BÀI 5: SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG

KHỞI ĐỘNG:

CH: Quan sát Hình 5.1 và giải thích nguyên lí chuyển đổi cơ năng thành điện năng của turbine thuỷ điện

Gợi ý đáp án:

1. Nước từ hồ chứa chảy qua đường dẫn nước với áp lực cao.

2. Áp lực nước tác động lên các cánh quạt của turbine, làm cho turbine quay.

3. Trục turbine được nối với máy phát điện.

4. Khi turbine quay, trục turbine cũng quay, làm cho rôto của máy phát điện quay.

5. Sự chuyển động quay của rôto tạo ra từ trường.

6. Từ trường biến đổi liên tục trong các cuộn dây của stato, tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

7. Dòng điện AC được truyền tải đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống điện quốc gia.

I. KHÁI NIỆM VỀ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG

CH: Quan sát Hình 5.2 và phân loại các nguồn năng lượng dung để sản xuất điện năng thành hai nhóm: năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo

Gợi ý đáp án:

Năng lượng tái tạo: địa nhiệt, nước, gió, sinh khối, mặt trời

Năng lượng không tái tạo: dầu mỏ, than đá, hạt nhân, khí tự nhiên

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG CHỦ YẾU

1. THUỶ ĐIỆN

CH: Quan sát Hình 5.3 và giải thích hoạt động của nhà máy thuỷ điện

Gợi ý đáp án:

1. Nước từ hồ chứa chảy qua đường dẫn nước với áp lực cao.

2. Nước tác động vào cánh quạt của turbine, làm turbine quay.

3. Trục turbine được nối với máy phát điện.

4. Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

5. Dòng điện AC được truyền tải đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống điện quốc gia.

2. NHIỆT ĐIỆN

CH: Quan sát Hình 5.4 và giải thích hoạt động của nhà máy nhiệt điện

Gợi ý đáp án:

1. Nhiên liệu (than đá, dầu mỏ, khí đốt) được đốt cháy trong lò hơi:

+ Nhiên liệu được đưa vào lò hơi và đốt cháy.

+ Quá trình đốt cháy tạo ra nhiệt năng.

2. Nước được đun nóng bởi nhiệt năng từ lò hơi và biến thành hơi nước:

+ Nước được bơm vào lò hơi và được đun nóng bởi nhiệt năng từ lò hơi.

+ Nước sôi và biến thành hơi nước ở áp suất cao.

3. Hơi nước tác động vào cánh quạt của turbine, làm turbine quay:

+ Hơi nước được dẫn đến turbine.

+ Áp lực cao của hơi nước tác động vào các cánh quạt của turbine, làm turbine quay với tốc độ cao.

4. Trục turbine được nối với máy phát điện:

+ Trục turbine được nối trực tiếp với máy phát điện.

+Khi turbine quay, trục turbine cũng quay, truyền chuyển động quay cho máy phát điện.

5. Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều (AC):

+ Máy phát điện có cấu tạo gồm rôto và stato.

+ Rôto là phần quay cùng với trục turbine, tạo ra từ trường.

+ Stato là phần cố định, gồm các cuộn dây dẫn điện.

+ Khi rôto quay, từ trường liên tục biến đổi trong các cuộn dây của stato, tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

6. Dòng điện AC được truyền tải đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống điện quốc gia:

+ Dòng điện AC được truyền tải từ máy phát điện đến trạm biến áp.

+ Tại trạm biến áp, điện áp được nâng cao để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải.

+ Dòng điện AC được truyền tải qua hệ thống đường dây điện cao áp đến các trạm biến áp phụ.

+ Tại trạm biến áp phụ, điện áp được hạ thấp để cung cấp cho các hộ tiêu thụ.

3. Điện hạt nhân

CH: Quan sát Hình 5.5 và giải thích hoạt động của nhà máy hạt nhân

Gợi ý đáp án:

1. Phân hạch hạt nhân:

+ Urani được đưa vào lò phản ứng và phân hạch dưới tác động của neutron.

+ Quá trình phân hạch tạo ra một lượng lớn nhiệt năng và giải phóng thêm neutron.

+ Neutron được sử dụng để duy trì phản ứng phân hạch dây chuyền.

