Đồ án Điều tra đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn năng lượng mới và tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của tỉnh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG ĐÓNG GÓP CỦA CÁC NGUỒN NLM&TT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN VÀO LƯỚI ĐIỆN CỦA TỈNH Ngành : THIẾT BỊ MẠNG – NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số:23.0 Học Viên: HÀ THỊ NINH Người HD Khoa học : PGS.TS. ĐẶNG ĐÌNH THỐNG Khoa đào tạo SĐH Người HD khoa học Đặng Đình Thống Học viên Hà Thị Ninh THÁI NGUYÊN - 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 3 1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHÚNG 3 1.1.1. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 3 1.1.2. Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 6 1.2. CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG 7 1.2.1. Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT) 7 1.2.2. Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN) 11 1.2.3. Công nghệ điện gió 12 1.2.4. Phát điện từ sinh khối 14 1.2.5. Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt 15 1.2.6. Phát điện từ nguồn năng lƣợng đại dƣơng 16 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN TỪ NLM & TT 18 1.3.1. Trên thế giới 18 1.3.2. Tại Việt Nam 20 CHƢƠNG 2. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 24 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI 24 2.1.1. Vị trí địa lý. 24 2.1.2. Dân số 24 2.1.3. Địa hình – Khí hậu 26 2.1.4. Tài nguyên 26 2.2. HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN 28 2.2.1. Hiện trạng phụ tải 28 2.2.2.Dự báo nhu cầu điện 29 2.2.3.Các nguồn cung cấp điện năng 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.3. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 36 2.3.1. Vai trò của năng lƣợng mới và tái tạo 36 2.3.2. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo ở Thái Nguyên. 38 2.3.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ. 38 2.3.4.Năng lƣợng sinh khối 45 2.3.5. Năng lƣợng mặt trời 50 2.4. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG 54 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 58 3.1. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN 58 3.2. CÁC CÔNG NGHỆ ĐƢỢC ĐỀ NGHỊ 58 3.2.1. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ 59 3.2.2. Năng lƣợng sinh khối để phát điện 63 3.2.3. Năng lƣợng mặt trời 67 CHƢƠNG 4. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG 79 4.1. TÁC ĐỘNG TỚI MÔI TRƢỜNG TỰ NHIÊN 79 4.2. TÁC ĐỘNG TỚI ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 LỜI NÓI ĐẦU Bước sang thế kỷ 21, cùng với nhịp độ phát triển kinh tế - xã hội ngày một gia tăng trong khuôn khổ của nguồn tài nguyên bị hạn chế, loài người đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng cổ điển và phải đương đầu với vấn đề ô mhiễm môi trường sống đã ở mức báo động trong phạm vi toàn cầu gây ra bởi lượng khí thải độc hại trong quá trình sử dụng năng lượng. Vì vậy, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng bổ sung và nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo đang được các quốc gia trên toàn thế giới quan tâm. Năng lượng mới và tái tạo là những nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng to lớn và có khả năng tái tạo hầu như vô tận. Việt Nam nói chung và Thái Nguyên nói riêng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng, nguồn năng lượng truyền thống dần dần không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng năng lượng cho con người. Do vậy, việc điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn năng lượng mới và tái tạo là vấn đề cấp bách và cần thiết. Đề tài tốt nghiệp “Điều tra, đánh giá tiềm năng và khả năng đóng góp của các nguồn NLM & TT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên vào lưới điện của Tỉnh” được nghiên cứu với mục đích góp phần vào chiến lược phát triển năng lượng chung của Tỉnh và cả nước, hiện tại nguồn năng lượng này có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho những vùng miền núi xa xôi, hẻo lánh, những nơi chưa có điện lưới quốc gia của Thái Nguyên, phục vụ cho việc phát triển kinh tế, xã hội, xoá đói, giảm nghèo...Trong tương lai, nó có thể dần thay thế các nguồn năng lượng điện hiện nay. Khi nghiên cứu đề tài này, tôi đã có được các tài liệu liên quan hiện có về các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam và Thái Nguyên. Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực hoàn toàn mới do vậy các tài liệu còn rất hạn chế và các số liệu chưa đầy đủ, có sự sai lệch số liệu từ các nguồn khác nhau ( các bài báo, dự án, tạp chí, quy hoạch phát triển...), không phải tất cả các số liệu sử dụng đều cập nhật. Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Đặng Đình Thống – Giám đốc trung tâm năng lượng mới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, các sở Điện lực, Công nghiệp, Nông nghiệp, Tài nguyên môi trường...cùng bạn bè, đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 CHƢƠNG 1 CÁC NGUỒN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHÚNG 1.1.1. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 1.1.1.1 Năng lƣợng mặt trời. Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các dạng năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông...Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên để khai thác sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó đặc biệt khi tới bề mặt quả đất. 1.1.1.2. Năng lƣợng gió Năng lượng gió là một dạng chuyển tiếp của năng lượng mặt trời, bởi chính ánh nắng ban ngày đã đun nóng bầu khí quyển, tạo nên tình trạng chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa nhiều vùng khác nhau, và các khối không khí từ những khu vực có áp suất cao sẽ dịch chuyển nhanh đến những vùng có áp suất thấp hơn, tạo ra hiện tượng gió thổi đều khắp trên bề mặt địa cầu. Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. 1.1.1.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ. Theo đánh giá chung về thủy điện nhỏ thì rất lớn, đặc biệt là ở những khu vực miền núi nơi tập trung rất nhiều sông suối nhỏ, mặt khác đây là nguồn năng lượng có giá thành rẻ nên cần có chính sách khai thác và sử dụng hiệu quả. Từ các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng về năng lượng (gọi là thuỷ năng). Thông thường nguồn thuỷ năng phụ thuộc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 vào độ dốc sông suối và lưu lượng nước chảy qua. Nguồn thuỷ năng có thể phân bố đều hoặc không đều trên một đoạn sông suối. Để tập trung năng lượng của dòng chảy, nghĩa là để tạo được độ chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu người ta sử dụng một số phương pháp kiểu trạm thuỷ điện như: Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn, phương pháp tập trung năng lượng bằng đường dẫn và phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy. 1.1.1.4. Năng lƣợng sinh khối. Sinh khối bao gồm các loài thực vật sinh trưởng và phát triển trên cạn cũng như ở dưới nước, các phế thải hữu cơ như: rơm rạ, vỏ trấu, bã mía, vỏ cà phê..., các loại phế thải động vật như: phân người, phân gia súc, gia cầm.... Sinh khối là nguồn năng lượng đầu tiên của loài người và mặc dù ngày nay các nguồn năng lượng hoá thạch như: than đá, dầu mỏ, khí đốt là các nguồn năng lượng chính nhưng sinh khối vẫn còn được sử dụng với một khối lượng và tỉ lệ khá lớn, nhất là ở các nước đang phát triển. Sinh khối là một nguồn năng lượng có khả năng tái sinh. Nó tồn tại và phát triển được trên hành tinh chúng ta là nhờ có ánh sáng mặt trời. Các loài thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời để thực hiện các phản ứng quang hợp, biến đổi các khoáng chất, nước và các nguyên tố vô cơ khác thành các chất hữu cơ. Trong quá trình quang hợp, thực vật còn hấp thụ khí cacbonic và tạo ra oxy là chất khí tạo ra sự sống trên quả đất này. Các tính toán cho thấy rằng, hàng năm thực vật hấp thụ 0,1% tổng năng lượng bức xạ mặt trời tới quả đất, và nhờ phản ứng quang hợp, tạo ra 2x10 11 tấn chất hữu cơ và cho một nguồn năng lượng rất lớn, khoảng 3x1012J. Phần lớn các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam ta, được thiên nhiên ban tặng cho nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời rất dồi dào. Ở các nước này mật độ năng lượng mặt trời khá cao, nằm trong khoảng từ 4 đến 7KWh/m 2.ngày, là điều kiện rất thuận lợi cho thực vật phát triển. Phản ứng quang hợp còn là phản ứng cơ bản tạo ra thức ăn cho động vật. Nếu kể đến cả sản phẩm oxy của phản ứng quang hợp ta có thể nói rằng sinh khối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 nói chung và thực vật nói riêng có ý nghĩa quyết định đối với sự sống trên hành tinh chúng ta. Năng lượng sinh khối hoàn toàn có thể thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch đang bị khai thác cạn kiệt và gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề 1.1.1.5. Năng lƣợng địa nhiệt. Địa nhiệt là nguồn năng lượng tự nhiên ở trong lòng quả đất, dưới lớp vỏ không dày lắm của quả đất, nhiệt độ lên đến 10000C đến hơn 40000C, ở một số khu vực áp suất cũng rất lớn, vượt quá 130MPa. Còn ở lớp trên cùng của vỏ Trái đất chỉ có nhiệt độ bình quân trong năm là 150C, dưới lớp đó là một lớp có nhiệt độ bình quân là 540 0C, còn tại lớp lõi trong nhiệt độ bình quân là 70000C. Khối năng lượng khổng lồ đó tồn tại đồng hành với Trái đất và là nguồn năng lượng vô hạn sinh ra từ các chuỗi phản ứng hạt nhân, sự phân hủy các chất phóng xạ tiến hành thường xuyên trong lòng Trái đất như Thori (Th), Protactini (Pa), Urani (U)...vv, năng lượng do các phản ứng phóng xạ được tích tụ trong lòng quả đất hàng triệu năm với một lượng khổng lồ làm nóng chảy lõi quả đất dưới áp suất cao. Đi sâu xuống lòng đất 2-40m (tùy địa điểm) ta sẽ gặp tầng Thường ôn, tức là tầng có nhiệt độ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Mặt Trời. Dưới tầng Thường ôn càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng. Người ta gọi địa nhiệt cấp là độ sâu tính bằng mét đủ để nhiệt độ tăng lên 1 0C. Trị số trung bình là 33m. Nếu xuống sâu được đến 60km thì có nhiệt độ tới 1800 0C. Thường thường để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 2000C. Nước được làm sôi lên sẽ theo ống dẫn lên và có thể làm chạy các máy phát điện...vv. Theo đánh giá của các chuyên gia, có khoảng 10% diện tích vỏ quả đất có chữa các nguồn địa nhiệt có thể đánh giá được tiềm năng của nó. Các nguồn này có thể cung cấp cho nhân loại một nguồn năng lượng rất lớn. 1.1.1.6. Năng lƣợng đại dƣơng. Tiềm năng năng lượng của các đại dương chứa trong sóng và thuỷ triều cũng như trong sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng trên bề mặt và các lớp nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 lạnh ở dưới đáy các đại dương là vô cùng to lớn. Gió thổi trên một khoảng không gian bao la trên các đại dương sẽ tạo ra sóng biển dữ dội, liên tục và mang theo một nguồn năng lượng có thể nói là vô tận. Thuỷ triều là kết quả giữa lực hút của mặt trời, mặt trăng với quả đất và do sự chuyển động của quả đất xung quanh mặt trời, cũng như sự quay xung quanh trục nghiêng của quả đất. Ở một số khu vực trên thế giới, mức nước biển dâng lên và hạ xuống trên 12m hai lần trong một ngày. Đại dương còn là một bộ thu năng lượng khổng lồ, hấp thụ năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng làm nóng lớp nước ở bề mặt và tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước nóng ở bề mặt và nước lạnh dưới sâu. 1.1.2. Các đặc tính của các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo 1.1.2.1. Đặc tính phong phú và có thể tái sinh: Có thể nói các nguồn năng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) rất phong phú và có sẵn do thiên nhiên ban tặng cho chúng ta, không những thế hầu hết các nguồn năng lượng này đều có thể tái tạo được. Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời hết sức dồi dào, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt cũng có trữ lượng khá lớn nếu không muốn nói là khó có thể cạn kiệt được. Tiềm năng của năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất. Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng truyền thống mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại "vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh, khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 thorium có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng không được tính vào loại năng lượng này. 1.1.2.2. Nguồn năng lượng sạch và không gây ô nhiễm môi trường Tất cả các nguồn NLM & TT đều sạch nên việc sử dụng các nguồn năng lượng này sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho kinh tế. So sánh với các nguồn năng lượng truyền thống như: Than đá, hoá thạch hay thuỷ điện, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả có hại đến môi trường. Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước. Ngoài ra, việc di dân cũng như việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những người dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài toán khó đối với các nhà hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các đập nước tại Việt Nam cũng không còn nhiều. Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến cuộc sống của người dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rò rỉ hạt nhân cộng thêm chi phí đầu tư cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có nhiều sự ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng này. Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe người dân. Hơn thế nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao. Theo báo cáo từ Tổ chức Hoà Bình Xanh và Hội đồng Năng lượng Tái tạo châu Âu việc đầu tư vào năng lượng xanh tới năm 2030 sẽ giảm một nửa lượng phát thải CO2. Bản báo cáo này cung cấp một luận cứ kinh tế về sự luân chuyển các khoản đầu tư toàn cầu sang năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ điện, địa nhiệt và năng lượng sinh khối trong hơn nửa thế kỷ tới. 1.2. CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO VÀ CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHÚNG 1.2.1. Công nghệ điện năng lƣợng mặt trời (NLMT) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 Có thể xem mặt trời là một quả cầu cách quả đất 150 triệu km. Đường kính mặt trời 1,39 triệu km, lớn hơn 109 lần đường kính quả đất, áp suất ở phần trong mặt trời rất cao, cao hơn áp suất khí quyển ở quả đất khoảng chục triệu lần. Nhiệt độ trên mặt trời biến đổi từ hơn 15 triệu độ ở trong lõi tới 6 000 độ ở mặt ngoài của nó. Khí quyển mặt trời chứa khoảng 78,4% khí Hydro (H2), 19,8% Heli (He), các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%. Các điều kiện về áp suất, nhiệt độ và thành phần khí quyển trên mặt trời là điều kiện lý tưởng cho phản ứng nhiệt hạt nhân và tạo ra nguồn năng lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra năng lượng tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá. Tuy nhiên bề mặt quả đất chỉ nhận được 17,57.1016 W, tương đương năng lượng đốt cháy hết 6 triệu tấn than đá. NLMT rất lớn, nhưng phân bố lại mỏng, chỉ khoảng 800-1000W/m2 nên việc khai thác khá khó khăn. Bản chất bức xạ mặt trời (BXMT) là sóng điện từ có phổ bước sóng rất rộng, từ hàng km đến phần tỷ m. ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0.4 đến 0,7 m, chỉ chiếm một phần rất nhỏ phổ BXMT (hình 1.1). Hình 1.1. Phổ BXMT Tuy nhiên khi BXMT xuyên qua lớp khí quyển tới bề mặt quả đất, do các phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi,… làm tán xạ, hấp thụ, nên phổ và cường độ BXMT trên mặt đất bị giảm đi rất đáng kể. 1.2.1.1. Công nghệ nhiệt mặt trời (NMT) 10 -10 10 -8 10 -6 10 10 10 -4 10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 12 10 14 Tia vũ trụ Tia Rơnghen Tia tử ngoại Tia nhìn thấy Tia hồng ngoại Sóng ngắn Sóng vô tuyến điện ( ) m) Tia Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 a. Hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính là một trong những hiệu ứng quan trọng nhất được ứng dụng để khai thác năng lượng mặt trời. Nguyên lý hoạt động như sau: Các loại kính xây dựng cho các tia BXMT có bước sóng truyền qua một cách dễ dàng, trong khi đó các bức xạ có > 0,7 m (các tia này còn được gọi là tia nhiệt) thì bị kính phản xạ trở lại. Trước hết ta khảo sát một hộp thu nhiệt mặt trời như hình 1.2. Mặt trên hộp được đậy bằng tấm kính (1). Thành xung quanh và đáy hộp có lớp vật liệu cách nhiệt dày (2). Đáy trong của hộp được làm bằng tấm kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt trên của nó phủ một lớp sơn đen, hấp thụ nhiệt tốt và được gọi là tấm hấp thụ (3). Hình 1.2. Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính Các tia bức xạ mặt trời (BXMT) có bước sóng < 0,7 m tới mặt hộp thu, đi qua tấm kính phủ phía trên (1), tới bề mặt tấm hấp thụ (3). Tấm này hấp thụ năng lượng BXMT và chuyển hoá thành nhiệt làm cho tấm hấp thụ nóng lên, khi đó nó trở thành nguồn phát xạ thứ cấp phát ra các tia bức xạ nhiệt có bước sóng m7,0 , hướng về mọi phía. Các tia đi lên phía trên bị tấm kính ngăn lại, không ra ngoài được. Nhờ vậy, hộp thu liên tục nhận BXMT nên tấm hấp thụ được nung nóng dần lên và có thể đạt đến nhiệt độ hàng trăm độ. Như vậy năng lượng nhiệt mặt trời bị "giam" trong hộp, giống như một cái bẫy nhiệt - năng lượng vào được nhưng không thể ra được. Đó là nguyên lý “hiệu ứng nhà kính”. Nhiệt độ của tấm hấp thụ càng cao, phát xạ nhiệt từ mặt hấp thụ càng lớn, cho đến khi năng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 lượng mà tấm hấp thụ nhận được từ BXMT cân bằng với năng lượng mất mát cho môi trường xung quanh thì trạng thái cân bằng nhiệt được thiết lập. b. Bộ thu phẳng Bộ thu phẳng có cấu tạo dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính như đã mô tả trên, nhưng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng nhiệt khác nhau phần thu nhiệt có thể có các dạng kết cấu khác nhau. Bộ thu Năng lượng mặt trời (NLMT) có thể được ứng dụng trong nhiều mục đích khác nhau như để sản xuất nước nóng, sấy nông hải sản phẩm, chưng cất nước, sưởi ấm nhà cửa v.v…Nó có thể có nhiều hình dạng khác nhau được thiết kế cho phù hợp với mục đích sử dụng. 1.2.1.2. Công nghệ điện mặt trời (ĐMT) Hiện nay có hai công nghệ để sản xuất điện bằng NLMT. Đó là công nghệ Nhiệt điện mặt trời và công nghệ Pin mặt trời (hay pin quang điện). Trong công nghệ thứ nhất, năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ các hệ thống gương hội tụ như máng parabol, đĩa parabol, gương cầu...để tập trung ánh sáng mặt trời thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng và do đó có nhiệt độ rất cao, có thể làm bốc hơi nước ở nhiệt độ và áp suất lớn và sau đó hơi làm quay các Tuabin để sản xuất ra điện năng. Còn trong công nghệ pin mặt trời, năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn điện. Các pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn bức xạ mặt trời tới nó. Các hệ thống pin mặt trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không đòi hỏi phải bảo dưỡng chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng khác, nên các hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng. Ngay từ năm 1950 các pin mặt trời đã trở thành nguồn điện rất tin cậy cho các vệ tinh nhân tạo và hiện nay là các tàu vũ trụ. Đặc biệt từ cuộc khủng hoảng dầu lửa năm 1973, các hoạt động nghiên cứu hoàn thiện công nghệ pin mặt trời đã phát triển mạnh mẽ. Hiện nay sản xuất pin mặt trời đã trở thành một trong các ngành công nghiệp quan trọng ở nhiều nước công nghiệp phát triển trên thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 1.2.2. Công nghệ thuỷ điện nhỏ (TĐN) 1.2.2.1. Công nghệ thuỷ năng và các đặc điểm Các con sông, suối chảy từ nguồn xuống biển đều mang theo một tiềm năng về năng lượng (gọi là thuỷ năng). Thông thường các nguồn thuỷ năng phụ thuộc vào độ dốc sông suối và lưu lượng nước chảy qua. Nguồn thuỷ năng có thể phân bố đều hoặc không đều trên một đoạn sông suối. Để tập trung năng lượng của dòng chảy, nghĩa là để tạo được độ chênh mực nước giữa thượng lưu (TL) và hạ lưu (HL) người ta sử dụng ba phương pháp ứng với ba kiểu trạm thuỷ điện sau đây: a. Phương pháp tập trung năng lượng bằng đập ngăn Phương pháp này là đắp đập tạo nên độ chênh mực nước giữa TL và HL. Đập có nhiều loại: đập đất, đập đá và đập bêtông. Còn trạm thuỷ điện có thể bố trí sau đập hay trong lòng đập. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện sau đập hay trạm thuỷ điện trong lòng đập. Vì độ cao đập hạn chế nên phương pháp này được sử dụng chỉ cho các đoạn sông suối có độ dốc nhỏ. Cột nước toàn phần của trạm thuỷ điện được xác định bằng hiệu mực nước TL và HL. b. Phương pháp tập trung năng lượng bằng đường dẫn Phương pháp này sử dụng đường dẫn để tạo độ chênh mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu. Trạm thuỷ điện này gọi là trạm thuỷ điện đường dẫn. Đường dẫn có thể bằng đường ống hoặc kênh dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này thích hợp với các con sông, suối có độ dốc lớn hay có bậc thác. c. Phương pháp tổng hợp tập trung năng lượng dòng chảy Phương pháp này tạo độ chênh mực nước bằng đập ngăn và bằng đường dẫn đối với đoạn sông có độ dốc khác nhau. Độ chênh mực nước của trạm bằng tổng độ chênh mực nước đập tạo nên và độ chênh của đường dẫn. Trạm thuỷ điện dạng này gọi là trạm thuỷ điện tổng hợp. Cột áp toàn phần được xác định bằng tổng cột áp do đập và đường dẫn tạo nên. 1.2.2.2. Các ứng dụng Đối với một trạm thuỷ điện nhỏ quan trọng nhất là phương pháp xác định kích thước tuabin. Tuabin nước được sử dụng chủ yếu để kéo máy phát điện nhằm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 cung cấp điện cho các hộ sử dụng. Ở các vùng miền núi, tuabin nước còn được sử dụng để làm quay trực tiếp máy bơm cấp nước sinh hoạt và tưới cây. Ngoài ra tuabin nước còn được sử dụng để chạy các máy công cụ khác: Máy gia công cơ khí, máy xay xát, ...vv. a. Tuabin nước chạy máy phát điện Tuabin được nối trực tiếp với máy phát điện hoặc gián tiếp thông qua các bộ truyền động. Công suất của máy phát điện sẽ được xác định theo công suất của tuabin, còn vòng quay của máy phát được chọn theo số vòng quay đồng bộ. * Tuabin kéo trực tiếp máy phát Loại này có số vòng quay của tuabin bằng số vòng quay của máy phát * Tuabin kéo máy phát qua bộ truyền Loại này thì số vòng quay của tuabin thường nhỏ hơn vòng quay của máy phát và được xác xác định theo tỷ số truyền của bộ truyền đai hay hộp số cơ khí. b. Tuabin kéo bơm Để phục vụ cho việc cung cấp nước sinh hoạt và nước tưới cho vùng sâu, vùng xa, nơi có nguồn thuỷ năng nhỏ, người ta sử dụng tuabin để trực tiếp kéo bơm. Tổ hợp như vậy gọi là bơm thuỷ luân. Tuabin kéo bơm có hai loại: Buồng hở và buồng kín * Tuabin buồng hở cột nước thấp 0,4 đến 4m, cột áp bơm đạt 2 đến 24m. Loại này thường là tuabin hướng trục, được nối trực tiếp với máy bơm. Máy bơm được sử dụng có thể là bơm ly tâm một cấp hay nhiều cấp * Tuabin buồng kín cột nước tuabin từ 2m trở lên, cột áp bơm từ 7m đến hàng trăm mét. Loại này có thể nối trực tiếp hay gián tiếp với máy bơm qua bộ truyền đai hay hộp số. Bơm sử dụng có thể là bơm một cấp hay nhiều cấp, bơm thường có lưu lượng nhỏ và cột áp cao, có thể sử dụng bơm xoáy hay bơm ly tâm, trường hợp bơm nước sạch cho sinh hoạt có thể dùng bơm piston. 1.2.3. Công nghệ điện gió 1.2.3.1. Năng lượng gió (NLG) và đặc điểm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 Năng lượng gió thường được khai thác từ các trạm đặt ở độ cao (20-70)m so với bề mặt trái đất. Trên độ cao lớn (8-12)km gọi là tầng đối lưu, có gió thường xuyên hơn và gọi là dòng chảy luồng (hay luồng khí). Gió loại này có vận tốc lớn (25-80)m/s. Tiềm năng năng lượng của chúng lớn hơn nhiều. Đặc tính gió ở tầng này khác nhiều so với đặc tính gió trên mặt đất. Song sử dụng gió ở độ cao này gặp phải một số khó khăn rất lớn về mặt kỹ thuật khi chuyển tải điện từ độ cao lớn tới mặt đất. Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc. Dưới ảnh hưởng của một loạt các yếu tố khí tượng (sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay đổi tác động của mặt trời và lượng năng lượng nhiệt truyền tới mặt đất...), đồng thời các điều kiện địa hình tại chỗ, tốc độ gió thay đổi cả về giá trị và hướng. Hướng véctơ vận tốc cho thấy vị trí tính theo góc của nó ứng với hướng được lấy làm gốc tính toán (thường là hướng Bắc). Vận tốc gió có tác động đáng kể tới động cơ gió và ảnh hưởng tới hệ thống điều chỉnh tự động, việc sản sinh ra năng lượng phụ thuộc trước hết vào vận tốc gió trung bình theo thời gian và diện tích bề mặt bánh công tác động cơ gió. Vận tốc gió trung bình theo thời gian xác định bằng tỷ số của tổng các giá trị vận tốc gió tức thời đo được với số lần đo trong khoảng thời gian đo. Vận tốc gió trung bình thay đổi đáng kể trong thời gian khác nhau trong ngày, trong các tháng và các mùa. Do vậy người ta phân biệt diễn biến vận tốc theo ngày, tháng, mùa đặc trưng cho xu hướng chung thay đổi vận tốc trong các chu kỳ thời gian kể trên. Việc nghiên cứu sự biến đổi của vận tốc sẽ thuận lợi hơn nhờ sự phân tích tổng hợp tính quy luật và sự biến đổi ngẫu nhiên cường độ gió trong một khoảng thời gian chọn trước cũng như trên một diện tích không gian hữu hạn. Thông thường ở các trạm khí tượng vận tốc gió trung bình được xác định trong khoảng thời gian là 2 phút. Đặc trưng của NLG là tập hợp các dữ liệu cần thiết và đủ độ tin cậy đặc trưng cho gió như là một nguồn năng lượng và cho phép làm rõ giá trị năng lượng của nó. Đó cũng là một hệ thống các dữ liệu đặc trưng cho chế độ gió ở các vùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 khác nhau, trên cơ sở đó có thể tính toán các chế độ và thời gian làm việc của tổ máy với công suất này hoặc khác, và năng lượng tổng cộng có thể khai thác được. Đặc tính đặc trưng quan trọng nhất là mật độ phân bố các vận tốc gió khác nhau, diễn biến các chu kỳ làm việc và sự lặng gió, các chế độ vận tốc cực đại (bão). Các giá trị vận tốc gió trung bình năm và trung bình mùa cũng là những đặc trưng quan trọng, thuận lợi để đánh giá tiềm năng NLG. Đặc tính quan trọng hơn cần phải kể đến là hàm quy luật thống kê tần số biến đổi vận tốc gió trong khoảng thời gian xác định. Khi biết quy luật xác định và thông số của hàm này và khi có các đặc tính của các tổ máy NLG, có thể đánh giá được năng lượng sản ra, thời gian dừng làm việc, hệ số sử dụng, công suất lắp đặt, hiệu quả kinh tế...vv. Trong lĩnh vực NLG, mô hình toán có ý nghĩa quan trọng để đánh giá dung lượng thiết bị Ắcquy, dự trữ công suất và đồng thời các biểu đồ cung cấp năng lượng của tổ máy, vì rằng không thể tích trữ năng lượng gió cho tới khi nó thực hiện được công hữu ích. Nói cách khác động cơ gió không có Ắcquy chỉ có thể làm việc theo biểu đồ không điều khiển. Gió là một nguồn năng lượng có đặc tính ưu việt là có ở tất cả mọi nơi. Song việc ứng dụng NLG trong các quá trình sản suất là hết sức khó khăn, để nhận được công suất lớn cần có động cơ gió kích thước rất lớn. Thêm vào đó là NLG không ổn định theo thời gian nên khó sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và giao thông. 1.2.3.2. Các ứng dụng Từ lâu con người đã biết sử dụng năng lượng gió để tạo ra cơ năng thay thế cho sức lao động nặng nhọc, điển hình như các thuyền buồm chạy bằng sức gió, cối xay gió...Ngày nay việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió được rất nhiều nước quan tâm. Ứng dụng quan trọng nhất của năng lương gió là dùng để sản xuất ra điện năng thông qua các động cơ gió, ứng dụng quan trọng thứ hai là bơm nước. Người ta sử dụng các loại bơm khác nhau ghép nối với động cơ gió để bơm nước. 1.2.4. Phát điện từ sinh khối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Có hai công nghệ để làm biến đổi sinh khối ra các dạng năng lượng. Đó là công nghệ nhiệt hoá và công nghệ sinh hoá. Công nghệ sinh hoá sử dụng các phản ứng lên men sinh khối như lên men rượu, lên men kỵ khí nhờ các chủng loại vi sinh để biến đổi sinh khối ở áp suất và nhiệt độ thấp thành các loại nhiên liệu khí (khí sinh học) hoặc lỏng (ethanol, methanol…). Ngược lại công nghệ nhiệt hoá sử dụng các quá trình nhiệt độ cao để biến đổi sinh khối nhờ các quá trình đốt cháy, nhiệt phân, khí hoá, chất lỏng. Khí sinh học có rất nhiều ứng dụng như thắp sáng, dùng làm nhiên liệu đun nấu, phát điện, v.v... Ngoài ra công nghệ khí sinh học còn là một công nghệ làm sạch môi trường. 1.2.5. Công nghệ địa nhiệt và điện địa nhiệt Địa nhiệt là nguồn năng lượng nhiệt tự nhiên ở trong lòng Quả đất. Có 5 loại nguồn địa nhiệt. Đó là: nguồn nước nóng, nguồn áp suất địa nhiệt, nguồn đá nóng khô, các núi lửa hoạt động và magma. Nhiệt từ các nguồn hay từ mỏ địa nhiệt có thể khai thác nhờ sử dụng một số chất lỏng tự nhiên của quả đất để làm chất làm việc vận chuyển nhiệt. Năng lượng nhiệt này có thể cho qua tuabin để phát điện hoặc dùng một cách trực tiếp cho các quá trình gia nhiệt hoặc chế biến nhiệt công nghiệp. Để khai thác các nguồn địa nhiệt người ta thường sử dụng phương pháp khoan như: khai thác dầu hay khí đốt. Đối với các nguồn địa nhiệt nông và nhiệt độ không cao (thấp hơn 1700C) thường người ta khai thác nhiệt một cách trực tiếp hoặc sử dụng gián tiếp qua bộ trao đổi nhiệt. Để sử dụng năng lượng địa nhiệt có hiệu quả thông thường người ta sử dụng ngay tại chỗ, nơi có nguồn địa nhiệt khai thác, vì khi dẫn nhiệt đi xa (ống dẫn) hao phí nhiệt sẽ lớn. Để phát điện người ta có thể sử dụng một số hệ thống như: a. Hệ thống hơi khô: Người ta lấy hơi nước từ các giếng đá khô và sau đó cho trực tiếp qua tuabin để phát điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 b. Hệ thống hoá hơi đơn: Nước nóng từ nguồn địa nhiệt được làm bốc hơi theo kiểu xung (nổ) và sau đó dẫn qua tuabin phát điện. Nước thải còn lại được đưa trở lại nguồn (mỏ) địa nhiệt. c. Hệ thống hoá hơi kép: Trong hệ thống này hơi nước được tạo ra trong hai giai đoạn để tận dụng được nhiều hơn năng lượng địa nhiệt. Trong giai đoạn đầu hơi nước được tách ra khỏi hỗn hợp nước nóng và hơi khi lấy dưới mỏ lên và cho qua tuabin phát điện. Nước nóng được tách ra lại được hoá hơi theo kiểu xung và lại được cho qua tuabin phát điện. Cuối cùng nước nóng thải còn lại được bơm trở lại nguồn địa nhiệt. d. Hệ thống hai tầng: Để tránh được hiện tượng ăn mòn và đóng cặn sinh ra khi chất lỏng địa nhiệt đi trực tiếp qua hệ thống phát điện người ta dùng hệ thống hai tầng nhờ bộ trao đổi nhiệt. Ở tầng thứ nhất chất lỏng địa nhiệt được bơm từ giếng lên, đi qua bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt cho chất lỏng làm việc, sau đó nó được làm ngưng tụ và cho trở về nguồn địa nhiệt. Ở tầng thứ hai, một chất lỏng khác hoạt động theo chu trình kín, nhận nhiệt ở bộ trao đổi nhiệt, tới tuabin phát điện, qua bộ ngưng tụ, trở về bộ trao đổi nhiệt. Các nhà máy điện địa nhiệt hoạt động theo hệ thống hai tầng này có thể được thiết kế theo nhiều kiểu khác nhau để tận dụng tối đa nguồn năng lượng địa nhiệt. e. Hệ thống kết hợp: Là hệ thống sử dụng đồng thời cả hơi nước và áp suất địa nhiệt. Trong hệ thống này hơi nước ở áp suất cao được dẫn qua hệ thống ống dẫn với vận tốc rất lớn và cho xả vào các tuabin hơi để phát điện. Động năng rất lớn của các dòng hơi trong các ống qua tuabin đã được chuyển thành điện năng. Ngoài ứng dụng phát điện năng lượng địa nhiệt có nhiệt độ thấp hay trung bình có thể dùng để sưởi ấm hay sản xuất nước nóng cho các mục đích sinh hoạt trong các gia đình hay các cơ sở công cộng như: trường học, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn...vv. 1.2.6. Phát điện từ nguồn năng lƣợng đại dƣơng 1.2.6.1. Năng lượng thuỷ triều: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 Năng lượng thuỷ triều có tính chu kỳ, có thể là nửa ngày, nửa năm hoặc dài hơn. Các chu kỳ này ảnh hưởng đến độ chênh lệch của thuỷ triều. Để khai thác nguồn năng lượng dạng này cần hiểu biết đầy đủ các quy luật vận động của thuỷ triều. Biên độ của các chu kỳ thuỷ triều tăng lên một cách rất đáng kể, ở một số vùng biển có địa hình đặc biệt như ở các cửa sông, ở các vịnh dạng hình phễu, ở các khu vực có các đảo hay các doi đất chia mặt biển thành từng ngăn tạo ra sự phản xạ và cộng hưởng sóng biển. Các hệ thống năng lượng thuỷ triều có hồ chứa có thể được thiết kế để hoạt động theo một trong ba phương thức sau: - Phát điện khi triều lên - Phát điện khi triều xuống - Phát điện cả hai chiều 1.2.6.2. Năng lượng nhiệt đại dương Nước nóng ở bề mặt và nước lạnh ở dưới tầng sâu của đại dương, nếu đem lại gần nhau có thể sử dụng như là các nguồn nóng và nguồn lạnh trong một máy nhiệt. Một máy nhiệt hoạt động với hai nguồn nhiệt như thế cũng giống như các máy nhiệt trong các nhà máy nhiệt điện, nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần dùng một loại nhiên liệu nào cả. Một điều rất quan trọng đối với các nhà máy nhiệt điện đại dương là cần phải lựa chọn sử dụng các vật liệu và thiết bị vừa phải chịu được điều kiện môi trường biển rất khắc nghiệt, lại phải vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế. 1.2.6.3.Năng lượng sóng biển Đây cũng là một nguồn năng lượng rất lớn và hấp dẫn. Tiềm năng năng lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, thậm chí ngay ở một vị trí đã cho năng lượng sóng biển cũng biến đổi theo thời gian từng giờ, từng ngày và từng mùa. Tuỳ theo nguyên lý hoạt động mà các thiết bị khai thác sóng biển được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo theo từng loại khác nhau. Trên thế giới đã có nhiều công ty nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển, nhưng nói chung số lượng cũng như công suất thiết bị còn nhỏ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN ĐIỆN TỪ NLM & TT 1.3.1. Trên thế giới Hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng của các nguồn năng lượng mới và tái tạo đang phát triển rất mạnh mẽ. Xuất phát từ tình hình thực tiễn là nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt, thêm vào đó là nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau ngày càng tăng. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu và ứng dụng các nguồn năng lượng có thể tái sinh, các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, và đặc biệt là các nguồn năng lượng này có thể nói rất dồi dào cần được quan tâm và có chính sách cụ thể. Quốc gia đầu tiên phát triển ở lĩnh vực này đó phải kể đến là Đức. Tại quốc gia này chủ yếu ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió để phục vụ nhu cầu sử dụng. Hệ thống cung cấp điện đã tương đối ổn định dựa trên một hạ tầng cơ sở tập trung với các nhà máy phát điện lớn và mạng lưới dẫn điện đường dài. Việc cung cấp điện ngày một tăng thông qua các thiết bị dùng năng lượng gió hay quang điện có thể sẽ thay đổi hạ tầng cơ sở này trong thời gian tới. Bảng: 1.1: Tỷ lệ của năng lượng tái tạo trong sản xuất điện tại Đức Sản xuất điện tại Đức (GWh) Năm Tổng số lƣợng điện tiêu dùng Tổng số năng lƣợng tái tạo Tỷ lệ năng lƣợng tái tạo ( %) Sức nƣớc Sức gió Sinh khối Quang điện Địa nhiệt 1990 550.700 17.045 3,1 15.579,7 43,1 1.422 0,6 1991 539.600 15.142 2,8 13.551,7 140 1.450 0,7 1992 532.800 17.975 3,4 16.152,8 275,2 1.545 1,5 1993 527.900 18.280 3,5 16.264,3 443 1.570 2,8 1994 530.800 20.233 3,8 17.449,1 909,2 1.870 4,2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 1995 541.600 21.923 4,0 18.335 1.563 2.020 5,3 1996 547.400 20.392 3,7 16.151,0 2.031,9 2.203 6,1 1997 549.900 21.249 3,9 15.793 2.966 2.479 11 1998 556.700 24.569 4,4 17.264,0 4.489,0 2.800 15,6 1999 557.300 28.275 5,1 19.707,6 5.528,3 3.020 19,1 2000 576.400 35.399 6,1 21.700 9.500 4.129 70 2001 580.500 36.480 6,3 19.800 11.500 5.065 115 2002 581.700 42.697 7,3 20.200 15.900 6.417 180 2003 44.697 7,7 18.700 18.500 6.909 255 2004 55.756 9,6 20.900 25.000 9.356 500 0,4 Nguồn: Tại Nhật Bản đang nghiên cứu và sẽ tung ra thị trường các tế bào năng lượng mặt trời nhỏ hình cầu có thể nhận ánh sáng mặt trời từ mọi hướng với hiệu suất chuyển đổi quang điện cao. Các tế bào này có tên gọi Sphelar, đường kính 1 - 1,5 mm. Sphelar có thể tạo ra năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời trực tiếp hay gián tiếp và có thể thu năng lượng theo bất cứ hướng nào (không nhất thiết phải đối diện trực tiếp với mặt trời). Ngoài ứng dụng trong việc tạo năng lượng điện dùng cho sinh hoạt, các nhà nghiên cứu công ty Kyosemin hiện đang nghiên cứu ứng dụng Sphelar vào trong điện thoại di động. Điện gió đã được sử dụng phổ biến ở Châu Âu và là một nguồn điện rất có tiềm năng. Đứng đầu về sản xuất điện gió ở châu Âu hiện nay là Đức, Tây Ban Nha và Đan Mạch. Mỗi năm, người ta lại cho xây dựng thêm khoảng 30% số nhà máy điện gió mới đem lại sản lượng 15 tỷ kWh. Hiện Đan Mạch là nước có nhà máy điện gió ven bờ biển lớn nhất thế giới. Hà Lan cũng có trang trại gió lớn, chạy dài 5 km ven biển. Tổ chức đa quốc gia AMEC và Năng lượng Anh tới đây sẽ lắp 300 tuốc bin gió trên các bãi hoang và đầm lầy của mũi đảo phía bắc Hebrit Scotland. Với vốn đầu tư 500 triệu bảng Anh, dự tính đây sẽ là nhà máy điện gió lớn nhất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 châu Âu, cho khoảng 1% tổng nhu cầu điện của Anh. Người ta cũng lắp đặt tuốc bin từ suốt phía Tây Ireland đến biển Baltic. Nước Mỹ đã có một số trạm gió đầu tiên tại Bắc Dakota. Chính phủ thuê đất của nhân dân với giá 2.000 USD/năm (bình thường họ thu được 500USD/năm từ nông nghiệp). Điện khí hydro chỉ vài năm nữa sẽ hết sức thông dụng. Ở Ireland, từ các năm 70, người ta đã lắp đặt các giàn địa nhiệt để tận dụng tiềm năng to lớn của các núi lửa và suối nước nóng đang hoạt động, nhằm sản xuất điện. Đến nay, họ đã tìm cách tách khí hydro nguyên chất ra khỏi hơi nước để chạy máy. Những thử nghiệm quy mô đầu tiên về loại khí này đã được các hãng Demler Critler, Shell và Liên minh châu Âu tài trợ, khoảng vài chục triệu Euro. Vào năm 2005, tại đây xe buýt, xe hơi, các tàu đánh bắt cá sử dụng nguyên liệu hydro đã được thử nghiệm và thu được kết quả tốt. Trong tương lai sẽ triển khai ứng dụng rộng rãi vào tất cả các phương tiện (khoảng 30 - 40 năm tới). Khí hydro có rất nhiều trên mặt nước các sông hồ, đại dương và sẽ là một nguồn năng lượng vô tận, sạch, không độc, không gây ô nhiễm. Điện mặt trời đem lại cho kinh tế thế giới 2,2 tỷ USD/năm. Nước đã lắp đặt giàn pin mặt trời 15 triệu Watt đầu tiên là Tây Ban Nha, rồi Đức, Mỹ. Mới đây, Nam Phi, Italia, Australia và ấn Độ đã cho lắp đặt các giàn pin mặt trời lớn, mỗi cái có thể sinh được hơn 100 triệu Watt. Một số dự án đã được hoàn thành năm 2002, phí tổn hiện tại là 0,15 USD cho 1 kWh và trong 8 - 10 năm nữa giá thành sẽ hạ xuống chỉ còn 0,08 USD cho 1 kWh. Điện hạt nhân mặc dù có những sự cố nhỏ, nhưng vẫn là một nguồn năng lượng sạch hữu hiệu nay mai (ích lợi của điện hạt nhân không phụ thuộc vào thời tiết). Theo đánh giá của các chuyên gia nguyên tử, điều quan trọng khi xây dựng các lò điện là phải cẩn thận, an toàn. Ngoài ra, xử lý, chôn cất rác thải nguyên tử rất quan trọng: nơi chôn dưới lòng đất phải thật ổn định, không xói mòn và nếu phát xạ vẫn thăm dò và tránh nhiễm độc được. 1.3.2. Tại Việt Nam Về vấn đề này hiện nay ở Việt Nam nói chung vẫn còn khá mới mẻ. Trước đây thì nhà nước chưa quan tâm, nhưng 5 năm trở lại đây thì có chuyển biến khá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 mạnh về nguồn năng lượng tái tạo. Từ đó có chính sách hỗ trợ nghiên cứu và đầu tư cho nguồn này. Cũng do thiếu điện nên đây là cơ hội cho năng lượng tái tạo phát triển. Đầu tư nay cũng khá lớn như vay tiền WB, tổng kinh phí 400 triệu đô la, để điện khí hóa nông thôn, trong đó có nghiên cứu đánh giá các nguồn năng lượng tái tạo và xây dựng khai thác năng lượng tái tạo để phục vụ điện khí hóa nông thôn. Dự án này thực hiện từ năm 2000 đến 2010. Dự án ODA Phần Lan với kinh phí 30 triệu đô la. Ủy ban Dân tộc Miền Núi làm chủ đầu tư. Dự án này cung cấp điện mặt trời cho khoảng 300 xã miền núi khó khăn, các xã vùng sâu vùng xa. Ngoài ra những dự án dưới 10 triệu đô thì nhiều lắm. Việc hợp tác với các Tổ chức Phi chính phủ trong lĩnh vực này cũng nhiều. Hiện nay tại trung tâm Năng Lượng Mới trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có nhiều hợp tác trong lĩnh vực này, song song với việc quan hệ hợp tác với các tổ chức này thì trung tâm này còn thường xuyên nghiên cứu và đưa vào lắp đặt nhiều dự án cung cấp điện bằng những nguồn năng lượng tái tạo tại những vùng chưa có điện lưới quốc gia như: Tỉnh Bắc Giang, Tỉnh Bình Định, Tỉnh Quảng Trị hay một số địa phương khác trong cả nước. Đánh giá chung nhất ở Việt Nam các dạng năng lượng tái tạo hay năng lượng mới đều có. Về nguồn mà nói thì năng lượng mặt trời rất phong phú, rồi gió, năng lượng thủy điện nhỏ, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, sóng biển, địa nhiệt. Trữ lượng thì khá lớn, tiềm năng của các nguồn thì: về thủy điện nhỏ rất lớn như khu vực miền núi phía Bắc, phía Tây dọc biên giới Việt Lào. Năng lượng mặt trời là khá nhất là từ Đà Nẵng trở vào. Năng lượng sinh khối trong rừng cũng rất lớn , ngoài ra còn hai nguồn năng lượng sinh khối khác là bã mía thì chưa tận dụng hết nguồn hoàn toàn chưa sử dụng là vỏ trấu. Khí sinh học tiềm năng cũng lớn vì chăn nuôi nay cũng ở qui mô công nghiệp, trang trại. Năng lượng đại dương gồm nguồn sóng biển, thủy triều và nhiệt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 đại dương thì cho đến nay ở Việt Nam vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào để khai thác. Năng lượng gió Việt Nam thì không tốt bằng các nước châu Âu , thế nhưng dọc bờ biển và hải đảo thì Việt Nam cao nhất so với các nước trong khu vực. Nay do số liệu về gió trên độ cao 40 mét thì Việt Nam chưa có nhiều. Hiện nay đang xây dựng một số cột đo gió độ cao trên 40 mét; khi đánh giá được thì mới có thể khai thác. Năng lượng địa nhiệt của Việt Nam cũng khá nhiều nguồn, có đến 300 vị trí có thể khai thác nhưng đến nay chưa có nghiên cứu sâu để khai thác ứng dụng. Từ các đánh giá về thực trạng ngành năng lượng của Việt Nam trong thời gian qua cho thấy để đảm bảo an toàn cung cấp năng lượng, cần phải có một kế hoạch phát triển năng lượng dài hạn và đề ra các chính sách năng lượng quốc gia theo quan điểm chỉ đạo đã được nêu trong Nghị quyết Đại hội IX của Đảng: “Phát triển năng lượng đi trước một bước đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, bảo đảm an toàn năng lượng quốc gia”. Với quan điểm chỉ đạo đã được nêu trên, để góp phần thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Đảng, mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng nước ta trong giai đoạn tới là: “Khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước; Cung cấp đầy đủ năng lượng với chất lượng ngày càng cao, giá cả hợp lý cho phát triển kinh tế xã hội; đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia; Đa dạng hoá phương thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh vực năng lượng, từng bước hình thành và phát triển thị trường năng lượng cạnh tranh; Đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu, nhất là vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo. Phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, phát triển đi đôi bảo vệ môi trường”. Có chính sách ưu đãi về tài chính và mở rộng hợp tác quốc tế để tăng cường công tác tìm kiếm thăm dò nhằm nâng cao trữ lượng và khả năng khai thác than, dầu, khí đốt, năng lượng mới và tái tạo. Đảm bảo trữ lượng về nhiên liệu hoá thạch Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 trong nước (than, dầu và khí đốt), trên quan điểm tối ưu hoá sử dụng và kéo dài độ sẵn sàng trữ lượng năng lượng. Tổ chức điều tra đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mới và tái tạo, xây dựng quy hoạch sử dụng năng lượng mới. Các doanh nghiệp phát điện đến năm 2010 phải có 3%, năm 2020 có 5%, năm 2040 có 10% công suất nguồn sử dụng nguồn năng lượng và tái tạo. Các đơn vị công cộng, dịch vụ (bệnh viện, trường học, cơ quan nhà nước, nhà hàng…) có sử dụng nước nóng, có 10% được cấp từ thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời. Nhà nước khuyến khích việc khai thác, sử dụng năng lượng mới và tái tạo: hỗ trợ kinh phí cho các chương trình điều tra, nghiên cứu, chế tạo thử, xây dựng các điểm điển hình sử dụng năng lượng mới tái tạo; miễn thuế nhập khẩu, thuế sản xuất, lưu thông các thiết bị, công nghệ năng lượng mới và tái tạo. Lựa chọn công nghệ thích hợp với điều kiện của Việt Nam, đưa nhanh vào đời sống, đặc biệt là ở các vùng nông thôn, miền núi. Phối hợp, lồng ghép chương trình phát triển năng lượng mới và tái tạo với các chương trình khác ở nông thôn như chương trình điện khí hoá nông thôn, trồng rừng, xoá đối giảm nghèo, chương trình nước sạch… Tổ chức điều tra đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mới và tái tạo, xây dựng quy hoạch sử dụng năng lượng mới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 CHƢƠNG 2 TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI 2.1.1. Vị trí địa lý. Thái Nguyên là một tỉnh miền núi, nằm trong vùng Trung du và Miền núi Bắc bộ với diện tích tự nhiên là 3.541,5015 km2 Đường quốc lộ 3 từ Hà Nội lên Bắc Kạn, Cao Bằng cắt dọc toàn bộ tỉnh là cửa ngõ phía nam nối Thái Nguyên với Hà Nội, các tỉnh đồng bằng Sông Hồng, với các tỉnh khác trong cả nước, đồng thời là cửa ngõ phí bắc qua các tỉnh Bắc Kạn, Cao Bằng thông sang biên giới Trung Quốc. Với vị trí địa lý là một trong những trung tâm kinh tế chính trị của Việt Bắc nói riêng và đồng bằng Trung du miền núi Đông Bắc nói chung, Thái Nguyên là một cửa ngõ giao lưu kinh tế xã hội giữa vùng trung du miền núi và vùng đồng bằng Bắc bộ. Tóm lại, Thái Nguyên có điều kiện địa lý thuận lợi cho phát triển kinh tế, văn hoá và xã hội không chỉ hiện nay mà cả trong tương lai. 2.1.2. Dân số Theo Cục Thống kê tỉnh Thái Nguyên, dân số Thái Nguyên năm 2005 là 1.108.775 người, tốc độ tăng dân số năm 2005 là 1,17%/năm. Mật độ dân số năm 2005 là 313,08 người/km2. Cơ cấu dân số thành thị và nông thôn năm 2005 là 23,41-76,59%. Năm 2005 lao động nông nghiệp còn chiếm tỷ lệ tương đối cao 78,64%. Thái Nguyên có 8 dân tộc là: Kinh, Tày, Nùng, Dao, Sán Dìu, Cao lan, Mông & Hoa trong đó dân tộc kinh chiếm khoảng 76% và 7 dân tộc còn lại khoảng 24%. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 H ìn h 2 .1 B ản đ ồ h àn h ch ín h tỉn h T h ái N g u y ên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  26  ----- 2.1.3. Địa hình – Khí hậu Thái Nguyên có nhiều dẫy núi cao chạy theo hướng Bắc Nam, thấp dần xuống phía nam và chấm dứt ở đèo Khế. Cấu trúc ở vùng núi phía Bắc chủ yếu là đá phong hoá mạnh tạo thành nhiều hang động, thung lũng nhỏ. Mặc dù là tỉnh trung du miền núi nhưng địa hình tỉnh Thái Nguyên không phức tạp so với các tỉnh khác trong vùng. Đây cũng là một trong những thuận lợi của tỉnh trong việc canh tác nông lâm nghiệp, phát triển kinh tế - xã hội mà nhiều tỉnh trung du miền núi phía bắc khác không có. Khí hậu Thái Nguyên chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 với lượng mưa trung bình hàng năm từ 2.000 – 2.500mm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với nhiệt độ trung bình 21 – 220C. Riêng tháng 8 lượng mưa chiếm đến gần 30% tổng lượng mưa cả năm. Nhiệt độ chênh lệch giữa tháng nóng nhất (tháng 6: 38,90C) với tháng lạnh nhất (tháng 1: 15,20C) là 23,70C. Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1.300 đến 1.750 giờ và phân phối tương đối đều cho các tháng trong năm. Nhìn chung, khí hậu Thái Nguyên tương đối thuận lợi cho việc phát triển một hệ sinh thái đa dạng và bền vững, thuận lợi cho phát triển ngành nông-lâm nghiệp, là nguồn nguyên liệu phục vụ cho ngành công nghiệp chế biến nông-lâm sản, thực phẩm. Với đặc điểm trên Địa hình – Khí hậu Thái Nguyên rất thuận lợi cho việc phát triển NLTT, địa hình đồi núi, độ dốc cao, lượng mưa hàng năm lớn tạo cho Tỉnh một tiềm năng lớn về thuỷ điện nhỏ. 2.1.4. Tài nguyên 2.1.4.1. Tài nguyên đất: Tổng diện tích đất tự nhiên toàn tỉnh 354.150,15ha, trong đó: + Đất nông nghiệp: 265.386,65ha, chiếm 74,94% (trong đó đất lâm nghiệp quy hoạch đến năm 2010 là 179.883,78ha) + Đất phi nông nghiệp: 39.173,90ha, chiếm 11,21% (trong đó đất chuyên dùng đến năm 2010 là26.499ha) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  27  ----- + Đất chưa sử dụng: 49.049,60 ha, chiếm 13,85% Tài nguyên đất của Thái Nguyên rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế. 2.1.4.2. Tài nguyên nước: Thái Nguyên có hệ thống sông suối khá dày đặc với hai sông chính là: Sông Công có lưu vực 951 km2 bắt nguồn từ vùng núi Ba Lá huyện Định Hoá chạy dọc theo chân núi Tam Đảo. Sông Cầu nằm trong hệ thống sông Thái Bình có lưu vực 3480 km 2 bắt nguồn từ chợ Đồn chảy theo hướng Bắc - Đông Nam. Ngoài ra, Thái Nguyên còn có trữ lượng nước ngầm khá lớn, khoảng 3 tỷ m3, nhưng việc khai thác sử dụng còn hạn chế. Theo đánh giá của các cơ quan chuyên môn, trên các con sông chảy qua có thể xây dựng các công trình thuỷ điện kết hợp với thuỷ lợi quy mô nhỏ. Việc xây dựng các công trình này sẽ góp phần làm cho nông thôn vùng cao tiến bộ nhanh trên các mặt chế biến quy mô nhỏ, đặc biệt là bảo vệ khôi phục rừng phòng hộ đầu nguồn, góp phần đưa ánh sáng và công nghiệp nông thôn phát triển. 2.1.4.3. Tài nguyên rừng: Theo tài liệu của cục thống kê tỉnh Thái Nguyên, Thái Nguyên còn khoảng 205.816,20 ha đất lâm nghiệp, chiếm khoảng 58,10% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng tự nhiên là 103.774,03 ha, rừng trồng là 48.500,30 ha. Rừng phòng hộ là 49.473ha, rừng đặc dụng là 28.190, rừng kinh tế là 74.612ha. Diện tích đất chưa sử dụng là 53.533,60 ha, chiếm 15,10% diện tích tự nhiên, đây là diện tích đất trống, đồi trọc. Diện tích đất trống đồi trọc này (phần lớn là diện tích rừng tự nhiên trước kia bị tàn phá) có thể được coi như là một tiềm năng cho việc phát triển ngành lâm nghiệp vừa là nhiệm vụ của tỉnh trong việc nhanh chóng phủ xanh đất trống, đồi trọc. Tóm lại, Thái Nguyên có điều kiện tự nhiên – xã hội rất thuận lợi cho việc phát triển kinh tế và với tốc độ tăng dân số khá cao thì nhu cầu sử dụng điện của tỉnh ngày càng tăng. Hơn nữa, dân cư gồm nhiều dân tộc ít người đời sống kinh tế, văn hoá còn thấp cần được quan tâm phát triển. Do đó điện lưới quốc không đáp ứng đủ nhu cầu, việc sử dụng điện từ các nguồn năng lượng mới và tái tạo sẽ khắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  28  ----- phục được tình trạng thiếu điện. Mặt khác, Thái Nguyên có nguồn năng lượng mới và tái tạo khá dồi dào. Với lượng mưa hàng năm tương đối lớn và một hệ thống sông suối khá dày đặc tạo cho Thái Nguyên một tiềm năng phong phú về thuỷ điện. Diện tích tự nhiên của tỉnh chủ yếu là rừng núi, nền kinh tế nông – lâm nghiệp là chính cung cấp cho tỉnh tiềm năng sinh khối rất lớn, nguồn năng lượng mặt trời cũng rất đáng kể. 2.2. HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN 2.2.1. Hiện trạng phụ tải Trong những năm gần đây, cơ cấu kinh tế của tỉnh phát triển đều và nhanh trên nhiều lĩnh vực công nghiệp, xây dựng, nông lâm nghiệp, thương mại , dịch vụ. Bởi vậy nhu cầu sử dụng điện cũng tăng theo. Năm 2005 điện thương phẩm của tỉnh 811,2 triệu kWh, tăng 7,5 % so với năm 2004, Pmax đạt 183 MW. Tốc độ tăng điện thương phẩm 2001 – 2005 là 16,33% trong khi tốc độ tăng trưởng bình quân GDP giai đoạn 2001- 2005 là 8,92%. Bình quân điện năng thương phẩm tính theo đầu người của tỉnh năm 2005 là 733,6kWh, gấp 1,5 lần so với toàn quốc ( 560kWh/người/năm). Bảng 2.1: Hiện trạng tiêu thụ điện năng giai đoạn 2000 – 2005 Đơn vị: Triệu kWh Ngành 2000 2001 2002 2003 2004 2005 1.Công nghiệp – XD 246,62 302,72 376,52 406,73 548,32 581,94 2.Nông, lâm, thuỷ sản 0,91 1,08 1,28 1,52 1,79 2,07 3.Thương mại, dịch vụ 2,07 2,15 2,59 3,18 4,70 5,72 4.Quản lý và TDDC 122,69 127,54 143,53 166,87 185,79 205,97 5.Các nhu cầu khác 8,43 10,05 11,31 12,59 13,65 15,51 Tổng thƣơng phẩm 380,72 443,54 535,23 644,88 754,26 811,21 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Hiện trạng tiêu thụ điện thương phẩm của tỉnh trong những năm gần đây được tổng hợp một cách cụ thể trong bảng 2.1 Từ các số liệu trên ta có nhận xét: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  29  ----- - Cơ cấu tiêu thụ điện năng thương phẩm của Thái Nguyên không có sự thay đổi nhiều, điện cho Công nghiệp – Xây dựng chiếm tỷ trọng cao nhất ( trên 70%) , kế đến là điện cho quản lý và tiêu dùng dân cư, thương mại, dịch vụ và nông nghiệp. - Điện thương phẩm của các phụ tải không ngừng tăng lên theo hàng năm Nhu cầu phụ tải ngày càng tăng, trong tương lai cùng với sự phát triển kinh tế nhu cầu phụ tải sẽ tăng cao hơn. Vì vậy việc phát triển các nguồn cung cấp điện là rất quan trọng. 2.2.2.Dự báo nhu cầu điện 2.2.2.1. Lựa chọn mô hình và phƣơng pháp dự báo nhu cầu điện a. Các phương pháp dự báo nhu cầu điện năng: - Phương pháp hệ số đàn hồi: Đây là phương pháp thích hợp với các dự báo trung và dài hạn. Phương pháp này dựa trên cơ sở dự báo của các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội. Nhu cầu điện năng được mô phỏng theo quan hệ đàn hồi với tốc độ tăng trưởng kinh tế. Hệ số đàn hồi ( ) được tính theo công thức sau: Tốc độ tăng nhu cầu điện (%) Hệ số đàn hồi = Tốc độ tăng trưởng GDP (%) Các hệ số đàn hồi được xác định theo từng ngành theo chuỗi phân tích qúa khứ. - Phương pháp ngoại suy theo thời gian: Nội dung của phương pháp này là nghiên cứu sự diễn biến của điện năng trong một khoảng thời gian quá khứ tương đối ổn định để tìm ra một quy luật nào đó, rồi dùng nó để dự báo cho tương lai. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ cho kết quả chính xác nếu tương lai không có nhiễu và quá khứ phải tuân theo một quy luật. - Phương pháp chuyên gia: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  30  ----- Nội dung chính là sự hiểu biết sâu sắc của các chuyên gia giỏi. Các chuyên gia sẽ đưa ra các dự báo của mình. - Phương pháp dự báo trực tiếp: Nội dung của phương pháp là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm đó và suất tiêu hao điện năng của từng loại sản phẩm hoặc suất tiêu hao trung bình cho một hộ gia đình, bệnh viện, trường học, khách sạn. Phương pháp này tỏ ra khá chính xác khi có tương đối đầy đủ các thông tin về tốc độ phát triển kinh tế - xã hội, các phụ tải dự kiến mới và phát triển mở rộng của các ngành kinh tế, mức độ áp dụng tiến bộ khoa học, kỹ thuật ... Với các ưu điểm về độ chính xác, bám sát thực tế phát triển của khu vực dự báo, không quá phức tạp nên phương pháp này được dùng phổ biến cho các dự báo ngắn hạn 1-3 năm và trung hạn từ 5-7 năm, trong các đề án quy hoạch tỉnh, thành phố ... b. Lựa chọn phương pháp dự báo nhu cầu điện năng: Phù hợp với hoàn cảnh thực tế của địa phương và số liệu điều tra, thu thập được từ các tài liệu pháp lý, nhu cầu điện của tỉnh Thái Nguyên trong giai đoạn quy hoạch được dự báo theo hai phương pháp: + Phương pháp tính trực tiếp được sử dụng cho giai đoạn 2006 - 2010, 2011-2015. + Phương pháp hệ số đàn hồi được áp dụng để kiểm chứng lại kết quả của phương pháp trực tiếp trong giai đoạn 2006 - 2010 và dự báo nhu cầu điện của tỉnh trong giai đoạn từ 2010 – 2015. Quá trình tính toán dự báo nhu cầu điện tỉnh Thái Nguyên theo cơ cấu 5 thành phần bao gồm: - Nhu cầu điện cho công nghiệp – xây dựng; - Nhu cầu điện cho nông – lâm - thuỷ sản; - Nhu cầu điện cho thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng; - Nhu cầu điện cho quản lý và tiêu dùng dân cư; - Nhu cầu điện cho phục vụ các hoạt động khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  31  ----- 2.2.2.2. Tính toán dự báo nhu cầu điện tỉnh Thái Nguyên Nhu cầu điện giai đoạn 2015 của tỉnh Thái Nguyên được dự báo theo phương pháp trực tiếp trên cơ sở dự báo nhu cầu cho từng thành phần phụ tải sau đó tổng hợp thành nhu cầu điện của toàn tỉnh. Bảng 2.2: Kết quả tính toán nhu cầu điện toàn tỉnh Thái Nguyên Năm Thành phần Nhu cầu điện 2005 Công suất (MW) 183 85 415,9 811,2 Trong đó Gang thép (MW) Điện TP không kể Gang thép (106 kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106 kWh) Điện nhận (106 kWh) 855,8 14,7% 16,3% Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép 2010 Công suất (MW) 323 110 940,6 1512,6 1598,0 17,7% 13,3% Trong đó Gang thép (MW) Điện TP không kể Gang thép (106 kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106 kWh) Điện nhận (106 kWh) Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép 2015 Công suất (MW) 510 135 1850 2685,0 2850,5 Trong đó Gang thép (MW) Điện TP không kể Gang thép (106 kWh) Điện TP kể cả Gang thép (106 kWh) Điện nhận (106 kWh) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  32  ----- Năm Thành phần Nhu cầu điện Tăng trưởng bình quân điện TP (01-05) - Không kể Gang thép - Kể cả Gang thép 14,5% 12,2% Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Sự tăng trưởng về nhu cầu điện được thể hiện ở hình 2.2 Trong đó: *Nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản Chủ yếu là nhu cầu điện cho các chạm bơm tưới tiêu, được tính theo công suất và số máy bơm được huy động theo từng giai đoạn của từng trạm bơm. Dự kiến từ nay đến năm 2010 toàn tỉnh sẽ xây dựng thêm 33 trạm bơm mới. Kết quả tính toán nhu cầu điện cho thành phần này như sau: Bảng 2.3: Nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản Năm Thành phần Nhu cầu % so với điện TP 2005 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (01-05) 1,29/0,45 2,07 17,7% 0,25% 0 500 000 1500 2000 2500 3000 Năm 2005 N ăm 2010 N ăm 2015Sản l ư ợ n g ( 1 0 6 k W h ) Hình 2.2: Tốc độ tăng trưởng điện năng thương phẩm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  33  ----- 2010 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (06-2010) 2,18/0,45 4,03 14,3% 0,3% 2015 Công suất tưới/tiêu (MW) điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (11-15) 2,83/0,45 6,65 10,2% 0,2% Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010,, có xét tới 2015 *Nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư Phụ tải điện cấp cho sinh hoạt gia đình được tính theo định mức tiêu thu điện năng cho từng hộ gia đình trong một năm theo từng khu vực đặc trưng (Thành phố, thị trấn huyện, nông thôn). Định mức này được tính theo tài liệu hướng dẫn của tổng công ty Điện lực Việt Nam có căn cứ hiệu chỉnh theo tiêu thụ điện năng thực tế của năm vừa qua của tỉnh: Đề án có so sánh với mức sử dụng điện nông thôn của một số tỉnh có đặc trưng tương tự. Định mức tiêu thụ điện năng cho tiêu dùng dân cư được trình bày trong bảng. 0 1 2 3 4 5 6 7 Năm 2005 N ăm 2010 N ăm 2015Đ iệ n n ăn g ( 1 0 6 k W h ) Hình 2.3: Tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  34  ----- Bảng 2.4: Định mức tiêu thụ điện năng cho tiêu dùng dân cƣ Khu vực Năm 2005 Năm 2010 W/hộ kWh/hộ.năm W/hộ kWh/hộ.năm 1. Thành phố Thái Nguyên - Nội thành 700 1500 1000 2500 - Ngoại thành 500 1200 850 2000 2. Thị trấn 550 950 700 1400 3. Nông thôn - Đồng bằng 320 550 450 850 - Miền núi 250 375 300 550 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Kết quả tính nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư như sau: Bảng 2.5. Nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cƣ Năm Thành phần Nhu cầu % so với điện TP 2005 Công suất (MW) Điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (01-05) 76,8 206,0 10,9% 15,4% 2010 Công suất (MW) Điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (06-2010) 121,8 358,2 11,7% 13,7% 2015 Công suất (MW) Điện năng A (106 kWh) Tốc độ tăng trưởng (01-05) 199,0 624,0 11,7% 13,2% Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  35  ----- 2.2.3.Các nguồn cung cấp điện năng - Nguồn điện: Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn có công suất thiết kế 2x50MW, đã đưa vào vận hành năm 2006. - Các trạm nguồn từ điện lưới quốc gia: tỉnh Thái Nguyên hiện tại được cấp điện từ lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp Thái Nguyên 220/110/22kV- (2x125)MVA và 110/35/6kV-(2x63)MVA tại thành phố Thái Nguyên và trạm 220kV Sóc Sơn thông qua các đường dây 110kV Thái Nguyên – Sóc Sơn, và đường dây 110kV Sóc Sơn – Gò Đầm.Trạm 220kV Thái Nguyên ngoài việc cung cấp điện