Chạy tua bin hơi nước bằng nhiệt mặt trời

19/12/2008

Các nhà đầu tư và ngành dịch vụ công cộng đang chuyển sang xây dựng các nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời, một giải pháp công nghệ thay thế tương đối thấp, sử dụng các tấm pin quang điện để chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện.

Vào tháng 2/2008, Công ty phát triển nhà máy điện mặt trời của Tây Ban Nha Abengoa Solar và ngành dịch vụ công cộng Arizona đặt ở Phoenix đã thông báo về dự án xây dựng nhà máy điện nhiệt mặt trời công suất 280 MW ở Arizona. Trái lại, các tấm pin quang điện lớn nhất được lắp đặt trên thế giới chỉ sản xuất được 20 MW.

Trong nhà máy thu nhiệt mặt trời, các gương tập trung ánh sáng mặt trời trên một số loại chất lưu được sử dụng để đun sôi nước cho các tua bin hơi. Năm 2007, các công ty phát triển công nghệ nhiệt mặt trời như Abengoa, Ausra và Solel đã kiếm được hàng chục triệu USD từ các hợp đồng tài chính và năng lượng của các ngành dịch vụ công cộng lớn như Công ty điện khí Thái Bình Dương và Công ty năng lượng và chiếu sáng Florida. Đến năm 2013, các dự án được triển khai chỉ ở Hoa Kỳ và Tây Ban Nha sẽ bổ sung thêm gần 6000 MW điện mặt trời so với sản lượng điện bổ sung năm 2007 toàn thế giới là 100 MW.

Nhu cầu điện mặt trời tăng gấp 2 lần. Trên quy mô lớn, điện mặt trời có giá tương đối thấp: một phân tích kinh tế của Severin Borenstein, Giám đốc Viện năng lượng thuộc Đại học California nhấn mạnh, điện mặt trời sẽ có khả năng cạnh tranh về chi phí với các hình thức phát điện khác hàng thập kỷ trước khi điện mặt trời phát huy khả năng này cho dù các phát thải khí nhà kính không bị đánh thuế mạnh.

Các công ty điện mặt trời cũng cho rằng điện từ nhiệt mặt trời có giá đắt hơn điện sản xuất từ gió mà hiện nay là dạng năng lượng tái tạo có tốc độ phát triển nhanh nhất. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, điện từ gió giá khoảng 8 cen/kW, trong khi giá điện mặt trời là 13 -17 cen. Tuy nhiên, điện năng từ các trang trại gió dao động theo cơn gió và thời gian lặng gió; mặt khác, các nhà máy nhiệt mặt trời thu năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt dễ dàng hơn nhiều so với tích trữ điện. Các ngành dịch vụ công cộng có thể truyền năng lượng mặt trời được tích trữ khi cần thiết cho dù không có ánh sáng mặt trời. Terry Murphy, Giám đốc công ty phát triển công nghệ nhiệt mặt trời SolarReserve, ở Santa Monica, CA cho rằng điều này sẽ mang lại nhiều giá trị. Mọi người sẽ nhận thức được rằng sự thay đổi năng lượng và ‘ khả năng truyền tải’ là giải pháp then chốt đáp ứng các yêu cầu của ngành dịch vụ công cộng nhằm nỗ lực cân bằng hệ thống điện.

Trên thực tế, công suất lưu giữ năng lượng là yếu tố quyết định giá trị kinh tế của nhà máy thu nhiệt mặt trời. Nếu không tích trữ năng lượng, một nhà máy thu nhiệt mặt trời sẽ cần có tua bin đủ lớn để đảm nhiệm sản xuất ra nhiều hơi nước nhất, khi có ánh sáng mặt trời nhiều nhất nhưng không được sử dụng hợp lý. Nhiệt mặt trời được tích trữ nghĩa là một nhà máy có thể sử dụng tua bin hơi nước nhỏ, giá rẻ hơn có thể được duy trì hoạt động đều đặn nhiều giờ trong ngày. Trong khi việc tích trữ năng lượng bố sung sẽ làm tăng đáng kể giá điện sản xuất bằng pin quang điện hoặc trang trại gió, nhưng trên thực tế lại làm giảm giá một kW điện do các nhà máy nhiệt mặt trời sản xuất.

Sản lượng điện được dự trữ trong một nhà máy nhiều giờ đến mức có thể duy trì hoạt động của tua bin hết công suất sẽ thay đổi theo chi phí đầu tư và nhu cầu của ngành dịch vụ công cộng. Fred Morse, chuyên gia tư vấn hoạt động của công ty Abengoa Solar Hoa Kỳ cho rằng:“Thời điểm tối ưu có thể là 3h hoặc 6h dự trữ để giá tiền mỗi kWh thấp nhất”. Nhà máy điện công suất 280 MW ở Arizona của công ty này dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2011 sẽ đạt 6h lưu giữ, trong khi các dự án khác gần đây hứa hẹn lưu giữ từ 7h-8h.

