(Trang 72)
Sự phát triển của kinh tế – xã hội đòi hỏi ngày càng nhiều năng lượng, kéo theo sự biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường đang tăng theo. Ngày càng xuất hiện nhiều dự án năng lượng tái tạo. Làm thế nào khai thác nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hoá thạch?
I. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ NĂNG LƯỢNG KHÔNG TÁI TẠO
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn năng lượng vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thuỷ triều, sóng và địa nhiệt.
Năng lượng được khai thác từ các nguồn tài nguyên như than đá, dầu mỏ, hạt nhân,... không thể được bổ sung, làm lại trong một thời gian ngắn được coi là năng lượng không tái tạo. Hiện nay, hầu hết các quốc gia phát triển phụ thuộc vào nguồn năng lượng không tái tạo.
Hình 10.1. Sơ đồ phân loại nguồn năng lượng tái tạo và không tái tạo.
Nguồn năng lượng
Nguồn năng lượng không tái tạo
Nguồn năng lượng tái tạo
Nhiên liêu hoá thạch
Nhiên liệu hạt nhân
Năng lượng sinh học
Bức xạ mặt trời
Gió
Nước chảy
Địa nhiệt
Nhiệt đại dương
Hydrogen
| ? Em hãy kể tên một số dạng nhiên liệu hoá thạch và giải thích tại sao nguồn nhiên liệu này lại là nguồn năng lượng không tái tạo. |
(Trang 73)
II. VAI TRÒ CỦA NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Trong thời đại cách mạng khoa học kĩ thuật, sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng có ảnh hưởng rất lớn đến trình độ, cơ cấu và sự phân bố của nền kinh tế. Nhiều thế kỉ qua, mức tiêu dung than, dầu mỏ, khí đốt của nhân loại tăng lên nhanh chóng và dần cạn kiệt. Đồng thời việc sử dụng các nhiên liệu hoá thạch như than, dầu mỏ, khí đốt, đá cháy,... thấm chí như củi, gỗ đã gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Năng lượng tái tạo của thế giới rất phong phú và đa dạng. Ngoài nguồn năng lượng truyền thống đã biết, con người đã phát hiện và đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới.
Năng lượng hạt nhân có nhiều lợi thế, hiệu suất cao, ít phụ thuộc vào vị trí địa lí. Tuy nhiên, độ không an toàn và rủi ro là khá lớn. Đó là việc vận hành đòi hỏi điều kiện chuyên môn rất nghèo, yêu cầu đội ngũ chuyên gia có trình độ chuyên môn cao cũng như sự khó khăn trong giải pháp xử lí sự cố và chất thải.
Những tác động về mặt môi trường sinh thái cùng những tiến bộ về khoa học công nghệ đã làm tăng việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng thuỷ triều, năng lượng mặt trời, địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng sinh khối,....
Nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch và năng lượng hạt nhân. So với các nguồn năng lượng khác, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được hậu quả có hại đến môi trường.
III. CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Năng lượng tái tạo đang dần thay thế năng lượng không tái tạo từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo. Một số loại năng lượng tái tạo như sau:
- Năng lượng mặt trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Con người sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, ước tính vào khoảng 5 tỉ năm nữa.
- Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất.
- Năng lượng nước được dự trữ tại các đập nước dùng để chạy máy phát điện của các công trình thuỷ điện. Một cách tận dụng năng lượng dòng chảy của sông suối có trước khi thuỷ điện ra đời là cối xay nước. Dòng chảy của biển cũng có thể khai thác để sản xuất điện.
|
|
(Trang 74)
- Địa nhiệt trên Trái Đất có nhiều vùng riêng lớn hơn không khí và do đó thay đổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời. Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển.
- Nhiên liệu sinh học có thể tồn tại ở cả ba trạng thái rắn, lỏng, khí, được phân chia thành bốn thế hệ: nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất được chế tạo từ các sản phẩm dùng trong thực phẩm, ví dụ đường, tinh bột, dầu ăn,...; nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai được sản xuất tự nhiên loại sinh khối (lignoxenlulozơ) (sinh khối gỗ), phụ phẩm nông, lâm nghiệp; nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba lấy từ các nguồn vi tảo, chứa hàm lượng sinh khối và dầu lớn; và nhiên liệu sinh học thế hệ thứ tư được sản xuất mà không yêu cầu phá huỷ sinh khối.
