CHUONG 1 LY THUYET VE NANG LUONG TAI TAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVDH: TS.VÕ VIẾT CƯỜNG

SVTH: TRẦN KỲ ĐÌNH THUẬN Trang 3

CHƯƠNG 1

LÝ THUY ẾT VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI T ẠO 1.1. Khái niệm năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo ( năng lượng tái sinh): Được định nghĩa là năng lượng thu được từ nguồn liên tục được xem là vô hạn. Những nguồn năng lượng này có thể tái tạo lại trong tự nhiên, hoặc được làm đầy lại với tốc độ bằng với tốc độ mà chúng được sử dụng.

Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (ví dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (ví dụ như năng lượng sinh khối).

Tái tạo: Có nghĩa là khôi phục lại, làm đầy lại. Dùng để chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (ví dụ như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch. Chu kỳ tái tạo của chúng có thời gian tương đương với thời gian chúng được sử dụng.

1.2. Nguồn gốc năng lượng tái tạo

Hầu hết các dạng năng lượng tái tạo đều có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời. Quá trình bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất được phân bố như sau:

Nếu nguồn bức xạ là 100% thì 30% bị phản hồi vào không gian trước khi đến Trái Đất.19% bị khí quyển hấp thụ, 47% được bề mặt Trái Đất hấp thụ, 4% tới bề mặt trái đất lại bị phản hồi vào không gian. Như vậy nhiêt cung cấp chủ yếu cho không khí ở tầng đối lưu là nhiệt của bề mặt Trái Đất được Mặt Trời đốt nóng

Hình 1.1. Phân bố bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất

Nhiệt lượng do Mặt Trời mang đến bề mặt Trái Đất luôn thay đổi theo góc chiếu của tia bức xa Mặt Trời, nếu góc chiếu lớn thì nhiệt lượng lớn và ngược lại và ước lượng khoảng chừng 3,8 triệu EJ, nhiều hơn 10.000 lần tốc độ tiêu thụ của những nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân khoảng 370 EJ.



1.2.1. Năng lượng Mặt Tr ời sử dụng trực tiếp.

Bức xạ Mặt Trời có thể chuyển thẳng thành năng lượng có ích, bằng nhiều công nghệ khác nhau. Các thiết bị thu năng lượng Mặt Trời, nó có thể cung cấp nước nóng hoặc sưởi ấm không khí trong nhà. Các toà nhà có thể được thiết kế với những tính năng “Hấp thụ Mặt Trời” (passive solar) để nâng cao đóng góp của năng lượng Mặt Trời phục vụ cho sưởi ấm và các thiết bị thắp sáng.

Năng lượng Mặt Trời cũng có thể được tập trung bằng các loại gương để cung cấp nhiệt với nhiệt độ cao cho phát điện. Ví dụ: Trạm phát “điện-nhiệt mặt trời” (solar thermal-electric) đang được khai thác thương mại tại Mỹ.

Bức xạ Mặt Trời cũng có thể được biến đổi trực tiếp thành điện năng bằng cách sử dụng các modun pin Mặt Trời (PV). Những modun này thường được đặt trên mái nhà hoặc những mặt ngoài của toà nhà. Điện năng từ pin Mặt Trời hiện tại có giá thành cao nhưng giá của chúng thì đang giảm xuống và đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực công nghiệp.

1.2.2. Năng lượng Mặt Tr ời sử dụng gián tiếp.

Bức xạ Mặt Trời có thể được chuyển thành các dạng năng lượng khác như:

• Thuỷ điện: Phần lớn bức xạ chiếu đến mặt đất được hấp thu bởi biển, chúng ấm lên và cung cấp thêm hơi nước vào khí quyển. Hơi nước ngưng tụ, khi mưa sẽ cung cấp nước cho các dòng sông, nơi mà chúng ta có thể đặt các đập ngăn nước và tuabin để lấy năng lượng từ dòng chảy, đây được gọi là thuỷ điện (Hydropower), đã được phát triển một cách ổn định trong suốt thế kỷ 20 và hiện tại cung cấp khoảng 1/6 điện năng của thế giới.