Trong khi thiết kế các nhà máy nhiệt điện mặt trời đang được đa dạng hoá nhanh thì hầu hết các nhà máy chủ yếu sử dụng hệ thống lưu giữ năng lượng giống nhau: các thùng đựng đầy muối nấu chảy dạng lỏng ở nhiệt độ hơn 5650C. Về cơ bản có 2 thùng gồm nhiều thiết bị trao đổi nhiệt, ống dẫn và máy bơm. Chẳng hạn, các nhà máy nhiệt điện mặt trời công suất 50 MW do công ty Solar Millennium của Đức sẽ xây dựng ở Tây Ban Nha gần Granada sẽ sử dụng 28.500 tấn muối nấu chảy trong 2 thùng cao 14 m, có đường kính 38,5 m.

Mặc dù muối nấu chảy là sự lựa chọn phổ biến nhất để lưu giữ nhiệt, nhưng các nhà phát triển đang thử nghiệm nhiều nơi để tìm kiếm các biện pháp thu nhiệt hiệu quả hơn tại địa điểm đầu tiên. Nhà máy nhiệt mặt trời của công ty Abengoa ở Arizona sẽ sử dụng thiết kế “lõm” trong đó dãy gương parabol tập trung ánh nắng mặt trời lên ống thuỷ tinh chứa dầu truyền nhiệt như therminol. Một phần dầu được đốt nóng làm nóng muối tan chảy trong khi phần còn lại trực tiếp sinh ra hơi nước. Hank Price, Phó chủ tịch phụ trách phát triển công nghệ của Abengoa Solar cho rằng thiết kế thu năng lượng ở vùng lõm của nhà máy này là một phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay chủ yếu nhờ cải tiến các ống thuỷ tinh. Lớp phủ hút gốm-kim loại đã làm tăng lượng nhiệt mà các ống thuỷ tinh thu tới mức mà các nhà máy sử dụng chúng để sản xuất nhiều điện năng hơn so với các dự án trình diễn phát điện từ nhiệt mặt trời đầu những năm 1990 là 30%.

Trái lại, SolarReserve đang xây dựng các hệ thống làm nóng trực tiếp muối nóng chảy. Thiết kế này gồm có các tháp năng lượng trong đó dãy gương tập trung ánh sáng mặt trời trên các tháp cao.
Murphy thuộc công ty SolarReserve cho rằng hệ thống tháp năng lượng giá xây dựng rẻ hơn các hệ thống thu năng lượng dạng “lõm” vì không cần nhiều ống thuỷ tinh. Quan trọng hơn, hệ thống này tạo ra hơi nước chất lượng cao hơn. Vì hệ thống sẽ đốt nóng trực tiếp muối nấu chảy ở khoảng 5650C, nóng hơn khoảng 1650C so với dầu trong nhà máy thiết kế có dạng “lõm”.

Tăng hiệu suất nhiệt động lực học là vấn đề chủ yếu khi tình trạng thiếu nước buộc các nhà máy nhiệt điện ở những sa mạc nóng, khô hạn phải từ bỏ sử dụng hơi nước làm mát, vì hơi nước đi qua tua bin cần được làm mát và ngưng tụ đến mức có thể tái sử dụng. Các kỹ thuật làm mát thay thế tiêu thụ nhiều năng lượng làm giảm tổng hiệu suất của nhà máy. Một nhà máy vận hành ở nhiệt độ nóng hơn thì sẽ chịu tổn thất từ các kế hoạch làm mát nhỏ hơn. Tổn thất sẽ là 3-4% còn các nhà máy thiết kế dạng “lõm” sẽ mất từ 7-8%.

Theo Price, công ty Abengoa, về mặt lý thuyết, các tháp năng lượng có lợi thế về nhiệt động lực, đó là lý do mà Abengoa đã xây dựng một nhà máy trình diễn công suất 10 MW ở Tây Ban Nha và đang xây dựng nhà máy thứ hai công suất 20 MW. Tuy nhiên, Price băn khoăn liệu các nhà đầu tư có ủng hộ xây dựng các nhà máy tháp năng lượng công suất từ 100-200 MW mà SolarReserve dự kiến hay không vì ông cho rằng có nhiều rủi ro về kỹ thuật.

(Nguồn: Technologyreview)

Chạy tua bin hơi nước bằng nhiệt mặt trời

Thông báo nhận hồ sơ các Giải thưởng hiệu quả năng lượng năm 2024

Điện khí hóa lò cao tiết kiệm năng lượng trong sản xuất thép

Bản quyền thuộc Vụ Tiết kiệm năng lượng và Phát triển bền vững, Bộ Công Thương