NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI - Phần 4

Nhiệt Mặt Trời

• Chuyển hóa nhiệt Mặt trời thành điện:

Năng lượng nhiệt Mặt trời là nhiệt năng hấp thụ bởi hệ thống thu bắt nhiệt từ ánh sáng Mặt trời, có thể sử dụng để đun nóng nước hoặc để tạo hơi nước. Khác với các hệ nhiệt Mặt trời công suất nhỏ sử dụng chảo thu mặt phẳng để thu nhiệt từ ánh sáng Mặt trời, các nhà máy nhiệt Mặt trời công suất lớn sử dụng các thiết bị thu hội tụ ánh sáng Mặt trời và từ đó đạt nhiệt độ cao cần thiết để tạo hơi nước quay turbin.

Nước nóng có thể được sử dụng trong nhà ở, công sở hoặc các cơ sở công nghiệp…Hơi nước được sử dụng để quay turbin và rồi vận hành phát điện. Nhiệt Mặt trời có ứng dụng rộng rãi trong việc cung cấp nước nóng và sản xuất điện, với công suất có thể đạt tới vài MW.

Có 3 dạng tập trung năng lượng Mặt trời tạo nhiệt đun nóng, bao gồm trũng parabol, dĩa quay và tháp năng lượng. Nếu được khai triển ở quy mô lớn, điện nhiệt Mặt trời có tính cạnh tranh khá cao. Ứng dụng thương mại của công nghệ xuất hiện vào đầu những năm 80 và phát triển khá nhanh, nhờ các ưu điểm như:

• Có thể sản xuất cùng lúc cả Điện và nước nóng.
• Quy mô của nhà máy có thể được thay đổi để thích ứng với các ứng dụng theo thời điểm, hoặc công suất có thể được điều tiết để đáp ứng nhu cầu điện ở lúc cao điểm vào ban ngày.
• Nhà máy nhiệt Mặt trời không gây ô nhiễm và có thể được hoàn tất xây dựng trong thời gian rất ngắn.

• Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt trời

Các nhà máy nhiệt Mặt Trời sử dụng các phương pháp thu hội tụ ánh sáng khác nhau và có sự khác biệt đáng kể về quy mô.

Theo đó, hệ thống thu nhiệt trung tâm sử dụng ở các nhà máy lớn bao gồm các gương hội tụ ánh sáng Mặt trời vào một dĩa thu duy nhất lắp trên đỉnh một tháp trung tâm. Bức xạ nhiệt của ánh sáng Mặt trời sẽ làm nóng chảy muối bên trong chảo, và nhiệt lượng của muối nóng chảy sẽ được sử dụng để tạo điện thông quan các máy phát dạng hơi thông thường. Nước hoặc dung dịch đun được bơm vào tháp sẽ được đun nóng để sử dụng trực tiếp hoặc chuyển thành hơi để quay turbin. Các tấm gương có khả năng theo dõi và quay theo sự thay đổi của hướng nắng, sẽ luôn đảm bảo sự hội tụ tối đa của ánh sáng Mặt trời trên dĩa thu.

Ưu điểm của hệ thống là muối nóng chảy có khả năng giữ nhiệt rất hiệu quả, có thể kéo dài vài ngày trước khi được sử dụng để chuyển thành điện, nên vẫn có thể sản xuất điện trong những ngày âm u hoặc vào vài giờ sau hoàng hôn.

Một dạng thiết bị thu nhiệt Mặt Trời thứ hai là hệ thống hình dĩa, sử dụng dĩa phản chiếu hình parabol để hội tụ ánh sáng vào tâm thu ở tại tiêu điểm của dĩa. Dung dịch đun được truyền vào dĩa thu để hấp thu nhiệt tại đó. Nhiệt khi cho dung dịch đung dãn nở ra làm đẩy piston và từ đó quay turbin. Phương pháp sẽ cho phép tập trung ánh sáng từ 100 đến 2,000 lần.

Dạng hệ thống còn lại là thiết bị hình trũng, là một gương cầu dài dùng hội tụ ánh sáng lên trên các ống dẫn chứa dung dịch đun. Dung dịch đun trong ống có thể đạt đến nhiệt độ 400 độ C như tại Solar Electric Generating Systems tại vùng Nam California. Dung dịch đun nhiệt độ cao sẽ được sử dụng để đun nóng nước tạo hơi quay turbin và vận hành máy phát điện.