IV. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CƠ BẢN THU ĐƯỢC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
1. Thuỷ điện
Máy phát điện có khả năng chuyển cơ năng thành điện năng nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.
Nhà máy thuỷ điện khai thác động năng của dòng nước để tạo ra điện. Đa số các nhà máy thuỷ điện tích nước tại các đập nước từ sông hoặc hồ lớn con người tạo ra, chế dòng nước chảy từ diện cao xuống thông qua các ống và làm quay tuabin máy phát điện (Hình 10.2).
Hình 10.2. Nguyên lí hoạt động nhà máy thuỷ điện
Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là không sử dụng nhiên liệu hoá thạch. Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy được tự động hoá cao và ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.
Trên thực tế, việc sử dụng nước trữ cũng gây khó khăn cho nông nghiệp. Các dự án nhà máy thuỷ điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh.
| ? Hãy tìm hiều một số nhà máy thuỷ điện ở Việt Nam:
|
(Trang 75)
2. Công nghệ nhiên liệu sinh học
| Năng lượng sinh học là năng lượng bắt nguồn từ quá trình chuyển đổi sinh khối, trong đó sinh khối có thể được sử dụng trực tiếp như nhiên liệu hoặc được xử lí thành các chất lỏng và chất khí. Sinh khối là các chất hữu cơ dễ phân huỷ có nguồn gốc từ thực vật hay động vật như gỗ và các cây trồng nông nghiệp, chất thải hữu cơ từ động vật (Hình 10.3). Nhiên liệu sinh học thu được nhờ chuyển hoá sinh khối nhiên liệu ở dạng lỏng hoặc khí. Một số nhiên liệu sinh học như ethanol (cồn) hoặc dầu diesel qua quá trình lên men đường hoặc tinh bột từ các loại cây trồng như ngô, mía, ngũ cốc...; nó thường được sử dụng như là chất phụ gia cho xăng. Dầu diesel sinh học được sản xuất từ dầu hoặc chất béo qua sử dụng khi sinh học (biogas) như là methane, được tạo ra bởi quá trình phân huỷ chất thải của động vật, chất hữu cơ ở bãi rác... |
Hình 10.3. Chu trình sản xuất bioga
|
3. Công nghệ thu năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là quá trình chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành các dạng năng lượng có thể sử dụng. Quang điện mặt trời, điện nhiệt mặt trời, sưởi ấm và làm mát bằng năng lượng mặt trời cũng được tạo ra nhờ các công nghệ năng lượng mặt trời.
Một số công nghệ thu năng lượng mặt trời trực tiếp như sau:
- Bếp năng lượng mặt trời là một thiết bị dùng gương cầu lõm hay thấu kính để hội tụ ánh nắng vào điểm đặt nấu. Các bếp năng lượng mặt trời có thể đạt công suất vài trăm W và nhiệt độ tới 200 °C (Hình 10.4).
