Hội Tư vấn HASCON và Viện EEI

NĂM 2015 THÁNG 7 NGÀY 03

 

BẢN MÔ TẢ SÁNG CHẾ GIẢI PHÁP HỮU ÍCH

Tác giả: TS Nguyễn Bách Phúc

 

a. Tên giải pháp hữu ích:

 Xây dựng vành đai Pin Mặt trời vòng quanh Trái đất, theo đường Xích đạo, cung cấp năng lượng điện cho mọi địa điểm trên Thế giới trong mọi thời gian, đáp ứng đầy đủ nhu cầu năng lượng của toàn nhân loại, kể cả khi Trái đất hết dự trữ năng lượng Hóa thạch.

Tên gọi tắt của Sáng chế giải pháp hữu ích: VÀNH ĐAI PIN MẶT TRỜI NBP VÒNG QUANH XÍCH ĐẠO.

 b. Lĩnh vực kỹ thuật được đề cập:       

 Khai thác Năng lượng điện trực tiếp từ Năng lượng Mặt trời, và Truyền tải năng lượng điện trên đường dây dài siêu cao áp

c. Tình trạng kỹ thuật của giải pháp hữu ích

 

+Pin Mặt trời đã trở thành thương phẩm, sử dụng rộng rãi khắp thế giới, với những ưu điểm: nguồn Năng lượng không mất tiền, là nguồn Năng lượng vô tận về số lượng, và vô tận về thời gian (Mặt trời còn tồn tại bình thường được 5 tỷ năm nữa).

Nhưng việc khai thác và sử dụng Pin Mặt trời hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế vì:

+ Nắng không liên tục, ban đêm và những ngày trời mưa không thể khai thác năng lượng Mặt trời. Vì vậy muốn khai thác sử dụng năng lượng Mặt trời liên tục và độc lập, buộc phải lắp đặt số lượng lớn tấm Pin Mặt trời với công suất gấp 5, 6 lần công suất sử dụng, và phải đầu tư hệ thống Acquy để tích trữ điện, với công suất tương ứng

+ Với công nghệ hiện nay của nhân loại, giá thành Pin Mặt trời còn khá đắt, trong khi phải đầu tư số lượng Pin rất lớn, nên giá thành trạm Pin Mặt trời, gấp khoảng 10 lần so với trạm điện dùng nhiên liệu hóa thạch có cùng công suất.

+ Hơn nữa, tiền đầu tư ban đầu cho Acquy xấp xỉ tiền đầu tư cho Pin Mặt trời, nhưng tuổi thọ của Acquy chỉ bằng khoảng 1/10 tuổi thọ Pin Mặt trời, nên bình quân tiền đầu tư cho Acquy lớn gấp 10 lần so với tiền đầu tư cho Pin Mặt trời. Ngoài ra, vận hành, bảo dưỡng, sử dụng Acquy rất rắc rối và tốn kém.

+ Vì vậy hiện nay nhân loại chỉ sử dụng Pin Mặt trời với quy mô nhỏ, ở các nước tiên tiến thường dùng Pin Mặt trời trong gia đình kết hợp với nguồn điện lưới, nhằm tiết kiệm điện lưới vào những lúc có Mặt trời. Ở các nước như Việt Nam, việc sử dụng Pin Mặt trời rất hãn hữu và hầu như không có hiệu quả.

 

d. Mô tả bản chất kỹ thuật của giải pháp hữu ích

 

    -    Mục đích của giải pháp hữu ích:

+ Khai thác năng lượng Mặt trời 24 giờ trong một ngày.

+ Không cần dùng Acquy để tích trữ điện.

-         Mô tả các dấu hiệu cấu thành giải pháp hữu ích:

+ Thiết lập một nguồn điện Mặt trời thống nhất cho toàn Thế giới, bằng cách xây dựng vành đai Pin Mặt trời vòng quanh quả đất, men theo đường Xích đạo.

+ Phía dưới vành đai Pin Mặt trời là một Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo, trực tiếp tiếp nhận điện từ vành đai Pin Mặt trời,

+ Từ Vòng dây dẫn này truyền tải năng lượng điện đến mọi địa điểm sử dụng điện trên mặt đất.

+ Như vậy suốt 24 tiếng đồng hồ Mặt trời luôn luôn chiếu sáng vành đai Pin Mặt trời, đường dẫn điện suốt 24 tiếng nhận điện từ Pin Mặt trời và liên tục truyền điện Mặt trời đi khắp thế giới, không cần nguồn Acquy để lưu trữ điện.

 

e. Mô tả vắn tắt các hình vẽ

 

1.     Vành đai Pin Mặt trời:

-         Các tấm Pin Mặt trời được xếp sát nhau, trên mặt phẳng song song với mặt mặt đất, thành một vành đai bao quanh quả đất.

-         Nếu vành đai rộng 1 km, thì tổng công suất của vành đai phát ra tại mọi thời điểm trong ngày, theo tính toán chính xác sẽ là 1.300.000 MW, đã chiếu cố đến khí hậu thời tiết, và độ lệch giữa mặt phẳng hoàng đạo và xích đạo.

-         Có thể tăng Tổng công suất của vành đai bằng cách tăng chiều rộng của vành đai. Chiều rộng càng lớn thì Tổng công suất phát ra của vành đai càng lớn.

-         Tổng công suất phát điện của toàn thế giới hiện nay ước khoảng 7,5 triệu MW, vì vậy để đủ cung cấp điện cho toàn thế giới, cần xây dựng vành đai Pin Mặt trời rộng khoảng: 7,5 triệu / 1,3 triệu = 5,76 km

-         Các tấm Pin Mặt trời được nối tiếp với nhau thành chuỗi để đạt điện thế định mức của vành đai, dự kiến 1500 KV điện một chiều (mỗi tấm Pin được nối với 1 đi-ốt để ngăn dòng điện ngược). Điện thế định mức của một tấm Pin Mặt trời thông thường hiện nay là 17.5 V. Như vậy số lượng tấm Pin Mặt trời của một chuỗi nối tiếp là: 1500 KV / 17.5 V = 85.714 tấm.