2. Hệ thống làm mát:

+ Nước được sử dụng để làm mát lò phản ứng và các bộ phận khác của nhà máy.

+ Nước hấp thụ nhiệt năng từ lò phản ứng và biến thành hơi nước.

3. Turbine hơi:

+ Hơi nước được dẫn đến turbine hơi.

+ Áp lực cao của hơi nước tác động vào các cánh quạt của turbine, làm turbine quay với tốc độ cao.

4. Máy phát điện:

+ Trục turbine được nối với máy phát điện.

+ Khi turbine quay, trục turbine cũng quay, truyền chuyển động quay cho máy phát điện.

+ Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

5. Truyền tải điện:

+ Dòng điện AC được truyền tải từ máy phát điện đến trạm biến áp.

+ Tại trạm biến áp, điện áp được nâng cao để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải.

+ Dòng điện AC được truyền tải qua hệ thống đường dây điện cao áp đến các trạm biến áp phụ.

+ Tại trạm biến áp phụ, điện áp được hạ thấp để cung cấp cho các hộ tiêu thụ.

6. Chất thải hạt nhân: sinh ra trong quá trình phân hạch được thu gom và xử lý an toàn.

4. Điện gió

CH: Quan sát Hình 5.6 và giải thích hoạt động của nhà máy điện gió

Gợi ý đáp án:

1. Gió tác động vào cánh quạt của tua bin gió:

+ Tua bin gió được đặt trên các cột cao để tận dụng tối đa sức mạnh của gió.

+ Cánh quạt của tua bin gió được thiết kế đặc biệt để thu năng lượng từ gió.

+ Khi gió thổi, cánh quạt quay với tốc độ cao.

2. Trục tua bin gió được nối với máy phát điện:

+ Trục tua bin gió được nối trực tiếp với máy phát điện.

+ Khi cánh quạt quay, trục tua bin cũng quay, truyền chuyển động quay cho máy phát điện.

3. Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều (AC):

+ Máy phát điện có cấu tạo gồm rôto và stato.

+ Rôto là phần quay cùng với trục tua bin gió, tạo ra từ trường.

+ Stato là phần cố định, gồm các cuộn dây dẫn điện.

+ Khi rôto quay, từ trường liên tục biến đổi trong các cuộn dây của stato, tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

4. Dòng điện AC được truyền tải đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống điện quốc gia:

+ Dòng điện AC được truyền tải từ máy phát điện đến trạm biến áp.

+ Tại trạm biến áp, điện áp được nâng cao để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải.

+ Dòng điện AC được truyền tải qua hệ thống đường dây điện cao áp đến các trạm biến áp phụ.

+ Tại trạm biến áp phụ, điện áp được hạ thấp để cung cấp cho các hộ tiêu thụ.

5. Điện mặt trời

CH: Quan sát Hình 5.7 và giải thích hoạt ododnjg của nhà máy điện mặt trời

Gợi ý đáp án:

1. Tấm pin quang điện:

+ Tấm pin quang điện là bộ phận quan trọng nhất của nhà máy điện mặt trời.

+ Tấm pin quang điện được cấu tạo từ các tế bào quang điện có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

+ Tấm pin quang điện được lắp đặt trên mái nhà, trên mặt đất hoặc trên các giá đỡ.

2. Bộ điều khiển sạc:

+ Bộ điều khiển sạc có nhiệm vụ điều chỉnh dòng điện và điện áp từ tấm pin quang điện để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

+ Bộ điều khiển sạc cũng giúp lưu trữ năng lượng điện dư thừa vào pin lưu trữ.

3. Pin lưu trữ:

+ Pin lưu trữ giúp lưu trữ năng lượng điện được tạo ra bởi tấm pin quang điện vào ban ngày để sử dụng vào ban đêm hoặc khi trời râm mát.

+ Pin lưu trữ thường được sử dụng là pin axit chì hoặc pin lithium-ion.

4. Biến tần: có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ tấm pin quang điện hoặc pin lưu trữ sang dòng điện xoay chiều (AC) để sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà hoặc hòa vào lưới điện quốc gia.

5. Hệ thống giám sát: theo dõi hoạt động của nhà máy điện mặt trời, bao gồm hiệu suất hoạt động của tấm pin quang điện, pin lưu trữ, biến tần và các thiết bị khác trong hệ thống.