• Năng lượng biển: Biển và đại dương là ắc qui khổng lồ tích nhiệt của năng lượng mặt trời và chuyển thành năng lượng dòng chảy, nhiệt, gió. Ánh nắng Mặt Trời chiếu thẳng góc hơn ở vùng nhiệt đới và chếch hơn ở những vùng ôn đới, dẫn đến nhiệt độ ở vùng nhiệt đới cao hơn ở các miền địa cực. Kết quả là có một lượng nhiệt to lớn hướng về các cực, được mang bởi các dòng hải lưu và của khí quyển.

• Năng lượng sóng (wave energy): Những nơi trên biển có gió thổi liên tục, chúng tạo ra sóng, và nhiều phương pháp có thể được sử dụng để khai thác năng lượng này.

• Năng lượng sinh khối (Bioenergy): Là một dạng biểu hiện gián tiếp khác của năng lượng Mặt Trời thông qua quá trình quang hợp của cây cối. Suốt quá trình quang hợp của những cây cối, bức xạ Mặt Trời chuyển nước và khí cacbon đioxide thành các hydrocacbon, tạo thành nền tảng của những phân tử phức tạp hơn. Sinh khối, trong dạng gỗ hoặc những ‘nhiên liệu sinh khối’ (biofuel) khác, là một nguồn năng lượng chính của thế giới, đặc biệt ở những nước đang phát triển. Những nhiên liệu lỏng và khí đã thu được từ nguồn sinh học đóng góp quan trọng vào nguồn cung cấp năng lựơng của một số nước. Nhiên liệu sinh học cũng có thể được thu từ các loại rác, nhiều trong số chúng là nguồn gốc sinh vật.



1.2.3. Năng lượng tái tạo không Mặt Tr ời (Non-solar renewable)

Nguồn ‘Năng lượng tái tạo không Mặt Trời’ (Non-solar renewable energy) là:

- Thủy triều (ocean tide), nguyên nhân chính là sự hấp dẫn hút của Mặt Trăng (cùng một phần đóng góp nhỏ từ sự hấp dẫn của Mặt Trời). là kết quả của quá trình tương tác các lực tạo triều của Mặt Trăng và Mặt Trời

- Địa nhiệt từ bên trong Trái Đất nó biểu lộ trong sự đối lưu ở những ‘núi lửa’ (volcano), ‘suối nước nóng’ (hot spring) và trong ‘sự dẫn trong những lớp đá’ (conduction in rocks).

Hai dạng nguồn năng lượng tái tạo không phụ thuộc vào bức xạ Mặt Trời, đó là: Năng lượng thuỷ tri ều (tidal energy) và năng lượng địa nhiệt (geothermal energy).

a. Năng lượng thuỷ triều: Thường bị nhầm lẫn với năng lượng sóng, nhưng nguồn gốc của chúng có sự khác biệt khá rõ ràng. Năng lượng thuỷ triều có thể được khai thác bằng việc xây dựng đập thấp (low dam) hoặc những ba-re (barrage) nơi mà khi thuỷ triều lên nước sẽ được giữ lại, để sau đó cho phép chảy qua các tuabin phát điện.

Nó cũng có thể khai thác năng lượng của những dòng chảy mạnh dưới mặt nước mà thuỷ triều là nguyên nhân chính. Vài thiết bị được dùng để khai thác nguồn năng lượng này, chẳng hạn như tuabin dòng hải lưu (marine current turbine), khá giống tuabin gió đặt dưới nước.

b. Năng lượng địa nhiệt: Nhiệt trong lòng Trái Đất là nguồn gốc của năng lượng địa nhiệt. Nhiệt độ cao bên trong được xuất phát từ sự co bóp của hành tinh như là nó đã được hình thành. Bên cạnh đó, sự phân rã của những chất phóng xạ bên trong nhân Quả Đất cũng góp phần làm tăng nhiệt độ.

