TÌM HIỂM THÁP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (PHẦN 3) (19/07/2015)

Sự suy giảm nguồn nhiên liệu hóa thạch đã thúc đẩy tìm kiếm giải pháp thay thế bền vững hơn.Nhiều giải pháp đã được đề xuất để tạo ra điện bằng cách khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Phần 3: Một số nhận xét phân tích về tháp năng lượng mặt trời

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng những tần số riêng của một ống tháp cao như vậy là rất thấp và đến rất gần với đỉnh của phổ năng lượng gió (Harte và Krätzig, 2011). Điều này làm cho ống tháp rất dễ bị cộng hưởng khi có bão. Không chỉ vậy, động năng tải có thể trở thành rắc rối khi một cấu trúc được thiết kế với cuộc đời làm việc lên đến 100 năm. Nói về kinh tế, một vỏ bê tông cực kỳ mỏng sẽ là giải pháp tốt nhất, nhưng càng mỏng, tháp càng khó chống lại sức gió và phân bố đều lực theo chu vi. Một số biện pháp tăng cứng đã được đề xuất để cải thiện cấu trúc của ống tháp cao như vậy là dạng giống như một chùm các bộ đỡ. Biện pháp này có hiệu quả ứng dụng trong vài dầm theo chiều cao của tháp, cùng với việc sử dụng các vòng có nan hoa bên trong mặt cắt ngang của ống tháp, hoặc kết hợp cả hai.

Như vậy, trở ngại lớn nhất cho tháp năng lượng mặt trời là chi phí cao của ống tháp. Một nhà máy điện quy mô nhỏ sẽ không có hiệu quả kinh tế trong khi một nhà máy lớnsẽ đòi hỏi lượng vốn khổng lồ làm các nhà đầu tư dè dặt, khi công nghệ mới chưa được chứng minh trên một quy mô lớn. Một nhà máy điện đốt than 200 MW chi phí khoảng 300 triệu USD để xây dựng trong khi một tháp năng lượng mặt trời với sản lượng tương tự sẽ có giá khoảng 750 triệu. Tuy nhiên, tháp năng lượng mặt trời có tuổi thọ rất dài và không tốn kém nhiên liệu để vận hành, làm cho chúng hấp dẫn về kinh tếtrong dài hạn.

Hình 3. Các loại tháp dùng cho nhà máy điện tháp năng lượng mặt trời

Cũng có một sáng kiến đề xuất chế tạo ống thoát khí bằng các vật liệu nhẹ như những loại được sử dụng trong bóng thám không hoặc công nghiệp máy bay. Các ống thoát như vậy có thể trôi nổi trong không khí, phần dưới của nó được nối với ống tháp cố định. Với sáng kiến này, sản lượng điện năng và hiệu suất có thể đạt tối đa ứng với một giá trị thích hợp của lưu lượng khí (đo bằng kg/ giây). Nhiều tính toán chỉ ra là lưu lượng tối ưu cho kết quả gần như độc lập với năng lượng mặt trời rọi xuống. Ứng với một giá trị bức xạ năng lượng mặt trời, sản lượng điện phụ thuộc chủ yếu vào đường kính vùng thu khí (Dc), độ cao (H) và đường kính bên trong (d) của ống thoát. Hiệu suất của nhà máy bị ảnh hưởng bởi các hệ số tổn thất do ma sát trong ống thoát khí và ống tháp (k), hệ số điều chỉnh động năng (α). Ngoài ra còn có sự phụ thuộc nhỏ của hiệu suất vào các điều kiện môi trường tại nơi lắp đặt đặc trưng bởi nhiệt độ (T₀) và áp suất (P₀) của môi trường.

Mặc dù ý tưởng xây dựng một nhà máy tháp năng lượng mặt trời đề xuất chưa lâu, nhưng đã có những nhà máy được xây dựng trong thực tiễn. Những kinh nghiệm và bí quyết xây dựng các loại nhà máy này sẽ cung cấp thêm cơ hội sử dụng và tạo nguồn nhiên liệu sạch, và trong tương lai gần, để vận hành các nhà máy điện năng lượng mặt trời như vậy, ống tháp được làm bằng vật liệu tổng hợp tiên tiến, mà sẽ có chi phí xây dựng kinh tế cho mỗi KW.

PGS. TS. Nguyễn Tuấn Anh (CNNL)