Mỹ, Áo, Tây Ban Nha, Nhật Bản và Pháp là các quốc gia dẫn đầu về khai thác nhiệt Mặt trời tạo điện thông qua các hệ thống tập trung ánh sáng có công suất lắp đặt lên đến hàng trăm MW. Trong năm 1995, tại Châu Âu đã có 6.5 triệu m2 diện tích lắp đặt gương tập trung ánh sáng Mặt Trời với tốc độ phát triển là 15% trong năm 1994.

• Các tác động về môi trường

So với các nhà máy điện truyền thống, điện Mặt trời gây rất ít tác động đến mội trường. Trong quá trình vận hành, các pin quang điện hoàn toàn không sử dụng bất cứ dạng nhiên liệu nào, nên không thải ra khí hoặc chất lỏng độc hại và không sử dụng nước để hạ nhiệt. Các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường từ điện Mặt trời, nếu có, là các chất hóa học sử dụng trong quá trình chế tạo, sản xuất pin và diện tích đất sử dụng.

Trong quá trình chế tạo một số loại pin quang điện, đặc biệt là Pin gallium arsenide, một số hóa chất độc có thể được sử dụng. Chúng được sinh ra trong các nhà máy, nên việc kiểm soát chặt chẽ quá trình sản xuất và quản lý hợp lý các chất thải độc hại, các nguy cơ làm ô nhiệm môi trường sẽ giúp giảm thiểu. Việc xử lý các pin Mặt trời sau khi hết hạn sử dụng cũng là một vấn đề đáng lưu ý. Tuy nhiên hầu hết các vật liệu có khả năng gây hại đều có thể được tái chế.

Một số lo ngại khác là về vấn đề diện tích đất đòi hỏi để có thể sản xuất một số lượng lớn điện Mặt trời. Tuy nhiên, nếu tính gộp tất cả các giai đoạn đòi hỏi trong quá trình sản xuất điện, các mạng điện Mặt trời chiếm diện tích sử dụng ngang bằng với các nhà máy điện than hoặc điện nguyên tử. Ngoài ra, còn có khả năng thích ứng của các hệ thống quan điện cục bộ với các cấu trúc xây dựng, chẳng hạn như lắp đặt các dàn pin Mặt trời trên mái nhà ... hoặc việc tận dụng các khu vực đất trống bỏ hoang, ít giá trị, như trên sa mạc.

• Giá thành

Giá thành cũng chính là trở ngại lớn nhất trong việc khai triển điện Mặt trời. Trong vòng 20 năm, giá thành của điện Mặt trời đã giảm hơn 40 lần, trung bình là 4% mỗi năm. Đó là chủ yếu nhờ vào sử cải thiện về hiệu suất chuyển đổi năng lượng và quy mô sản xuất và lắp đặt ngày cành được mở rộng.

Một hệ thống quang điện gia đình có giá thành dao động từ 8-10 USD/W. Nếu được chính phủ trợ giá, đồng thời tận dụng việc giảm giá thành pin khi mua ở số lượng lớn, và giá lắp đặt dao động sẽ hạ xuống đến 3-4 USD/W (khoảng 10-12 cent/kWh). Đối với các hệ thống quang điện quy mô lớn, nếu không được trợ giá, giá thành điện Mặt trời sẽ dao động vào khoảng 22-40 cent/KWh ở điều kiện khí hậu thuận lợi.

Nhìn chung, vốn đầu tư ban đầu có thể là trở ngại. Hầu hết tất cả các phương pháp khai triển điện Mặt trời đều đòi hỏi một diện tích đất đai tương đối lớn để đạt được hiệu suất cần thiết. Điều này sẽ khiến giá thành tăng cao. Hiệu suất điện Mặt trời cũng phụ thuộc vào vị trí chiếu sáng của Mặt trời, nhưng hiện nay vấn đề đã được khắc phục nhờ việc sử dụng heliostat như ở trong các dĩa thu hội tụ.