Tại một vài địa điểm, nơi mà những lớp đá nóng ở rất gần bề mặt Quả Đất, chúng có thể làm nóng nước bên dưới tầng ngậm nước. Những lượng nước này đã được sử dụng từ nhiều thế kỉ để cung cấp nước nóng và hơi nước. Ở vài quốc gia, hơi địa nhiệt được dùng để sản xuất điện còn nước nóng từ địa nhiệt thường dùng để sưởi ấm. Nếu hơi hoặc nước nóng bị rút ra một lượng nhiệt lớn hơn lượng nhiệt được cung cấp từ những lớp đá nóng xunh quanh thì vị trí địa nhiệt đó sẽ nguội đi và một lỗ mới sẽ được khoan gần đó. Khi khai thác theo cách này, năng lượng địa nhiệt sẽ không hồi phục hoàn toàn. Tuy nhiên, ta có thể vận hành ở chế độ có thể phục hồi được bằng cách giữ cho tốc độ rút ra thấp hơn tốc độ tái tạo.

Tóm Lại: Năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ.

Về thời gian của con người thì Mặt Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ. Năng lượng Mặt Trời, cả dạng bức xạ trực tiếp và dạng không trực tiếp chẳng hạn như: năng lượng sinh khối, năng lượng nước, năng lượng gió …



1.3. Phân loại năng lượng tái tạo.

1.3.1. Nguồn gốc từ bức xạ của Mặt Tr ời.

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. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.

Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời.Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa.

Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình quang hợp. Quá trình này được cho là đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đã và đang tận dụng. Nó cũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống. Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn.

Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác được như:

- Chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này.

- Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát điện của các công trình thủy điện. Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước. Dòng chảy của biển cũng có thể làm chuyển động máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của biển.

- Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc bin gió. Trước khi máy phát điện dùng năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã được ứng dụng để xay ngũ cốc. Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng trên mặt biển. Chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển.

- Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung 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.

- Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần năng lượng đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển. Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nước ngọt của dòng sông trở về biển.



1.3.2. Nguồn gốc từ nhiệt năng của Trái Đất

Nhiệt năng của Trái Đất, gọi là địa nhiệt, là năng lượng nhiệt mà Trái Đất có được thông qua các phản ứng hạt nhân âm ỉ trong lòng. Nhiệt năng này làm nóng chảy các lớp đất đá trong lòng Trái Đất, gây ra hiện tuợng di dời thềm lục địa và sinh ra núi lửa. Các phản ứng hạt nhân trong lòng Trái Đất sẽ tắt dần và nhiệt độ lòng Trái Đất sẽ nguội dần, nhanh hơn nhiều so với tuổi thọ của Mặt Trời.

Địa nhiệt dù sao vẫn có thể là nguồn năng lượng sản xuất công nghiệp quy mô vừa, trong các lĩnh vực như:

• Nhà máy điện địa nhiệt

• Sưởi ấm địa nhiệt

1.3.3. Nguồn gốc từ động năng hệ Trái Đất - Mặt Tr ăng

Trường hấp dẫn không đều trên bề mặt Trái Đất gây ra bởi Mặt Trăng, cộng với trường lực quán tính ly tâm không đều tạo nên bề mặt hình elipsoit của thủy quyển Trái Đất (và ở mức độ yếu hơn, của khí quyển Trái Đất và thạch quyển Trái Đất). Hình elipsoit này cố định so với đường nối Mặt Trăng và Trái Đất, trong khi Trái Đất tự quay quanh nó, dẫn đến mực nước biển trên một điểm của bề mặt Trái Đất dâng lên hạ xuống trong ngày, tạo ra hiện tượng thủy triều.

Sự nâng hạ của nước biển có thể làm chuyển động các máy phát điện trong các nhà máy điện thủy triều. Về lâu dài, hiện tượng thủy triều sẽ giảm dần mức độ, do tiêu thụ dần động năng tự quay của Trái Đất, cho đến lúc Trái Đất luôn hướng một mặt về phía Mặt Trăng. Thời gian kéo dài của hiện tượng thủy triều cũng nhỏ hơn so với tuổi thọ của Mặt Trời.

