhà máy năng lượng sinh học mới đang ngày
càng đóng vai trị quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu về điện và nhiệt.
Với đặc thù là một nước nơng nghiệp, Việt Nam có tiềm năng khai thác khoảng 150
triệu tấn các loại này mỗi năm. Việc làm này không chỉ giúp giảm bớt các chất thải ra

môi trường mà cịn góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm bớt phụ thuộc vào nhiên
liệu hóa thạch.
Việt Nam có nhiều loại sinh khối có thể sử dụng một cách hiệu quả để cung cấp và đáp
ứng một phần nhu cầu nhiên liệu và điện của đất nước. Các loại sinh khối chính ở Việt
Nam gồm: (i) Củi gỗ; (ii) Phế thải từ cây nông nghiệp. Thuật ngữ “củi gỗ” là chất
đốt có nguồn gốc từ gỗ. Nó chủ yếu bao gồm củi (vỏ cây, cành và lá cây, cây bụi,... thu
được từ việc cắt tỉa cây) và phế thải gỗ thải ra từ các nhà máy chế biến gỗ (nhà máy xẻ
gỗ và nhà máy gỗ dán). Củi thường được khai thác từ rừng tự nhiên và rừng trồng, từ

16


các khu đất trống đồi trọc, từ việc cắt tỉa cây công nghiệp lâu năm (chè, cà phê, cao su,
điều,...), cây ăn trái (cam, nhãn,...) và cây trồng phân tán. Sản lượng củi khai thác bền
vững được tính theo cơng thức EF = A × CSE với EF - Sản lượng củi khai thác (tấn/năm);
A - Diện tích đất rừng hoặc đất trồng cây (ha); CSE - Hệ số khai thác củi bền vững
(tấn/ha/năm).
Rừng tự nhiên và rừng trồng: Năm 2012, tổng diện tích rừng của VN khoảng 13,95
triệu ha, trong đó 10,39 triệu ha là rừng tự nhiên và 3,56 triệu ha là rừng trồng. Với
hệ số trung bình khai thác củi bền vững 0,7 tấn/ha/năm đối với rừng tự nhiên và 2,1
tấn/ha/năm đối với rừng trồng, tổng sản lượng củi khai thác từ rừng tự nhiên và rừng
trồng tương ứng là 7,2273 triệu tấn và 7,476 triệu tấn.
1.2.5. Năng lượng địa nhiệt
Có ba loại nguồn địa nhiệt chính là: nguồn thủy nhiệt nhiệt độ cao (nguồn từ núi lửa),
nguồn thủy nhiệt nhiệt độ trung bình và thấp, đá nóng. Mỗi loại nguồn sử dụng cơng
nghệ sản xuất điện và nhiệt khác nhau. Flash Steam Plants, đóng góp khoảng 2/3 công
suất lắp đặt địa nhiệt hiện nay, được sử dụng ở các hồ nước có nhiệt độ trên 180°C.
Trong các hồ nước nhiệt độ cao, nước nóng được xả xuống phía dưới đập để tạo áp suất.
Hơi nước được tách ra và được dẫn đến một tuabin để tạo ra điện. Phần nước nóng cịn
lại có thể chảy lại lần hai (Double Flash Plant) hoặc lần thứ ba (flash triple) ở áp suất và

