Điện mặt trời vượt trội điện gió, năng lượng áp điện trong chiếu sáng đường phố

Các nhà nghiên cứu từ King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thái Lan tiến hành cuộc nghiên cứu khả thi cho hệ thống chiếu sáng đường phố dựa trên lưới nano và thấy rằng, điện mặt trời nên là nguồn năng lượng được ưu tiên cho hệ thống chiếu sáng vì nó khả thi cả về mặt kinh tế và công nghệ.

Tính khả thi của việc sử dụng các thiết bị thu điện gió, điện mặt trời, áp điện, làm nguồn điện cho hệ thống chiếu sáng đường phố được xem xét, cân nhắc cả khả năng tạo ra điện và khả thi về mặt kinh tế, theo nhóm nghiên cứu. Đánh giá kinh tế được tiến hành cho một hệ thống chiếu sáng đường phố dạng lưới nano dài 1 km, xem xét vị trí gần đường xích đạo của Thái Lan và ánh sáng tự nhiên dồi dào ban ngày (6:00 - 18:00).

Các số liệu khả thi về mặt kinh tế đưa ra thời gian hoàn vốn được chiết khấu (DPP) là 12,2 năm, tỉ lệ hoàn vốn nội bộ (IRR) là 11%, giá trị hiện tại ròng (NPV) là 27.293 đô la và chi phí điện bình quân (LCOE) là 0,11 đô la/kWh.

Hệ thống đèn đường bao gồm đèn LED 120 W được lắp trên 56 cột với tổng tải là 80.640 Wh/ngày hoặc 28.089,6 kWh/năm. Trong kịch bản lắp đặt pin mặt trời, mỗi cột mang một tấm pin silicon đơn tinh thể 350 W, hiệu suất 20%. Với mức độ chiếu xạ của Bangkok, tổng sản lượng hằng ngày là 98.000 Wh, sản lượng hằng năm là 37.770 kWh.

Vật liệu áp điện là vật liệu có khả năng sản sinh ra điện do ứng suất cơ học, bằng cách chuyển đổi năng lượng cơ học tác động lên chúng, chẳng hạn như nén, để tạo ra điện. Chúng thường dùng cho các ứng dụng kỹ thuật, chủ yếu là bộ truyền động và cảm biến. Trong trường hợp nghiên cứu này, là cho ô tô đi qua. Hệ thống thu năng lượng áp điện, cần lắp đặt 4.466 tấm trên đường, mỗi tấm công suất 0,102 W. Dựa trên giả định có 20.000 ô tô chạy trên hệ thống này mỗi ngày, sản lượng năng lượng hằng ngày là 25,31 Wh, sản lượng hằng năm là 9,24 kWh. Các số liệu khả thi về mặt kinh tế đưa ra DPP là hơn 20 năm, không có IRR, NPV là âm 425.227 đô la, LCOE là 3.121 đô la/kWh.

Turbine gió được cho là có trục thẳng đứng, hai cánh, ở độ cao một mét. Theo mô phỏng, cần có 560 turbine gió công suất 100 W. Sản lượng điện hằng ngày đạt 227.455 Wh, sản lượng hằng năm là 83.021 kWh. Các số liệu khả thi về mặt kinh tế đưa ra DPP là 33,2 năm, không có IRR, NPV là âm 30.362 đô la, LCOE là 0,18 đô la/kWh.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ thống điện mặt trời, điện gió có thể sản xuất đủ điện cho hệ thống đèn đường. Tuy nhiên, điện gió có chi phí cao và không khả thi về mặt kinh tế, các nhà nghiên cứu phân tích. Đối với năng lượng áp điện, nó sản xuất không đủ điện cho hệ thống đèn đường và làm tăng chi phí đầu tư, do đó, nó không phù hợp làm nguồn sản xuất điện. Điện mặt trời là nguồn năng lượng khả thi cả về mặt kinh tế và sản xuất điện.

Sau các kết quả này, nhóm nghiên cứu quyết định tối ưu hóa lưới điện nano với một hệ thống bao gồm cả điện mặt trời, điện gió và lưu trữ pin (lithium-ion hoặc axit chì). Trong trường hợp pin axit chì, cần lưu trữ 113 kWh, cùng với 5,98 kW điện mặt trời, 10 kW điện gió; DPP trong trường hợp này là 15,8 năm, IRR là 3,4% và NPV là 16.280 đô la. Trong trường hợp lithium-ion, cần lưu trữ 71,5 kWh, cùng với 4,06 kW điện mặt trời, 8 kW điện gió; DPP trong trường hợp này là 13 năm, IRR là 5,5% và NPV là 45.820 đô la.

Nhóm nghiên cứu kết luận, hệ thống lai điện mặt trời - điện gió cung cấp giải pháp khả thi nhất về mặt kinh tế cho hệ thống chiếu sáng đường phố dạng lưới nano. Những phát hiện của họ được trình bày trong “Nghiên cứu tính khả thi của việc tích hợp cơ sở hạ tầng lưới điện nano vào hệ thống chiếu sáng đường phố dựa trên sản xuất năng lượng và đánh giá kinh tế”, công bố trên Scientific Reports.