-         Cực dương của các chuỗi nối tiếp được nối với nhau, và nối vào Vòng dẫn điện vòng quanh xích đạo, nằm song song với vành đai Pin Mặt trời. Dự kiến cách 1 km có 1 điểm nối.

-         Cực âm của các chuỗi nối tiếp được nối với nhau và nối đất.

2.     Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo:

-         Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo chính là dây dẫn dương của nguồn điện phát ra từ vành đai Pin Mặt trời, dự kiến chế tạo bằng kim loại nhôm, có ưu điểm là dẫn điện tốt và tỷ trọng thấp, giá rẻ.

-         Vòng này được chế tạo theo dạng ống, không phải để tránh hiệu ứng dẫn điện mặt ngoài vì đây là điện một chiều, mà để tăng momen uốn của ống dây, có lợi cho đặc tính cơ học của ống dây, giảm giá thành xây dựng của cả hệ thống vòng dây.

-         Vành đai Pin Mặt trời và Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo được lắp đặt trên các trụ và dầm, trụ và dầm này tương tự như một cây cầu chạy vòng quanh xích đạo. Khi đi trên mặt đất, các trụ được xây dựng trực tiếp trên mặt đất như xây dựng các trụ cầu bình thường. Khi đi qua biển, xây trụ trên phao nổi, phao nổi có neo định vị. Phao nổi này kéo dài liên tục trên mặt biển vòng theo xích đạo, được mở thông ở một số điểm có nhiều tàu biển qua lại, bằng cách xây trụ và xây cầu trên cao.

-         Riêng Vòng dẫn điện, do kích thước rất lớn, có thể tính toán thiết kế để đóng vai trò của dầm cầu.

3.     Truyền điện đến bất cứ nơi nào trên mặt đất mà người ta muốn:

-         Sẽ xây dựng những Dây dẫn nhánh chính từ Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo này, theo hướng Bắc – Nam, tới những địa điểm khác trên mặt đất.

-         Cuối Dây dẫn nhánh chính sẽ nối tiếp nhiều Dây dẫn nhánh phụ tỏa ra thêm nhiều vị trí khác nữa.

-         Kết cấu của Dây dẫn nhánh chính và Dây dẫn nhánh phụ tương tự như kết cấu của Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo.

-         Cuối các Dây dẫn nhánh phụ sẽ đặt trạm Invertor, chuyển điện một chiều thành điện xoay chiều, và nối trực tiếp vào Hệ thống điện xoay chiều hiện hữu của các quốc gia, các địa phương.

-         Khi hoàn thành hệ thống này thì có thể dẹp bỏ các nhà máy phát điện dùng năng lượng hóa thạch và năng lượng nguyên tử.

 

    f. Ví dụ thực hiện giải pháp hữu ích:

 

Vốn đầu tư để thực hiện giải pháp này là rất lớn, tính toán sơ bộ cho thấy, với trình độ Khoa học công nghệ hiện nay, để xây dựng được một vành đai Pin Mặt trời và Vòng dây dẫn quanh xích đạo tương ứng, đủ cung cấp điện cho toàn thế giới hiện nay, sẽ tốn khoảng 300 ngàn tỷ USD, trong khi hiện nay GDP của toàn thế giới chỉ khoảng hơn 60 ngàn tỷ. Như vậy, hiện nay và trong tương lai gần nhân loại chưa đủ tiền để xây dựng Công trình này.

Do đó, giải pháp này sẽ được thực hiện trong một tương lai xa, và với điều kiện có sự hợp sức của toàn thế giới.

 

g. Hiệu quả đạt được:

 

Cung cấp đầy đủ mọi nhu cầu Năng lượng của nhân loại kể cả khi Trái đất và hệ Mặt trời hết nguồn dự trữ Năng lượng Hóa thạch.

Khắc phục được tất cả các nhược điểm của việc khai thác điện Mặt trời hiện nay (trạm điện Mặt trời tại 1 điểm cố định trên mặt đất). Khai thác Năng lượng Mặt trời suốt 24 tiếng trong 1 ngày, với hiệu suất cao nhất có thể, không phụ thuộc vào vĩ độ của nơi sử dụng điện.

Không dùng hệ thống Acquy, khắc phục được tình trạng phải dung Acquy rất tốn kém và rất không thuận tiện trong vận hành.

 

j. Yêu cầu bảo hộ:

 

Không yêu cầu bảo hộ.

  

BẢN TÓM TẮT MÔ TẢ

 

Thiết lập một nguồn điện Mặt trời thống nhất cho toàn Thế giới, bằng cách xây dựng vành đai Pin Mặt trời vòng quanh quả đất, men theo đường Xích đạo, nhận ánh nắng Mặt trời 24 giờ trong một ngày, xây dựng một Vòng dây dẫn điện quanh xích đạo, tiếp nhận điện từ vành đai Pin Mặt trời, từ đó truyền điện đến bất cứ nơi nào trên Trái đất, đáp ứng đầy đủ nhu cầu Năng lượng của nhân loại, kể cả khi Trái đất hết dự trữ Năng lượng hóa thạch. Không cần dùng Acquy để lưu trữ điện.

 

Khai thác và sử dụng nguồn Năng lượng không mất tiền, lại là nguồn Năng lượng vô tận về số lượng và vô tận về thời gian, cho toàn thế giới.