1.3.4. Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ khác

Ngoài các nguồn năng lượng nêu trên dành cho mức độ công nghiệp, còn có các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ dùng trong một số vật dụng:

• Một số đồng hồ đeo tay dự trữ năng lượng lắc lư của tay khi con người hoạt động thành thế năng của lò xo, thông qua sự lúc lắc của một con quay. Năng lượng này được dùng để làm chuyển động kim đồng hồ.

• Một số động cơ có rung động lớn được gắn tinh thể áp điện chuyển hóa biến dạng cơ học thành điện năng, làm giảm rung động cho động cơ và tạo nguồn điện phụ. Tinh thể này cũng có thể được gắn vào đế giầy, tận dụng chuyển động tự nhiên của người để phát điện cho các thiết bị cá nhân nhỏ như PDA, điện thoại di động...

• Hiệu ứng điện động giúp tạo ra dòng điện từ vòi nước hay các nguồn nước chảy, khi nước đi qua các kênh nhỏ xíu làm bằng vật liệu thích hợp.

• Các ăngten thu dao động điện từ (thường ở phổ radio) trong môi trường sang năng lượng điện xoay chiều hay điện một chiều. Một số đèn nhấp nháy gắn vào điện thoại di động thu năng lượng sóng vi ba phát ra từ điện thoại để phát sáng, hoạt động theo cơ chế này.



1.4. Vai trò và tầm quan trọng của năng lượng tái tạo.

1.4.1. Tình hình sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới hiện nay.

Báo cáo năng lượng tái tạo cho thế kỷ 21, gọi tắt là REN21 do một nhóm nghiên cứu chính sách quốc tế công bố cho biết chi phí đầu tư vào các nguồn năng lượng có thể tái tạo, được biến đổi từ gió và mặt trời, cho đến địa nhiệt và nhiên liệu sinh học, đã lên tới 100 tỉ đô la trong năm 2007.

Số tiền đầu tư này đã thúc đNy sự tăng trưởng mạnh mẽ trong công nghiệp năng lượng tái tạo. Mức cung cấp điện trên thế giới từ các nguồn năng lượng tái tạo đã lên đến khoảng 240 gigawatts trong năm ngoái, tức là tăng đến 50% so với năm 2004. Sức gió là thành tố lớn nhất trong các nguồn năng lượng mới đã tăng 28% trên thế giới trong năm 2007 để đạt công suất gần 100 gigawatts.

Ngoài năng lượng phát xuất từ sức gió, việc sản xuất năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học cũng đã phát triển mạnh trên thế giới. Tại cuộc hội thảo về năng lượng mặt trời châu Âu, vừa tổ chức tại Valencia (Tây Ban Nha), ông Daniel Lincot, Chủ tọa cuộc hội thảo cho rằng thế giới cần đNy nhanh tốc độ phát triển năng lượng mặt trời bởi nó có thể đáp ứng được toàn bộ nhu cầu năng lượng của cả thế giới. Ông Lincot chỉ rõ nguồn năng lượng mặt trời là vô tận, sạch và an toàn. Tuy nhiên, ông cho biết, mặc dù đang phát triển nhanh chóng nhưng năng lượng mặt trời vẫn chỉ đóng góp một phần “không đáng kể” trong tổng nguồn cung năng lượng. Năm ngoái, diện tích các tấm pin khai thác năng lượng mặt trời mới đạt khoảng 40 km2 trong khi để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện năng tại các nước như Pháp hoặc Đức phải cần tới 5.000 km2. Dự kiến, với đà phát triển hiện nay, có thể đến năm 2020, diện tích pin quang điện sẽ tăng lên 1.000 km2, nhưng với diện tích này, năng lượng Mặt trời vẫn chỉ chiếm có 3% nhu cầu về năng lượng của Liên minh châu Âu (EU).