Hình 10.4. Bếp năng lượng mặt trời
(Trang 76)
| Máy nước nóng năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lí đối lưu nhiệt tự nhiên và hiệu ứng lồng kính giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng. Đầu tiên cho nước đi vào các ống chân không, khi có ánh nắng mặt trời, ống thuỷ tinh nóng lên truyền nhiệt cho nước bên trong ống (Hình 10.5). Theo nguyên lí đối lưu nhiệt, nước nóng hơn di chuyển lên trên bồn chứa và nước lạnh di chuyển xuống dưới ống chân không và tiếp tục được làm nóng. Quá trình lặp lại cho đến khi nhiệt độ nước trong bồn chứa và ống bằng nhau. Hệ thống quang điện mặt trời là hệ thống biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng. Bộ phận quan trọng của hệ thống quang điện mặt trời là pin quang điện mặt trời. Đó là một thiết bị bán dẫn được sử dụng để chuyền đổi năng lượng mặt trời thành dòng điện. Pin quang điện mặt trời được kết nối với nhau, với công suất từ 50 W đến 200 W. |
Hình 10.5. Sơ đồ nguyên lí máy nước nóng năng lượng mặt trời
|
Ống chân không
Bức xạ mặt trời
Ống thông hơi
Lõi bình bảo ôn
Đường nước ra
Đường nước vào
4. Công nghệ thu năng lượng gió
| Năng lượng gió là động năng của gió được khai thác để sản xuất điện thông qua các tuabin gió. Các tuabin gió hoạt động sẽ có tác dụng chuyển năng lượng của gió (cơ năng) thành điện năng. Kích thước của các loại tuabin gió được thiết kế rất khác nhau. Chiều dài của các cánh quạt là yếu tố để xác định lượng điện mà tuabin gió có thể tạo ra. Nhiều loại mô hình tuabin điện gió vẫn đang được tiếp tục phát triển (Hình 10.7). Năng lượng gió xuất hiện trên khắp thế giới và có thể góp phần làm đa dạng nguồn năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch. |
Hình 10.6. Nhà máy điện gió ở Bến Tre
Hình 10.7. Một số mô hình cánh quạt tuabin gió.
|
(Trang 77)
5. Năng lượng đại dương
Năng lượng đại dương từ các đại dương bao gồm:
- Năng lượng thuỷ triều: năng lượng tiềm năng liên quan tới các thác triều cường có thể được khai thác bằng cách xây dựng đập hoặc các công trình xử lí dòng chảy ngăn không gian của cửa sông để tạo thành dòng nước có thể làm quay tuabin máy phát điện. Các dòng thuỷ triều: động năng của các dòng thuỷ triều có thể được sử dụng để làm quay tuabin máy phát điện.
- Năng lượng sóng: động năng và thế năng của sóng đại dương có thể được khai thác để sản xuất điện.
- Năng lượng nhiệt đại dương: nhiệt độ giữa bề mặt nước biển và nước sâu có sự chênh lệch, có thể được khai thác để chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương thành điện năng. Tuy nhiên, hiện nay chưa có công nghệ nào về năng lượng đại dương được triển khai rộng rãi do chi phí đầu tư xây dựng tốn kém.
Hình 10.8. Nhà máy điện thuỷ triều ở Đan Mạch.
6. Công nghệ thu năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt từ các nguồn đá nóng, nước nóng ngầm dưới đất như núi lửa, suối nước nóng, hồ nước nóng,...
Việc sử dụng những suối nước nóng được biết đến từ thời cổ đại, việc sử dụng địa nhiệt cho mục đích công nghiệp được bắt đầu vào đầu thế kỉ XIX ở Italia. Vào cuối thế kỉ XIX, hệ thống cung cấp nước nóng đầu tiên đã hoạt động ở Mỹ, sau đó tại Iceland vào những năm 1920. Vào thế kỉ XXI, việc sử dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện đã đạt được những thành công nhất định (Hình 10.9).
Hình 10.9. Krafla - nhà máy điện địa nhiệt lớn đầu tiên ở Iceland từ năm 1977.
| Dự án chế tạo hệ thống thu năng lượng tái tạo Em hãy tìm hiểu chế tạo một máy phát điện gió đơn giản.
|
(Trang 78)
| 3. Thiết kế máy phát điện gió như thế nào?
Hình 10.10. Ảnh chụp máy phát điện gió tự chế. |
| EM ĐÃ HỌC
|
| EM CÓ THỂ Nói về một số công nghệ thu năng lượng tái tạo và thử chế tạo thiết bị sử dụng năng lượng tái tạo như bếp mặt trời, máy phát điện gió... |
| EM CÓ BIẾT? Việc sử dụng năng lượng tái tạo được coi là phương pháp hữu hiệu giúp con người từng bước giảm sự lệ thuộc vào các loại nhiên liệu hoá thạch và giảm ô nhiễm môi trường. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng lắp đặt các nhà máy điện gió và năng lượng mặt trời tại sao mạc Sahara ở châu Phi không chỉ làm chậm quá trình nóng lên của Trái Đất mà còn giúp tăng lượng mưa dù nhỏ song mang lại nhiều lợi ích đối với khu vực cho nông của châu lục này. |