nhiệt độ thấp dần để thu được nhiều hơi hơn. Dry steam plants, đóng góp khoảng 1/4
công suất địa nhiệt hiện nay, nhà máy sử dụng trực tiếp hơi nước khô được bơm từ các
giếng sản xuất đến nhà máy và sau đó qua các tuabin. Việc kiểm soát lượng hơi nước sẽ
dễ dàng hơn trong các nhà máy Flash Steam Plant- tại đó dịng chảy liên tục được bơm
lên trong các giếng để tránh nguy mất trọng lực của pha lỏng nhằm đáp ứng nhu cầu
điện năng đang dao động. Binary plants là nhóm nhà máy địa nhiệt phát triển nhanh nhất
bởi vì chúng có thể sử dụng các nguồn nhiệt thấp và trung bình phổ biến hơn. Binary
plants sử dụng Chu trình Rankine hữu cơ (ORC) hoặc chu trình Kalina, thường hoạt
động ở nhiệt độ dao động từ thấp 73°C (ở Chena Hot Springs, Alaska) đến 180°C. Tại
những nhà máy này, nhiệt được thu hồi từ các chất lỏng địa nhiệt, sử dụng các bộ trao
đổi nhiệt để làm bốc hơi chất lỏng hữu cơ có điểm sơi thấp (ví dụ như butan hoặc pentan
trong chu kỳ ORC và hỗn hợp nước và amoniac trong chu trình Kalina) và làm chạy tua

17


bin. Hiện nay, các nhà máy binary đóng góp 11% cơng suất điện lắp đặt trên tồn cầu
và 44% về số lượng các nhà máy.
Năng lượng địa nhiệt cũng có thể cung cấp nhiệt. Ngay cả những nguồn địa nhiệt ở
nhiệt độ 20°C đến 30°C (ví dụ như nước lũ tại các mỏ bị bỏ hoang) cũng hữu ích nhằm
đáp ứng nhu cầu nhiệt cho sưởi ấm không gian hoặc những ứng dụng nhiệt độ thấp
khác. Các nhà máy địa nhiệt có thể cung cấp nhiệt cho hệ thống sưởi ấm trong khu vực
chẳng hạn như nước nóng cịn lại từ q trình sản xuất điện, có thể sử dụng cho các ứng
dụng yêu cầu nhiệt độ thấp hơn. Do q trình truyền tải nhiệt có những hạn chế do đó
nhiệt địa nhiệt chỉ có thể được sử dụng ở những nơi gần với những nguồn địa nhiệt.
Các công nghệ địa nhiệt sử dụng nguồn đá nóng cũng có những đóng góp lớn cho
nguồn năng lượng trên thế giới. Các cơng nghệ sử dụng nguồn đá nóng được biết như
hệ thống địa nhiệt cải tiến (EGS). Những hệ thống này nhằm mục đích sử dụng nhiệt
của trái đất ở những nơi khơng có hoặc thiếu hơi nước/nước nóng hoặc nơi có độ thấm
thấu thấp. Các nhà máy EGS khác với những nhà máy truyền thống vì nó quan tâm đến

việc khai thác nhiệt và hơi nước. Do đó, cơng nghệ EGS tập trung vào kỹ thuật tạo ra
những vùng trao đổi nhiệt lớn trong đá nóng. Q trình này gồm nâng cao độ thẩm thấu
bằng cách mở ra các khe nứt đã có từ trước hoặc tạo ra những khe nứt mới.
1.2.6. Năng lượng thuỷ triều
Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên quả đất, trong đó ảnh hưởng
của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn. Có hai lần triều cao và thấp trong một ngày (do sự
tự quay của trái đất quanh trục của nó) [3]. Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo
chu kỳ 14 ngày. Thủy triều cực đại (triều cường-khi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lớn nhấtlúc đó mặt trăng, mặt trời và trái đất giống như thẳng hàng) xảy ra ngay sau khi trăng
trịn và trăng non, có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ. Thủy triều
kiệt (khi ảnh hưởng của sức hút thấp nhất-khi đường thẳng nối trái đất và mặt trăng tạo
thành góc 90 độ với đường thẳng nối trái đất và mặt trời).
Việc chế ngự nguồn năng lượng này đã được chú ý hàng thế kỷ nay. Vào thế kỷ 18, nhà
máy năng lượng nước vận hành nhờ sự chuyển động lên xuống thủy triều được xây dựng
ở New England. Bơm nước cống rãnh dùng năng lượng thủy triều ở Hamburg, Đức mãi
18