LUYỆN TẬP

CH: So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp sản xuất điện

Gợi ý đáp án:

Nhà máy nhiệt điện:

Ưu điểm:

+ Nguồn nhiên liệu phong phú, dễ dàng vận chuyển và lưu trữ.

+ Có thể hoạt động liên tục, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

+ Chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp.

+ Công nghệ sản xuất đã được phát triển hoàn thiện.

Nhược điểm:

+ Gây ô nhiễm môi trường do phát thải khí CO2, SO2, NOx, bụi mịn.

+ Tiêu hao nhiều nước để làm mát.

+ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp.

Nhà máy thủy điện:

Ưu điểm:

+ Nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.

+ Chi phí vận hành thấp.

+ Có thể điều tiết lượng nước để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như tưới tiêu, giao thông thủy lợi.

Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư ban đầu cao do cần xây dựng đập và hồ chứa nước.

+ Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái do thay đổi dòng chảy của sông.

+ Có thể gây ra lũ lụt nếu đập bị vỡ.

Nhà máy điện gió:

Ưu điểm:

+ Nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.

+ Chi phí vận hành thấp.

+ Không gây ô nhiễm tiếng ồn và khí thải.

Nhược điểm:

+ Hiệu quả hoạt động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (gió).

+ Cần diện tích lớn để lắp đặt tua bin gió.

+ Gây ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường.

Nhà máy điện mặt trời:

Ưu điểm:

+ Nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.

+ Chi phí vận hành thấp.

+ Không gây ô nhiễm tiếng ồn và khí thải.

+ Có thể lắp đặt trên diện tích nhỏ.

Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.

+ Hiệu quả hoạt động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (ánh sáng mặt trời).

+ Tấm pin quang điện sau khi hết hạn sử dụng có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.

Nhà máy điện hạt nhân:

Ưu điểm:

+ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.

+ Chi phí vận hành thấp.

+ Không gây ô nhiễm môi trường do không phát thải khí CO2.

Nhược điểm:

+ Nguy cơ rò rỉ phóng xạ.

+ Chất thải hạt nhân khó xử lý.

+ Chi phí đầu tư ban đầu rất cao.

+ Công nghệ sản xuất phức tạp và đòi hỏi trình độ chuyên môn cao.

KẾT NỐI NĂNG LỰC: 

CH: Sử dụng internet hoặc sách, báo,… hãy tìm hiểu tỉ lệ công suất các loại nguồn điện vào hệ thống điện Việt Nam

Gợi ý đáp án:

VẬN DỤNG

Câu hỏi: Tại sao hệ thống điện gió và điện mặt trời luôn yêu cầu hệ thống lưu trữ năng lượng trong khi thuỷ điện, nhiệt điện, điện hạt nhân lại không cần?

Gợi ý đáp án:

1. Tính chất không liên tục:

+ Điện gió và điện mặt trời là nguồn năng lượng không liên tục, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

+ Gió có thể thổi mạnh hoặc yếu, và mặt trời có thể sáng hoặc tối. Do đó, lượng điện mà hệ thống điện gió và điện mặt trời tạo ra không ổn định và không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện liên tục.

2. Nhu cầu sử dụng điện:

+ Nhu cầu sử dụng điện thay đổi theo thời gian. Vào ban ngày, nhu cầu sử dụng điện cao hơn, nhưng vào ban đêm, nhu cầu sử dụng điện thấp hơn.

+ Hệ thống điện gió và điện mặt trời chỉ hoạt động vào ban ngày khi có ánh sáng mặt trời hoặc gió thổi. Do đó, cần có hệ thống lưu trữ năng lượng để lưu trữ điện dư thừa vào ban ngày và cung cấp điện vào ban đêm hoặc khi nhu cầu sử dụng điện cao.

3. Cân bằng hệ thống điện:

+ Hệ thống điện cần phải cân bằng giữa lượng điện cung cấp và lượng điện tiêu thụ để đảm bảo hoạt động ổn định.

+ Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể giúp điều chỉnh lượng điện cung cấp vào hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định và đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của người dùng.

Ngược lại, thủy điện, nhiệt điện và điện hạt nhân:

+ Có thể hoạt động liên tục và tạo ra lượng điện ổn định để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện.

+ Do đó, không cần hệ thống lưu trữ năng lượng.