Hiện nay năng lượng tái tạo bao gồm các nguồn như sau:

• Thủy điện (Hydro)

• Năng lượng sinh khối (Biomass)

• Năng lượng gió (Wind)

• Năng lượng mặt trời (Solar)

• Địa nhiệt (Geothermal)

• Năng lượng sóng (Wave)

• Năng lượng thủy triều ( Tidal)



Bảng 1.1. Các dạng năng lượng tái tạo và ứng dụng hiện nay trên thế giới

Thủy điện Năng lượng, điện Đã ứng dụng thương mại, quy mô nhỏ và lớn

Năng lượng sinh khối

Năng lượng cháy (quy mô sinh hoạt)

Nhiệt (nấu, sưởi) Ứng dụng rộng rãi, năng lượng tiên tiến sẵn có

Năng lượng cháy (quy mô công nghiệp)

Nhiệt, hơi, điện Ứng dụng rộng rãi, triển vọng cải tiến

Khí hóa, sản xuất năng lượng

Điện, nhiệt (CHP) Giai đoạn thử nghiệm

Khí hóa, sản xuất nhiên liệu

Các bon Hydro, Metan, H2

Giai đoạn phát triển

Thủy phân và lên men Etan Áp dụng thương mại cho các cây đường, tinh bột. Sản xuất từ gỗ đang phát triển

Nhiệt phân sản xuất nhiên liệu lỏng

Dầu bio Giai đoạn thử nghiệm; có một số khó khăn

Nhiệt phân sản xuất nhiên liệu rắn

Than Ứng dụng rộng rãi, dải hiệu suất rộng

Phân tách Bio-diesel Đã áp dụng, khá đắt

Chưng cất Bio-gas Đã ứng dụng thương mại

Năng lượng gió

Bơm nước và nạp pin Vận chuyển, điện Máy phát nhỏ, ứng dụng rộng rãi

Tua bin gió ở đất liền Điện Ứng dụng thương mại rộng rãi

Tua bin gió ở biển Điện Giai đoạn phát triển và thử nghiệm

Năng lượng mặt tr ời

Chuyển hóa năng lượng mặt trời

Điện Ứng dụng rộng rãi, khá đắt, cần phát triển hơn

Điện từ nhiệt mặt trời Nhiệt, hơi, điện Thử nghiệm, cần phát triển xa hơn

Sử dụng năng lượng mặt trời nhiệt độ thấp

Nhiệt (đun nước, hơi, nấu, sấy) và làm lạnh

Bộ thu năng lượng mặt trời ứng dụng thương mại rộng rãi, bếp sử dụng năng lượng mặt trời ứng dụng rộng rãi ở một số vùng, sấy mằng mặt trời thử nghiệm và đã áp dụng.

Sử dụng năng lượng mặt trời bị động

Nhiệt, làm lạnh, chiếu sáng, thông

Thử nghiệm và áp dụng, không có phần kỹ thuật chủ động



khí

Tổng hợp năng lượng mặt trời nhân tạo

H2 hoặc các nhiên liệu giàu hydro

Nghiên cứu và ứng dụng cơ sở

Địa nhiệt Nhiệt, hơi, điện Đã ứng dụng thương mại

Năng lượng đại dương

Năng lượng thủy triều Điện Đã ứng dụng, khá đắt

Năng lượng sóng Điện Nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm

Năng lượng dòng chảy Điện Nghiên cứu và phát triển

Chuyển hóa năng lượng nhiệt đại dương

Nhiệt, điện Nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm

Năng lượng điện phân muối

Điện Nghiên cứu lý thuyết

Năng lượng từ sinh khối từ biển

Nhiên liệu Nghiên cứu và phát triển

Chính sách của chính phủ là yếu tố quan trọng trong việc khuyến khích và duy trì khuynh hướng này. Hiện nay các mục tiêu của chính phủ về năng lượng tái tạo đã hiện diện tại ít nhất là 64 quốc gia. Liên hiệp châu Âu vừa chấp thuận một chính sách mới, theo đó 20% năng lượng được sử dụng phải là loại năng lượng tái tạo, từ nay cho đến trước năm 2020. Hiện nay đã có khoảng 2,5 triệu công ăn việc làm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo trên thế giới và con số này đang gia tăng rất nhanh chóng.