cho tỉnh Thái Nguyên còn cung cấp điện cho một số tỉnh lân cận như Bắc Cạn, Cao Bằng. Điện năng của tỉnh chủ yếu được cung cấp từ nguồn điện lưới quốc gia và phụ thuộc vào nguồn điện quốc gia. Trong tình hình hiện nay, nước ta đang xảy ra tình trạng thiếu điện, cũng như các tỉnh khác trong cả nước Thái Nguyên thường xuyên xảy quá tải và phải thực hiện cắt điện luân phiên để giảm tải, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của người dân. Trong tương lai khi nhu mà nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng, các nguồn điện hiện tại không đáp ứng đủ thì việc phát triển các nguồn điện địa phương là cần thiết và cấp bách. Thái Nguyên có một tiềm năng năng lượng mới và tái tạo khá rồi dào, việc khai thác các nguồn điện năng lượng mới và tái tạo sẽ đáp ứng được một phần nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư và nhu cầu điện cho Nông – Lâm - Thuỷ sản ( mục 2.2.2) 0 100 200 300 400 500 600 700 Năm 2005 N ăm 2010 N ăm 2015Đ iệ n n ăn g ( 1 0 6 k W h ) Hình 2.4. Tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện cho tiêu dùng dân cư Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  36  ----- 2.3. TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Ở THÁI NGUYÊN 2.3.1. Vai trò của năng lƣợng mới và tái tạo Năng lượng mới và tái tạo là nguồn năng lượng của nhân loại trong tương lai và trước mắt là nguồn năng lượng để cân bằng những nhu cầu năng lượng ngày càng tăng lên trong thế kỷ 21. Năng lượng mới và tái tạo là nguồn năng lượng sạch, có thể giúp nhân loại tránh khỏi thảm hoạ môi trường do sự sử dụng các nguồn năng lượng hoá thạch trong những thế kỷ vừa qua dẫn đến sự thay đổi khí hậu trái đất. Vì vậy nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới là nhu cầu và xu hướng tất yếu của các nước trên thế giới cũng như của nước ta trong những thập niên tới bởi những lý do chính sau: 1- Các nguồn năng lượng hoá thạch (than, dầu, khí) đang cạn kiệt nhanh chóng. Trong khi đó dân số thế giới tăng rất nhanh nên nhu cầu năng lượng cũng tăng lên rất lớn. 2- Giá năng lượng hoá thạch sẽ ngày càng cao do sự khai thác khó khăn và do các chi phí bảo vệ môi trường bắt buộc. 3- Sử dụng năng lượng mới thay dần năng lượng hoá thạch sẽ làm giảm nguy cơ phụ thuộc vào nhập khẩu năng lượng. 4- Năng lượng mới có tiềm năng rất lớn về thị trường trong tương lai. Người ta dự báo là các công nghệ năng lượng mới sẽ hoàn thiện vào khoảng năm 2020. Đồng thời với quá trình đó là giá năng lượng mới sẽ giảm liên tục. Đặc biệt đối với pin mặt trời thì giá giảm rất nhanh, khoảng (6-8)%/năm. Hình 2.6 cho thấy sự biến đổi giá điện năng đối với các công nghệ năng lượng mới (Pin mặt trời, điện gió, sinh khối) và các nguồn năng lượng truyền thống (than, khí). Điện năng từ các công nghệ năng lượng gió và sinh khối giảm liên tục với tốc độ trung bình là 3%/năm, pin mặt trời giảm (6-8)%/năm. Các giá điện năng từ than và khí giả thiết là không đổi (than: 6cént/KWh; khí: 12 cént/KWh). Nhưng trong thực tế giá điện năng từ than và dầu khí có thể tăng ngày càng cao hơn. Như vậy, đến khoảng (2015- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  37  ----- Hình 2.6. Dự báo về giá một số nguồn năng lượng mới Hinh 2.5. Thị trường tiêu thu năng lượng trên toàn thế giới 2020) các nguồn năng lượng mới đã hoàn toàn có khả năng cạnh tranh với các nguồn năng lượng hoá thạch. Nguồn: GS.Ts. Trần Đình Long – Quy hoạch phát triển năng lượng và điện lực Nguồn: Trường ĐHBK Hà Nội – Báo cáo tổng hợp kết quả nghiên cứu về năng lượng nông thôn đến năm 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  38  ----- 2.3.2. Các nguồn năng lƣợng mới và tái tạo ở Thái Nguyên. Do điều kiện tự nhiên của tỉnh nên tại Thái Nguyên có các nguồn năng lượng mới chủ yếu sau: - Năng lượng thuỷ điện nhỏ - Năng lượng mặt trời; - Năng lượng sinh khối. Các nguồn khác như năng lượng gió vì tốc độ gió rất thấp chỉ khoảng 2m/s nên không có khả năng phát điện. Thái Nguyên nằm hoàn toàn trong đất liền nên không có nguồn năng lượng đại dương. Đối với nguồn năng lượng địa nhiệt tiềm năng rất nhỏ, hơn nữa việc nghiên cứu rất hạn chế. Trong khuôn khổ đề tài chỉ đánh giá tiềm năng và khả năng khai thác của 3 nguồn năng lượng mới chủ yếu của Thái Nguyên là năng lượng mặt trời, năng lượng thuỷ điện nhỏ, năng lượng sinh khối. 2.3.3. Năng lƣợng thuỷ điện nhỏ. 2.3.3.1. Phƣơng pháp đánh giá: Ở nước ta phương pháp đánh giá tiềm năng thuỷ điện đã được nhiều cơ quan nghiên cứu quan tâm tiến hành từ lâu, nhất là những năm 80, và đã đưa ra được các kết luận tin cậy. Tiềm năng thuỷ điện được đánh giá qua các chỉ số: Tiềm năng lý thuyết, tiềm năng kinh tế kỹ thuật. a.. Tiềm năng lý thuyết: Tiềm năng lý thuyết là nguồn năng lượng tiềm tàng, sẵn có nếu toàn bộ các dòng nước trong các sông ngòi trên toàn bộ địa phận tỉnh đều chảy qua tua bin để phát điện với hiệu suất 100%. Phương pháp tính toán cụ thể về tiềm năng lý thuyết của thuỷ điện đã được trình bày trong các tài liệu chuyên môn. Công thức cơ bản để tính tiềm năng thuỷ điện lý thuyết của con sông i là: Ni = Ei = Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  39  ----- Trong đó: Ni: là công suất lý thuyết của dòng đang xét (KW) Ei: là trữ lượng thuỷ năng lý thuyết của dòng đang xét (kWh/năm) Q: là lưu lượng trung bình nhiều năm của sông (m3/s) dH: là chênh lệch độ cao đáy (m) W: là lượng nước trung bình nhiều năm (m3/năm) Hn, Hc: Cao độ đáy tại đầu nguồn và cửa ra (m) Trong các công thức trên, các biến Q, W, H đều là những hàm phức tạp của chiều dài dòng chảy L, nên trong thực tế tính toán, người ta phân chia chiều dài dòng sông thành nhiều đoạn nhỏ và thay thế gần đúng các tích phân bằng tổng sai phân: Ni = Ei = Trong đó: n: là số phân đoạn. Trong mỗi phân đoạn độ dốc được coi như không đổi và lưu lượng thì biến đổi tuyến tính; Qj, Wj: thứ tự là giá trị trung bình trong đoạn j của lưu lượng trung bình nhiều năm và lượng dòng chảy trung bình nhiều năm của sông i đang xét; Hj: Độ hạ thấp cao trình đấy của đoạn j. Áp dụng phương pháp tính của một con sông như trên cho toàn bộ các sông trong khu vực hay trên phạm vi toàn lãnh thổ ta sẽ tính được lượng trữ năng lý thuyết của một khu vực hay của toàn quốc gia. Trong tính toán người ta cần sử dụng các tài liệu cơ bản sau: - Tài liệu về địa hình bao gồm các bản đồ địa hình với các tỷ lệ xích thích hợp của từng khu vực. Trên bản đồ địa hình có thể xác định được các thông số địa hình của từng con sông như diện tích lưu vực, chiều dài dòng chảy, độ dốc đáy sông theo các phân đoạn định trước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  40  ----- - Tài liệu thuỷ văn để xác định các thông số về dòng chảy như lưu lượng trung bình nhiều năm hoặc lượng dòng chảy trung bình nhiều năm tại các vị trí tính toán trên mạng sông. Theo quy phạm của nước ngoài, lưu lượng trung bình nhiều năm của các dòng sông chủ yếu phải được tính toán bằng số liệu thực đo về lưu lượng trong nhiều năm của mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn trên khu vực. Ở những nơi không có trạm thuỷ văn thì có thể cho phép sử dụng bản đồ đẳng trị mô đuyn dòng chảy trung bình nhiều năm sẵn có nhưng phải hiệu chỉnh lại kết quả dựa theo số liệu thực đo của các trạm thuỷ văn kế cận hoặc dựa theo số liệu điều tra, khảo sát thực địa trong một thời kỳ nhất định. Sự sử lý đúng đắn và nghiêm ngặn các thông số thuỷ văn là các yếu tố quan trọng hàng đầu để đảm bảo độ tin cậy của các kết quả tính toán. Ở Việt Nam, chúng ta không có đủ điều kiện để thực hiện tính toán thuỷ văn nghiêm chỉnh như quy định của một số nước ngoài vì mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn ở miền núi rất thưa thớt trong đó các trạm có đo đạc dòng chảy một cách liên tục thì lại càng hiếm hoi. Do đó việc tính toán lưu lượng trung bình nhiều năm trên các sông suối nhỏ chỉ có thể thực hiện bằng các phép tính nội suy trên bản đồ đường đẳng trị mô đuyn dòng chảy sẵn có. b. Tiềm năng kinh tế, kỹ thuật Do những hạn chế của điều kiện địa hình, địa chất, điều kiện thi công, cơ sở hạ tầng, trình độ công nghệ … được gọi chung là điều kiện kỹ thuật, người ta chỉ có khả năng khai thác được một phần của tiềm năng thuỷ điện lý thuyết tại các tuyến bậc thang và các vị trí dự kiến xây dựng công trình nhất định. Như trên đã nêu, nguồn năng nượng thuỷ điện có thể được khai thác mà chỉ bị hạn chế bởi các điều kiện kỹ thuật như vậy được gọi là trữ năng kỹ thuật của thuỷ điện. Tuy nhiên người ta cũng không thể khai thác nguồn tài nguyên này bằng bất kỳ giá nào. Xây dựng công trình thuỷ điện với các hồ chứa điều tiết để khai thác nguồn năng lượng của dòng sông thực chất là thực hiện một sự chuyển đổi điều kiện tài nguyên và môi trường. Sự chuyển đổi này có thể tạo ra các điều kiện mới, giá trị mới mà con người có thể sử dụng cho các lợi ích kinh tế xã hội nhưng mặt khác nó cũng có thể gây ra những tổn thất to lớn về kinh tế, xã hội, môi trường trong đó khó có thể đánh giá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  41  ----- được hết các tổn thất về nhân văn cũng như khó lường được đầy đủ các thảm hoạ gây ra cho hạ du trong tương lai khai thác vận hành. Đó là cái giá mà con người phải trả khi khai thác nguồn tài nguyên thiên nhiên này buộc người ta phải xem xét, cân nhắc so với những điều lợi mà việc khai thác đó mang lại. Tất nhiên, người ta chỉ khai thác nguồn năng lượng tại các vị trí công trình cho phép về điều kiện kỹ thuật đồng thời có hiệu quả kinh tế sau khi đã phân tích so sánh giữa lợi ích và tổn thất. Đó là trữ năng kinh tế của thuỷ điện, một bộ phận của trữ năng kỹ thuật. Như vậy, khác với trữ lượng thuỷ năng lý thuyết là một đại lượng chỉ phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu nên mang tính ổn định, hầu như không thay đổi, việc đánh giá trữ năng kỹ thuật và trữ năng kinh tế còn phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, xã hội và trình độ công nghệ của quốc gia mà những yếu tố này lại có thể thay đổi theo thời gian nhờ vào các tiến bộ khoa học và kinh tế xã hội. Mặc dù có sự phân biệt trong những định nghĩa về trữ năng kỹ thuật và trữ năng kinh tế nhưng trong các công trình nghiên cứu trước đây về tiềm năng thuỷ điện nước ta thường không phân định rạch ròi hai loại trữ lượng này mà được gộp chúng để xem xét gọi là trữ năng kinh tế kỹ thuật. Việc đánh giá trữ năng kỹ thuật và trữ năng kinh tế đòi hỏi một khối lượng khảo sát và tính toán to lớn và phức tạp hơn rất nhiều so với việc đánh giá trữ lượng thuỷ năng lý thuyết. Ở đây người ta phải thực hiện nhiều nội dung tính toán về thuỷ văn, điều tiết dòng chảy, thuỷ năng, thuỷ công, kinh tế … Và phải sử dụng nhiều loại số liệu điều tra cơ bản với yêu cầu chất lượng cao như: + Các bản đồ địa hình có đường đồng mức tương đối chi tiết trên các khu vực, các tuyến công trình và các vị trí dự kiến xây dựng công trình thuỷ điện trên từng hệ thống sông. + Các tài liệu địa chất phục vụ cho việc lựa chọn các phương án vị trí công trình, tính toán sử lý nền móng, tính toán thuỷ công, tổn thất nước … + Các tài liệu khí tượng thuỷ văn được đo đạc trong nhiều năm để xác định các đặc trung thống kê các yếu tố thuỷ văn dùng cho tính toán thuỷ năng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  42  ----- + Các tài liệu kinh tế, xã hội của các khu hưởng lợi, và đặc biệt của khu vực dân cư bị di chuyển. 2.3.3.2. Hệ thống sông suối của Thái Nguyên Do sự kiến tạo địa lí từ xa xưa đã tạo cho Thái Nguyên có mật độ sông suối khá dày. Hai hệ thống sông chính là hệ thống sông Công và hệ thống sông Cầu. Sông Cầu là con sông quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình. Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn ở Việt Nam, có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh nằm trong lưu vực của nó. Sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên gồm các huyện Đồng Hỷ, Phú Lương, thành phố Thái Nguyên, Phú Bình, Phổ Yên Sông Cầu có độ cao bình quân lưu vực: 190 m, độ dốc bình quân 16,1%, chiều rộng lưu vực trung bình: 31 km, mật độ lưới sông 0,95 km/km² và hệ số uốn khúc 2,02. Lưu vực sông Cầu nằm trong vùng mưa lớn (1.500 - 2.700 mm/năm) Tổng lưu lượng nước hàng năm đạt đến 4,2 tỷ m Chế độ thuỷ văn của sông Cầu được chia thành 2 mùa: mùa lũ và mùa khô. * Mùa lũ bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 9 và chiếm 70-80% tổng lưu lượng dòng chảy trong năm. * Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 5 năm sau, chỉ chiếm 20-30% tổng lưu lượng dòng chảy của năm. Sông Công tên một con sông chảy trong tỉnh Thái Nguyên, là chi lưu của sông Cầu. Phần lớn chiều dài chảy trên địa phận các huyện Định Hóa, Đại Từ, thị xã Sông Công, huyện Phổ Yên. Sông Công bắt nguồn từ vùng Đèo Khế, tỉnh Thái Nguyên, chảy theo hướng tây bắc-đông nam. Sông này dài 96 km. Diện tích lưu vực 951 km², cao trung bình 224 m, độ dốc trung bình 27,3%, mật độ sông suối 1,20 km/km². Tổng lượng nước 0,794 km³ ứng với lưu lượng trung bình năm 25 m³/s, môđun dòng chảy năm 26 l/s.km². Mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 10, chiếm 74,7% lượng nước cả năm; tháng 8 có lượng dòng chảy lớn nhất chiếm 19,30% lượng nước cả năm; tháng cạn kiệt nhất chiếm 1,8% lượng nước cả năm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  43  ----- Một số sông nội tỉnh như: + Sông Đu thuộc huyện Phú Lương với chiều dài 32 km, diện tích lưu vực 261 km 2 bắt nguồn từ chợ Mới, Bắc Cạn chảy trong địa phận huyện Phú lương và nhập vào sông Cầu tại Sơn Cẩm. + Sông Chu thuộc huyện Định Hóa, chiều dài 20 km, diện tích lưu vực 220 Km 2 . + Sông Dong thuộc huyện Võ Nhai,chiều dài 21 km, diện tích lưu vực 211 km 2, bắt nguồn từ dãy núi Lò Sén và chảy sang địa phận Hữu Lũng, Lạng Sơn. Ngoài ra trên địa bàn tỉnh còn rất nhiều các sông nhỏ và ngắn, hàng nghìn dòng suối. Ví dụ như sông Đèo so, sông Máng, sông Ngòi Cheo, sông Ngòi Rồng, sông Nginh…; suối Thác Kiêm , Thượng Nung, Khau Vàng, Thượng Lương, Suối Cái, suối Bốc, Nà Dâu, Khe Cốc, La Bằng, Suối Cát, Nước Giáp, Đá Lạnh, Suối Ngườm, Bạch Giương… Do đặc điểm địa hình đồi núi, với lượng mưa hàng năm tương đối lớn đã tạo cho các sông suối có độ dốc lớn, lưu lượng dòng chảy cao, là một tiềm năng to lớn về thuỷ điện nhỏ cần được điều tra, đánh giá và khai thác. 2.3.3.3. Đánh giá tiềm năng thuỷ điện nhỏ ở Thái Nguyên Theo đánh giá của Viện Năng Lượng, Tổng tiềm năng lý thuyết của thuỷ điện nhỏ ước tính 212 MW. Tổng tiềm năng kinh tế, kỹ thuật của thủy điện nhỏ ở Thái Nguyên có 18 vị trí có khả năng khai thác với tổng công suất lắp đặt gần 400 KW. Tuy nhiên ở các vị trí này hầu hết chỉ có tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ với công suất 50 KW. Tiềm năng thủy điện nhỏ của tỉnh Thái Nguyên như sau: Bảng 2.6: Tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ tỉnh Thái Nguyên ( 50 kW) Tên trạm TĐ Địa điểm Công suất (kW) Ghi chú 1. Nhị Ca Như Cố- H. Phú Lương 11 2. Bình Văn H. Phú Lương 12 3. Khe Thưởng Nông Hạ - H. Phú Lương 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  44  ----- Tên trạm TĐ Địa điểm Công suất (kW) Ghi chú 4. Khe Quan H. Phú Lương 15 5. Khe Lương H. Phú Lương 6 6. Khe Chè H. Phú Lương 20 7. Khuổi Càn Quy Kỳ- H. Định Hóa 15 8. Khuôn Lồng Quy Kỳ- H. Định Hóa 9 9. Phú Cường H. Đại Từ 24 10. Phượng Hoàng H. Đại Từ 10 11. La Bằng H. Đại Từ 5 12. Hoàng Nông H. Đại Từ 8 13. Đập Lếp H. Phổ Yên 15 14. Võ Nhai H. Võ Nhai 12 15. Tân Hòa H. Phú Bình 30 16. Lã Yên H. Phú Bình 120 17. Lang Bình H. Phú Bình 50 18. Thắng Lợi Sông Công 20 Tổng: 394 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Trên địa bàn tỉnh có một số địa điểm có khả năng xây dựng các trạm thuỷ điện vừa có công suất > 100 kW. Bảng 2.7: Tiềm năng phát triển thủy điện vừa tỉnh Thái Nguyên (> 100 kW) Tên trạm TĐ Công suất (kW) Ghi chú 1. Yên Lạc 100 2. Bắc Hoài 168 3. Đồng Quang 202 4. Yên Vạc 265 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  45  ----- 5. Nậm Cắt 514 6. Yên Thịnh 500 7. Nghĩa Tá 150 8. Núi Cốc 1980 Tổng: 3879 Nguồn: Trung tâm thuỷ điện –Viện khoa học thuỷ lợi - Báo cáo đề tài “ Tiềm năng, hiện trạng và phương hướng phát triển thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam” Ngoài những vị trí có tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ trên, tỉnh Thái Nguyên còn có khả năng phát triển thủy điện nhỏ tại các hồ, đập trong tỉnh như hồ Núi Cốc, Thượng nguồn sông Cầu, đập Văn Lang …Tỉnh có chủ trương khai thác thủy điện Hồ Núi Cốc và hồ Văn Lang ( Đồng Hỷ). 2.3.4. Năng lƣợng sinh khối Nguồn năng lượng sinh khối bao gồm củi gỗ, phụ phẩm nông lâm nghiệp và các phế thải thực vật khác. Với diện tích tự nhiên của tỉnh chủ yếu là rừng núi, nền kinh tế nông – lâm nghiệp là chính cung cấp cho tỉnh tiềm năng sinh khối dồi dào. Vì vậy việc đánh giá tiềm năng và khả năng khai khác của năng lượng sinh khối là rất cần thiết. 2.3.4.1. Khả năng cung cấp sinh khối a. Tiềm năng củi gỗ Tiềm năng SK là tổng hợp các loại cây rừng tự nhiên và cây trồng tại thời điểm đánh giá. Tiềm năng này được sử dụng vào nhiều mục đích như: phòng hộ, bảo vệ môi trường sinh thái, lấy gỗ và một phần sử dụng cho mục đích làm nhiên liệu. Để đánh giá khả năng cung cấp sinh khối ta căn cứ vào các số liệu thống kê sau: - Phân loại đất: Rừng tự nhiên, rừng trồng, các loại đồi núi trọc,…Số liệu các hạng đất trình bày trong bảng 2.8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  46  ----- Bảng 2.8: Diện tích đất theo các dạng sử dụng TT Loại đất theo các dạng sử dụng Diện tích (ha) 1 2 3 4 5 6 7 Rừng tự nhiên Rừng trồng Rừng phòng hộ Rừng đặc dụng Đất không có rừng Đất trồng cây ăn quả Đất trồng cây phân tán 103774,3 48500,3 49473,0 28190,0 53533,6 10500,0 30591,3 Tổng: 324562.5 Nguồn: Sở nông nghiệp và phát triển nông thôn Thái nguyên - Số liệu đánh giá về trữ lượng SK trên một ha của các hạng đất ( theo tài liệu của Bộ lâm nghiệp, Niên giám thống kê Nông –Lâm- Ngư nghiệp 1985- 95, ÉMAP) b. Khả năng cung cấp củi gỗ Khả năng cung cấp củi gỗ chỉ là một phần của tiềm năng gỗ sinh khối. Theo kinh nghiệm của nhiều nước, khả năng này chỉ được tính khoảng 25 – 30 % tăng trưởng hàng năm của tổng gỗ sinh học. Trong điều kiện cụ thể của nước ta, do rừng bị tàn phá nặng nề, bởi vậy theo chủ trương hạn chế khai thác rừng của nhà nước và dự án cụ thể về đóng cửa rừng của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (tháng 6 năm 1997), thì rừng đặc dụng không tác động, rừng sản xuất và rừng phòng hộ chỉ được phép khai thác rất hạn chế (như cây xấu, cây cong, chèn ép do mật độ cây quá dày …) Khả năng khai thác gỗ củi theo từng hạng đất được đánh giá như sau: - Đối với rừng tự nhiên chỉ 1 tấn/ha.năm - Rừng trồng khoảng 50% lượng tăng trưởng - Từ đất trồng đồi trọc ước tính 0,5tấn/ha.năm - Từ cây trồng phân tán khoảng 50% lượng tăng trưởng - Từ các loại cây công nghiệp, ăn quả lâu năm khoảng 0,5-1tấn/ha.năm tùy từng loại cây Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  47  ----- Để sơ bộ đánh giá ta sử dụng phương pháp tính trực tiếp như sau: * Khả năng cung cấp sinh khối của rừng tự nhiên: Theo đề án đóng cửa rừng tự nhiên của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn tháng 6/1997, hiện nay chính phủ có chủ trương hạn chế khai thác rừng tự nhiên, rừng đặc dụng không được phép tác động, chỉ được phép khai thác một số khu rừng sản xuất nhất định. Đối với phần lớn rừng sản xuất và rừng phòng hộ còn lại không được phép khai thác, song cũng cần có tác động các biện pháp lâm sinh để nâng cao chất lượng của rừng. Được phép chặt cây sâu bệnh, cây cong queo, cây chèn ép, cây mục, củi khô. Ước tính sản lượng lấy ra là 1tấn/ha/năm. Tổng sản lượng củi lấy ra từ rừng tự nhiên 103 774,3 tấn. * Khả năng cung cấp sinh khối từ rừng trồng: Cũng như rừng tự nhiên, rừng trồng cũng được phân ra theo công dụng: sản xuất, phòng hộ và đặc dụng, với giả định lượng tăng trưởng bình quân năm là 10m 3/ha, lượng củi lấy ra là 50% lượng tăng trưởng, tỷ trọng 0,7tấn/m3. Như vậy rừng trồng có khả năng cung cấp 3,5tấn củi/ha/năm. Tổng sản lượng lấy củi lấy ra từ rừng trồng là: 48500,3.3,5 = 169 751,05tấn * Khả năng cung cấp sinh khối từ đồi trọc: Đây là loại rừng đã bị khai thác hết gỗ, chỉ còn lại trảng cỏ hay cây bụi. Nếu khoanh nuôi bảo vệ tốt loại rừng này sẽ phát triển và cho sản lượng củi ước tính 0,5tấn/ha/năm Tổng sản lượng lấy ra từ đồi trọc là: 0,5. 53533,6 = 26 766,8tấn * Khả năng cung cấp sinh khối từ cây trồng phân tán Cây trồng phân tán gồm các loại cây lâm nghiệp, cây ăn quả, cây đặc sản trồng phân tán trong thôn, xóm, vườn nhà, đường giao thông, bờ kênh rạch … Với mục đích tận dụng mọi loại đất có thể cung cấp gỗ củi là chủ yếu. Lượng tăng trưởng bình quân năm của loại cây lấy gỗ và cây ăn quả là 6m3/ha, sử dụng củi 50% lượng tăng trưởng, tỷ trọng 0,7tấn/m3. Như vậy cây trồng phân tán có khả năng cung cấp 2tấn củi/ha/năm. Tổng sản lượng củi lấy ra là: 2. 30591,3 = 61 182,6tấn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  48  ----- * Sinh khối từ cây công nghiệp và cây ăn quả trồng tập trung: Các loại cây này bao gồm: chè, nhãn, vải, cam, chanh … - Cây chè: Việc chăm sóc, tỉa cành hàng năm cho thu hoạch một lượng củi đáng kể, bình quân 0,5tấn củi/ha/năm - Các loại cây ăn quả khác: Lượng củi do tỉa cành, nhánh hàng năm ước tính 1tấn/ha Tổng sản lượng củi từ cây chè và cây ăn quả trông tập trung là: 15000.0,5 + 10500.1 = 18 000 tấn * Sinh khối từ phế thải, phế liệu gỗ: Phế thải trong chế biến gỗ bao gồm: mùn cưa, bìa bắp, đầu mẩu, vỏ bào. Số phế liệu này chiếm tới 60% lượng gỗ tròn đưa vào chế biến Lượng gỗ xẻ là: 12031 m3, lượng phế thải tương đương là: (12031m 3: 40).60.0,7 tấn/m3 = 12 632,55 tấn c. Chất đốt thực vật và phụ phẩm trong nông nghiệp * Chất đốt từ cây lúa: Viện khoa học Nông nghiệp đã phân tích từ mẫu cây của nhiều giống lúa cho thấy: tỷ lệ rơm rạ khô chiếm 55%, tỷ lệ thóc khô chiếm 45%, tỷ lệ trấu trong thóc khô chiếm 25%. Lượng rơm rạ khô dùng làm chất đốt 50%, làm phân và chăn nuôi trâu bò 50%, lượng trấu dùng làm chất đốt 100%. Sản lượng lúa năm 2005 của tỉnh là 322700 tấn, từ đó ta tính được lượng phụ phẩm làm chất đốt như sau: - Rơm rạ: ( 322700:45). 55 = 394411 tấn Sử dụng chất đốt 50% là 197205,5 tấn - Trấu: 322700.25% = 80675,0 tấn ---------------------------- Cộng: 277880,5 tấn *Chất đốt từ cây ngô: Cây ngô và lõi ngô khô có trọng lượng bằng 2 lần trọng lượng ngô hạt, trong đó 50% dùng làm chất đốt, 50% cho trâu bò ăn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  49  ----- Sản lượng ngô năm 2005 là 65384 tấn, vậy lượng phụ phẩm dùng làm chất đốt là : 65 384 tấn *Chất đốt từ phụ phẩm các loại cây khác: (sắn, mía, đậu, lạc, đỗ, khoai… ) ước tính khoảng 52 468 tấn Khả năng cung cấp chất đốt thực vật của tỉnh năm 2005 được tổng hợp trong bảng 2.9 Bảng 2.9: Khả năng cung cấp sinh khối năm 2005 TT Nguồn sinh khối Tổng tiềm năng 1 2 3 4 5 6 7 Rừng tự nhiên Rừng trồng Đất không có rừng Đất trồng cây ăn quả Đất trồng cây phân tán Phế thải, phế liệu gỗ Phụ phẩm trong nông nghiệp 103 774,3 169 751,0 26 766,8 18 000,0 61 182,6 12 632,5 395 732,5 Tổng: 787839,7 2.3.4.2. Đánh giá tổng tiềm năng sinh khối Phần điện năng có thể phát ra từ nguồn sinh khối được tính toán với hệ số quy đổi ra năng lượng trung bình 4160 kWh/ 1 tấn sinh khối (đã qui đổi ra gỗ) và hệ số khai thác 30% được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 2.10: Tiềm năng phát điện từ sinh khối TT Nguồn sinh khối Tổng tiềm năng (tấn/năm) Qui đổi ra năng lƣợng (kWh/năm) Lƣợng điện năng với hệ số khái thác 30% (kWh/năm) 1 Rừng tự nhiên 103 774,3 431 701 088 129 510 326 2 Rừng trồng 169 751,0 706 164 160 211 849 248 3 Đất không có rừng 26 766,8 111 349 888 33 418 466 4 Đất trồng cây ăn quả 18 000,0 74 880 000 22 464 000 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  50  ----- 5 Đất trồng cây phân tán 61 182,6 254 519 616 76 355 884 6 Phế thải, phế liệu gỗ 12 632,5 52 551 200 15 765 360 7 Phụ phẩm trong nông nghiệp 395 732,5 1 646 247 200 493 874 160 Tổng: 787839,7 3 277 413 152 983 223 945 Hiện nay tỉnh có chủ trương tiếp tục đẩy mạnh sự phát triển Nông- Lâm nghiệp thông qua các chương trình trọng điểm của ngành bao gồm: Chương trình lương thực - thực phẩm, chương trình cây công nghiệp - cây ăn quả và chương trình khoanh nuôi, bảo vệ rừng và phủ xanh đất trống đồi núi trọc. Tiềm năng về nguồn cung cấp sinh khối ngày càng tăng. 2.3.5. Năng lƣợng mặt trời 2.3.5.1. Đặc điểm nguồn năng lƣợng mặt trời Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận và nó là một nguồn năng lượng sạch.Trong quá trình sử dụng, nguồn năng lượng này không sinh ra khí nhà kính hay gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu. Về mặt vật chất thì mặt trời chứa đến 78,4% khí Hydro (H2), Heli (He) chiếm 19,8%, các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%. Năng lượng do mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra 3,865.10 26 J, tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn. Nhưng bề mặt quả đất chỉ nhận được một năng lượng rất nhỏ và bằng 17,57.10 16J hay tương đương năng lượng đốt cháy của 6.106 tấn than đá. Năng lượng khổng lồ từ mặt trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạt nhân. Khối lượng của mặt trời xấp xỉ 2.1027 tấn. Để mặt trời chuyển hoá hết khối lượng của nó thành năng lượng cần một khoảng thời gian là 15.1013 năm. Từ đó có thể thấy rằng nguồn năng lượng mặt trời là khổng lồ và lâu dài. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  51  ----- Quả đất có thể xem gần đúng là một quả cầu quay xung quanh mặt trời trên quỹ đạo gần tròn có bán kính trung bình là R=1,495.1011 m. Thời gian cần thiết để quả đất quay được một vòng xung quanh mặt trời là 365 và 1/4 ngày hay một năm. Ngoài chuyển động quay xung quanh mặt trời, quả đất còn tự quay xung quanh trục riêng của nó. Chu kỳ quay của qủa đất xung quanh trục riêng của nó là 24 giờ hay một ngày đêm. Sự định hướng của trục quay riêng của quả đất cùng với sự chuyển động của nó xung quanh mặt trời và xung quanh trục riêng dẫn đến sự thay đổi liên tục của bức xạ mặt trời trên bề mặt quả đất. Vì vậy năng lượng mặt trời có đặc tính không ổn định. Một đặc tính quan trọng khác của năng lượng mặt trời mà chúng ta cần phải quan tâm khi sử dụng đó là năng lượng mặt trời có cường độ bức xạ biến đổi theo không gian. Vì vậy định hướng dàn Pin mặt trời phụ thuộc vào địa phương lắp đặt. 2.3.5.2. Đánh giá tiềm năng Bảng 2.11: Bức xạ tổng cộng trung bình tháng và năm của tỉnh Thái Nguyên (kcal/cm2) I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII năm 3,2 6,4 7,6 10,1 12,3 10,9 11,9 12,1 11,6 8,9 7,3 6,0 110,2 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006- 2010, có xét tới 2015 Bảng 2.12: Số giờ nắng trung bình tháng, năm của tỉnh Thái Nguyên (h) I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII năm 82,4 93,8 142,3 172,3 191,3 151,9 188,8 170,4 148,9 129,6 126,1 109,6 1707 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Qua số liệu thống kê trên ta thấy Thái Nguyên có điều kiện thiên nhiên rất thuận lợi cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời. Hầu hết các tháng đều có nắng trừ tháng 1, 2 và tháng 12 là bức xạ mặt trời hơi yếu. Tống số giờ nắng trong năm 1707h . Mức tổng xạ trung bình 110,2 kCal/cm2/năm. Biến trình năm có tổng xạ cực đại chính vào tháng V, cực đại phụ vào tháng VIII, cực tiểu chính vào tháng I. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  52  ----- Từ các số liệu trên ta thấy tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời khá lớn và việc ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời để phát điện là hoàn toàn khả thi. Tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời được đánh giá theo phương pháp trực tiếp như sau: a. Tiềm năng lý thuyết Căn cứ vào các số liệu về diện tích tự nhiên của tỉnh và bảng số liệu bức xạ tổng cộng trung bình tháng và năm của tỉnh Thái Nguyên ta có thể tính toán sơ bộ tổng tiềm năng lý thuyết của nguồn năng lượng mặt trời như sau: Tổng bức xạ trung bình của Thái Nguyên: 110,2 kcal/cm2.năm. Diện tích của tỉnh 3541,5 Km2 = 3541,5.1010 cm2 Từ hai số liệu trên ta sẽ xác định được sơ bộ tổng tiềm năng lý thuyết trung bình của tỉnh: ALT = QTB. STN Trong đó: ATL: Tổng tiềm năng lý thuyết trung bình QTB: Tổng bức xạ trung bình STN : Diện tích tỉnh Thái Nguyên ALT = 110,2.3541,5.10 10 = 390273,3.10 10 Kcal/năm = 1626138,75.10 10 KJ/năm = 451,7.10 10 KWh/năm = 4517 tỷ kWh/năm Toàn bộ tiềm năng lý thuyết trên nếu ta dùng để sản xuất điện và sử dụng công nghệ Pin mặt trời, hiệu suất 10% ta sẽ tính được tiềm năng phát điện của năng lượng mặt trời: ALTĐ = ALT. PMT Trong đó: ATLĐ: Tiềm năng phát điện của năng lượng mặt trời ATL: Tổng tiềm năng lý thuyết trung bình PMT : Hiệu suất của Pin mặt trời ALTĐ = 451,7.10 10 . 10% = 45,17.10 10 KWh/năm = 451,7 tỷ kWh/năm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  53  ----- Hiện nay tổng tiêu thụ điện cả nước ta là khoảng 50 – 55 tỷ kWh/năm. Tiềm năng phát điện lý thuyết của NLMT trên địa bàn tỉnh ước tính khoảng 451,7 tỷ kWh/năm. Như vậy NLMT ở TN có tiềm năng lớn gấp 8 -9 lần tiêu thụ điện cả nước hiện nay. Nếu dùng để sản xuất nhiệt với công nghệ hiệu ứng nhà kính, hiệu suất 40% . Ta có tiềm năng nhiệt của năng lượng mặt trời: QLTN = ALT. BTP Trong đó: QLTN: Tiềm năng nhiệt của năng lượng mặt trời ATL: Tổng tiềm năng lý thuyết trung bình BTP : Hiệu suất của bộ thu phẳng QLTN = 1626138,75.10 10 . 40% = 651255,5.10 10 KJ/năm b. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật Tương tự như việc đánh giá tiềm năng kinh tế kỹ thuật của thuỷ điện, khi đánh giá tiềm năng kinh tế kỹ thuật của năng lượng mặt trời ta cũng cần phải quan tâm đến những hạn chế của điều kiện địa hình, điều kiện thi công, lắp đặt, cơ sở hạ tầng, trình độ công nghệ…người ta chỉ có thể khai thác được một phần của tiềm năng lý thuyết. Đồng thời khi khai thác phải đem lại hiệu quả kinh tế. Với đặc điểm của tỉnh là một vùng trung du miền núi, nên diện tích có dân cư và các cơ sở sản xuất chỉ chiếm 11,21% diện tích tỉnh. Nguồn năng lượng mặt trời chỉ đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi được ứng dụng ở những nơi có dân cư sinh sống. Từ những phân tích trên ta có thể tính toán sơ bộ tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất điện của NLMT : AĐ = ALTĐ. Sdc Trong đó: AĐ: tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất điện ATLĐ: Tiềm năng phát điện của năng lượng mặt trời Sdc: Diện tích có dân cư và các cơ sở sản xuất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  54  ----- AĐ = 45,17.10 10 . 11,21% = 5,064. 10 10 KWh/năm Tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất nhiệt: QN = QLTN. Sdc Trong đó: QN: Tiềm năng Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất nhiệt QLTN: Tiềm năng nhiệt của năng lượng mặt trời Sdc: Diện tích có dân cư và các cơ sở sản xuất QN = 651255,5.10 10 . 11,21% = 73005,74.10 10 KJ/năm So với nhu cầu tiêu thụ điện của tỉnh( đã được tính toán trong mục 2.2 chương 2) năm 2005 là 855,8.106kWh và trong những năm tới năm 2010 là 1598 kWH; đến năm 2015 là 2850,5.106kWh. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật sản xuất điện của NLMT gấp 60 lần lượng điện tiêu thụ năm 2005 và gấp 18 lần lượng điện tiêu thụ năm 2015. Qua các số liệu trên ta thấy Thái Nguyên có tiềm năng NLMT tương đối lớn. Việc ứng dụng NLMT có thể khắc phục được tình trạng thiếu điện hiện nay, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong tương lai. 2.4. Hiện trạng nghiên cứu, ứng dụng Hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên lưới điện đã phủ đến tất cả các xã trong tỉnh. Đến cuối tháng 12 năm 2005, theo thống kê của Điện lực Thái Nguyên, có 145/145 xã có điện. Khu vực nông thôn số hộ có điện chiếm tỷ lệ 95,36%. Hiện nay tỉnh đang triển khai dự án năng lượng nông thôn 2 ( RE-II), do WB tài trợ. Dự án sẽ cải tạo, nâng cấp và mở rộng lưới điện cho 30 xã thuộc 6 huyện: Phú Bình, Định Hóa, Phú lương, Phổ Yên, Đại Từ, Đồng Hỷ. Theo quy hoạch phát triển lưới điện của tỉnh, số hộ được cấp điện từ lưới điện quốc gia đến năm 2010 là 99,7%. Như vậy cần nghiên cứu cấp điện cho các hộ còn lại bằng các nguồn năng lượng mới và tái tạo. Nguồn năng lượng sinh khối hiện nay mới chỉ dùng để phát nhiệt phục vụ nhu cầu sinh hoạt. Năng lượng mặt trời, một số hộ gia đình dùng để đun nước nóng sinh hoạt. Năng lượng thủy điện nhỏ bước đầu được ứng dụng để phát điện. Hiện tại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  55  ----- tỉnh đang xây dựng một nhà máy thuỷ điện cỡ vừa trên lưu vực sông Công, tại huyện Đại Từ với công suất 1,98MW. Trong những năm qua tỉnh đã xây dựng và lắp đặt 10 trạm thủy điện cỡ nhỏ công suất từ 15-50 kW, với tổng công suất lắp máy là 240 kW. Tuy nhiên hầu hết các trạm thủy điện này đã hỏng. Bảng 2.13: Các trạm thủy điện nhỏ hiện có tỉnh Thái Nguyên ( Công suất 50 kW) Tên công trình Địa điểm Công suất ( kW) Tình trạng vận hành 1. Chợ Chu H. Định Hóa 18 Hỏng 1979 2. Bình Thanh H. Định Hóa 20 Hỏng 1985 3. Bao Cường H. Định Hóa 20 Hỏng 1989 4. Lương Phú H. Phú Bình 48 Hỏng 1993 5. Dao Xa H. Phú Bình 34 Hỏng1994 6. Tân Dương H. Định Hóa 30 Hỏng 1995 7. Phương Tiến H. Định Hóa 15 Hỏng 1989 8. Tràng Xá H. Võ Nhai 20 Hỏng 1992 9. Dân Tiến H. Võ Nhai 15 Hỏng 1993 10. Thắng Lợi Sông Công 20 Hỏng 1994 Nguồn: Viện năng lượng – Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Các trạm thủy điện nhỏ này được đưa vào sử dụng từ những năm 66 – 67, cả thiết bị và công trình thủy công đều đã bị hỏng từ những năm 90, do các trạm này được lắp đặt bằng các thiết bị do các nước xã hội chủ nghĩa (cũ) cung cấp như: Liên Xô, Trung Quốc, Hungari, Tiệp Khắc ... Sau một thời gian làm việc trong điều kiện chiến tranh phá hoại, công tác quản lý còn yếu kém, các thiết bị hư hỏng dần lại không có thiết bị thay thế nên phần lớn các trạm thuỷ điện này đã phải ngừng hoạt động và bị phá huỷ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  56  ----- Ngoài ra trên địa bàn tỉnh còn hàng nghìn thủy điện cực nhỏ (thủy điện mini) công suất 300 – 500 W phục vụ thắp sáng, nghe đài… cho các hộ gia đình ở những nơi chưa có điện lưới quốc gia. Qua nghiên cứu sơ bộ, dựa trên cơ sở các tài liệu và các kết quả khảo sát đánh giá tại thực địa cho thấy tỉnh Thái Nguyên còn một số hộ khả năng kéo điện lưới đến rất khó khăn. Để cấp điện cho những hộ dân này thích hợp nhất là dùng các trạm thủy điện mini (thủy điện cực nhỏ) PHƢƠNG ÁN CẤP ĐIỆN BẰNG NGUỒN THỦY ĐIỆN CỰC NHỎ CHO CÁC HỘ CHƢA CÓ ĐIỆN LƢỚI ( 2005 – 2010 ) Số TT Huyện, xã Số hộ Công suất yêu cầu ( kW) Thủy điện cực nhỏ Số tổ máy Công suất Vốn đầu tƣ ( tr.đ) 1 2 3 4 8 9 10 I 1 2 3 4 5 6 7 8 II 1 2 3 4 5 6 H. Võ Nhai Phương Giao Liên Minh Bình Long Vũ Chấn Nghinh Tường Sảng Mộc Thượng Nung Thần Xa H. Định Hóa Tân Thịnh Tân Dương Quy Kỳ Kim Sơn Bảo Linh Bình Yên 634 141 43 171 24 102 92 37 23 492 88 110 133 26 47 15 285 63 19 77 11 46 41 17 10 222 40 50 60 12 21 7 950 211 65 257 37 153 138 55 34 738 133 166 200 39 71 22 285 63 19 77 11 46 41 17 10 222 40 50 60 12 21 7 1140 886 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  57  ----- 7 8 Trung Lương Phú Đình 49 23 22 10 74 34 22 10 Toàn tỉnh: 1126 507 1689 507 2027 Nguồn: Viện năng lượng- Quy hoạch phát triển điện lực Thái Nguyên giai đoạn 2006-2010, có xét tới 2015 Trong tương lai khi mà các nguồn năng lượng hoá thạch ngày một cạn kiệt, nhu cầu dùng điện ngày một tăng thì việc ứng dụng nguồn năng lượng mới để sản xuất điện tại Thái Nguyên, Việt Nam và thế giới nói chung là cần thiết và cấp bách. NLM và TT không chỉ dùng cho vùng sâu, vùng xa, nơi chưa có điện lưới mà trong tương lai là một trong các nguồn năng lượng thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch khác. Sử dụng cho nông thôn vùng sâu vùng xa chỉ là một giải pháp trước mắt. Với tiềm năng về các nguồn năng lượng mới của Tỉnh đã phân tích ở trên thì việc ứng dụng năng lượng mới là hoàn toàn khả thi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  58  ----- CHƢƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 3.1. Các tiêu chí lựa chọn Cùng với sự p