đến năm 1880. Còn bơm nước sử dụng năng lượng thủy triều lắp đặt năm 1580 dưới cầu
London đã hoạt động suốt 2,5 thế kỷ. Những hệ thống này đã dần được thay thế bằng
các động cơ tiện lợi và hiệu quả hơn.
Bình thường, sự chênh lệch mực nước giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m. Tuy
nhiên, một số vùng bờ biển với vịnh hẹp có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mực nước
triều. Vd như, vịnh Fundy ở Nova Scota (Đơng Nam Canada), có mức triều lớn nhất thế
giới, độ chênh lệch có thể lên đến 16m. Bằng cách xây đập bắc ngang qua vịnh, ta có
thể điều khiển được nguồn năng lượng này để tạo ra điện năng.
Một lòng chảo thủy triều (tidal basin) là một hồ chứa đầy và cạn khi thủy triều lên và
xuống. Khi nước qua các cửa mở của đập, nó chảy trực tiếp vào các cánh tuabin nước
và phát ra điện. Tại đỉnh điểm thủy triều, cửa đóng và nước được giữ lại trong basin.
Thủy triều hạ dần, cửa mở ra và nước lại chảy qua các tuabin trở về đại dương, quay
tuabin và phát điện


Hình 1: Sơ đồ cơ chế vận hành trạm phát điện từ năng lượng thuỷ triều

Hiện nay, các trạm điện thủy triều đang hoạt động ở Pháp, Nga, Trung Quốc và Canada.
Tuy nhiên, năng lượng thủy triều không phải là một nguồn năng lượng quan trọng trên
tồn thế giới, bởi vì chỉ có một số ít các vị trí có mực nước triều dâng cao đủ để việc
phát điện mang tính khả thi.

19


Nhà máy điện thủy triều đầu tiên được xây dựng ở Pháp nơi sông Rance đổ ra Đại Tây
Dương trên vùng biển Brittany (hình 8.4). Hồn thành năm 1968, nó có cơng suất 240
MW. "Lịng chảo" (basin) của nó rộng 8,5 dặm vng và có mực triều dâng cao nhất là
27,6 feet (8,28m).

Hình 2: Đập nước phát điện thuỷ triều bắc ngang song Rance

Trạm thủy triều đầu tiên ở Bắc Mỹ đặt trên sơng Annapolis, nơi đổ vào vịnh Fundy.
Hồn thành năm 1984, nó có cơng suất 20 MW.
Vấn đề đặt ra đối với năng bao gồm chi phí đầu tư xây dựng nhà máy điện khá cao và
tác động của nó đến mơi trường. Năng lượng thủy triều lớn nhất tập trung ở những vùng
cửa sông, bờ biển, nơi các dịng sơng gặp thủy triều đại dương. Đây lại là nơi có sự hịa
trộn giữa nước ngọt và mặn, tạo nên mơi trường thủy sinh có năng suất cao. Cá và vô số
động vật thân mềm đến đây sinh sản. Vì thế, việc xây dựng đập sẽ ảnh hưởng lớn đến
sinh thái khu vực.
1.2.7. Năng lượng từ gradient nhiệt đại dương
Năng lượng từ gradient nhiệt đại dương hay còn gọi là OTEC (Ocean Thermal Electric
Converter) là sử dụng gradient nhiệt độ giữa bề mặt nước biển và nước sâu có thể được
khai thác bằng việc sử dụng các quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương khác

nhau. Khoảng 2/3 bề mặt trái đất được bao phủ bởi lớp nước đại dưong sâu hàng kilomet.