1.4.2. Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo.

Đối với các tài nguyên thiên nhiên (than đá, than bùn, dầu hỏa, và khí thiên nhiên) theo ước tính thì khoảng độ 80 năm nữa, các nguồn năng lượng trên sẽ bị cạn kiệt vì con người đã và đang tận dụng tối đa, và với mức độ cấp số nhân nhanh hơn mức tái tạo của thiên nhiên. Do đó, ngay từ bây giờ nếu không chuNn bị để nghiên cứu hay truy tìm những nguồn tài nguyên về năng lượng mới, thế giới sẽ đi dần đến sự hủy diệt.

Đối với nguồn năng lượng (thủy điện còn được gọi là than trắng, nguồn nguyên tử năng, và năng lượng từ gió và từ ánh sáng mặt trời). Thủy điện đã xuất hiện từ hơn 70 năm trước đây, và đã là nguồn hy vọng cho nhân loại trong một thời gian dài. Từ ban đầu và căn cứ theo hướng suy nghĩ của những nhà khoa học thời bấy giờ thì thủy điện là một nguồn điện năng sạch và toàn hảo vì không tạo ra ô nhiễm môi trường. Do đó, các đập thủy điện được tiếp nối xây dựng ồ ạt từ các quốc gia tân tiến cho đến những quốc gia đang phát triển. Nhưng trong khoảng 20 năm trở lại đây, khoa học gia trên thế giới đã nhận định đúng đắn thảm nạn môi trường do thuỷ điện gây ra. Đó là:

• Thuỷ điện đã làm đảo lộn hoàn toàn hệ sinh thái của một vùng rộng lớn chung quanh hồ chứa cũng như thượng nguồn và hạ nguồn của đập.

• Thuỷ điện làm giảm thiểu hoặc huỷ diệt đa dạng sinh học của toàn vùng.



• Hiệu quả kinh tế của thuỷ điện hoàn toàn bị đảo ngược vì chi phí cần thiết để tái tạo lại môi trường thiên nhiên đã bị đánh mất cao hơn lợi nhuận cho việc cung cấp điện năng.

Bảng 1.2. Ví dụ điển hình về các tại nạn thủy điện trên thế giới

Nước Tên đập Loại đập Nguyên nhân tai nạn Số người thiêt mạng

Năm

Mỹ South Fork Đất Lũ lớn tràn ngập đỉnh 2200 1889

Ý Gleno Vòm phức tạp

Áp lực ở dưới (sous-pression)

500 1923

Mỹ San Fransisco Trọng lực (Bêtông)

Áp lực ở dưới (sous-pression)

450 1929

Ý Vaiont Vòm Sụt lỡ đá làm nước tràn ngập

3000 1963

Với các nước đang phát triển ở Châu Á như Trung Quốc, Thái Lan, Lào, Việt Nam, việc thiết lập các đập thủy điện mới để giải quyết nhu cầu điện năng cho quốc gia trong hiện tại là một việc làm thiếu một tầm nhìn nghiêm chỉnh cho tương lai. Chúng ta không rút được kinh nghiệm của các quốc gia Tây phương đang trên đà phá vỡ các đập đã xây dựng nhằm tái tạo hệ sinh thái của vùng. Đồng thời cũng không học hỏi kinh nghiệm về các tác hại môi trường vì không nghiên cứu tác động môi trường trong kế hoạch thiết lập đập.

- Đối với nguồn năng lượng nguyên tử mức an toàn trong vận hành vẫn là thách thức lớn đòi hỏi kỹ thuật cao và tác hại lớn đến con người và môi trường trong trường hợp tai nạn xảy ra.

Ví dụ các tai nạn về năng lượng hạt nhận trên thế giới:

- Như vụ rò rỉ phóng xạ ngày 28-3-1979 ở Nhà máy The Three-Mile Island (bang Pennsylvania, Mỹ); vụ tai nạn nổ lò phản ứng hạt nhân ngày 26-4-1976 ở Nhà máy Chernobyl (Ukraine, Liên Xô trước đây); sự cố ngày 30-9-1999 làm 119 người bị nhiễm phóng xạ tại Nhà máy tái chế nhiên liệu phóng xạ.