20


Điều này tạo nên một trữ lượng khổng lồ nguồn nhiệt năng. Do hấp thụ năng lượng Mặt
Trời mà bề mặt đại dương ấm hơn dưới đáy sâu. Ở vịnh Mêxicơ và ở Thái Bình Dương
gần Hawaii, nhiệt độ giảm từ 25 độ C trên bề mặt xuống 5 độ C ở độ sâu 1000 feet (gần
300 m). Trong tương lai, người ta có thể tạo ra điện năng nhờ lợi dụng gradient nhiệt độ
này. Một động cơ sẽ lấy nhiệt từ lớp trên đại dương, chuyển thành cơng có ích rồi bơm
nó xuống lớp sâu dưới đáy.
Động cơ hoạt động giống như một tuabin hơi nước. Tuy nhiên do lấy ở 20 độ C và trả
lại ở 10 độ C nên nước khơng thể được dùng vì nó khơng bốc hơi ở nhiệt độ này.
Yêu cầu về một chất lỏng bay hơi ở 20 độ C và tạo ra áp suất bay hơi đáng kể được đặt
ra. Ammonia lỏng có khả năng này, tuy nhiên hiệu suất nhiệt cực đại của thiết bị cũng
chỉ trong khoảng vài phần trăm bởi vì sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ. Thiết bị OTEC dài
khoảng 1000 feet và được neo trong đại dương. Nước ấm (bề mặt) chảy vào phần trên
của hệ thống, sau đó đi qua bộ phận trao đổi nhiệt, truyền nhiệt cho nồi hơi, làm bay hơi
Ammonia. Hơi sau đó ngưng tụ lại thành chất lỏng và trở lại nồi hơi.
Các ưu điểm hấp dẫn của OTEC là:
(1) Không sinh ra ô nhiễm, không sinh ra CO2.
(2) Sử dụng nguồn năng lượng gần như vô tận của mặt trời đã chuyển thành nhiệt năng
trên bề mặt đại dương.
Ngoài việc phát ra năng lượng điện, nước sau khi sử dụng được dùng điều hịa khơng
khí, hoặc đưa vào khu ni trồng thủy sản gần đó, cung cấp nguồn nước biển sạch, giàu
dinh dưỡng cho tảo, cá, động vật giáp xác...
Mặc dù OTEC khả thi về mặt kỹ thuật nhưng ảnh hưởng tiềm tàng của việc đưa một
lượng lớn nước lạnh lên bề mặt ở vùng nhiệt đới cần được xem xét kỹ trước khi tiến
hành đại trà. Các tính chất của nước như: nồng độ khí hịa tan, độ đục, nồng độ chất dinh
dưỡng, sự chênh lệch độ mặn thay đổi theo nhiệt độ, và những thay đổi này ảnh hưởng

đến sinh vật biển.

21


Hình 3: Chu trình năng lượng kín – Hệ thống chuyển hoá năng lượng nhiệt đại dương

1.2.8. Năng lượng từ sóng đại dương
Sóng đại dương sinh ra do gió, gió gây ra bởi mặt trời (chuyển động của các khối khí do
chênh lệch nhiệt độ v.v..). Vì vậy, năng lượng sóng được xem như dạng gián tiếp của
năng lượng Mặt Trời. Giống như các dạng dòng nước chảy khác, năng lượng sóng có
khả năng làm quay tuabin phát điện. Na Uy, Anh, Nhật và một số nước đang nghiên cứu
sản xuất điện từ sóng đại dương. Trạm phát điện từ sóng dùng một kỹ thuật đơn giản.
Thiết bị bằng bêtơng rỗng được đặt chìm vào trong một máng rãnh ngồi khơi để "bắt"
sóng. Mỗi khi một cơn sóng mới đi vào khoang (khoảng 10 giây/lần), nước dâng lên
trong khoang đẩy khơng khí đi vào lỗ thốt có đạt một tuabin, làm quay tuabin chạy máy
phát điện. Khi sóng hạ, nó kéo khơng khí trở lại khoang và sự chuyển động của khơng
khí lại tiếp tục làm quay tuabin. Điều cần lưu ý là sự cố ngồi khơi có thể làm hư hỏng
thiết bị. Năm 1995, trạm phát điện bằng sóng đầu tiên của thế giới ngoài biển Bắc
Scotland đã bị nhấn chìm trong một cơn bão sau khi nó hoạt động chưa đầy một tháng.
Mặc dù nguồn năng lượng từ sóng đại dương là rất lớn nhưng cho đến nay, hiệu suất
năng lượng thu được còn rất thấp nên việc ứng dụng năng lượng sóng chưa mang tính

22