- Vụ vỡ đường ống nước và hơi nóng ngày 9-8-2004 tại Nhà máy điện hạt nhân Mihama (tỉnh Fukui, Nhật) làm năm công nhân thiệt mạng. Cũng tại nhà máy này năm 2006 lại xảy ra một vụ cháy nữa. Gần đây nhất, sau trận động đất Chuetsu 6,8 độ Richter ngày 16-7-2007, một vụ rò rỉ được đánh giá là rất nghiêm trọng đã xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới Kashiwazaki Kariwa (tỉnh Niigata, Nhật). Khoảng 400 thùng chất thải hạt nhân bị đổ vỡ, một số lượng chất lỏng chứa phóng xạ chảy ra biển, buộc nhà máy phải đóng cửa ngưng hoạt động ít nhất một năm để Cơ quan Năng lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) kiểm tra.

- Thêm nữa năng lượng này thải hồi khí (carbon dioxide) ảnh hưởng đến tầng Ozone của bầu khí quyển và nhất là phế thải nguyên tử vẫn còn là vấn đề chưa giải quyết được của nhân loại.



1.4.3.Vai trò của năng lượng tái tạo

Tất cả những ngồn năng lượng đều cần thiết, nhưng chỉ có năng lượng tái tạo mới đủ điều kiện giúp nhân loại giải quyết lâu bền những vấn đề trọng yếu với các tiêu chí về môi trường, kinh tế, xã hội như sau:

a. Về Môi trường

• Giảm lượng ô nhiễm và khí thải từ các hệ thống năng lượng truyền thống.

Ví dụ: Để sản xuất ra một số điện (1 Kwh) bằng than hoặc dầu, thì lượng khí thải CO2 do than và dầu bị đốt sinh ra là khoảng 1kg khí CO2. Nếu số điện này được sản xuất bằng thủy điện, hoặc phong điện, thì sẽ không sinh ra 1kg khí CO2 kia. Vậy có nghĩa là cứ sản xuất ra bao nhiêu số điện "sạch" bằng thủy điện và phong điện, thì giảm được bấy nhiêu kg khí CO2 thải vào không khí. Chỉ tiêu sản xuất ra điện "sạch" cũng tương ứng với chỉ tiêu giảm khí phát thải.

• Giải quyết ô nhiễm môi trường do việc gia tăng dân số và phát triển xã hội của các quốc gia trên thế giới.

• Công nghệ cho các loại năng lượng tái tạo là công nghệ sạch và nguyên liệu xử dụng hoặc đã có sẵn trong thiên nhiên và không tạo ra ô nhiễm như mặt trời, gió, sóng biển v.v...; hoặc là những phế phNm hay phế thải từ các công nghệ khác thay vì cần phải xử lý, nay được sử dụng lại, do đó, công nghệ tái tạo này đương nhiên góp phần vào việc giải quyết ô nhiễm môi trường.

• Việc sử dụng năng lượng tái tạo sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái. So sánh với các nguồn năng lượng khác, năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả tác hại đến môi trường.

• Sử dụng năng lượng tái tạo rộng rãi và liên tục có thể tác động đến việc cải tạo khí hậu Trái Đất về lâu dài. Chống hiệu ứng nhà kính tác nhân làm biến đổi khí hậu trên thế giới.

Ví dụ: Với các nhà máy điện hạt nhân loại công xuất khoảng 1.600 megawatt song Đức đã quyết định đóng cửa tất cả những nhà máy như vậy vào năm 2020. Chính phủ liên minh giữa Đảng Xanh và Đảng Dân chủ Xã hội còn muốn giảm lượng khí nhà kính gây ấm hoá toàn cầu bằng việc loại bỏ các nhà máy điện sử dụng than đá. Khi giá dầu thế giới gần đây tăng tới mức kỷ lục, Berlin cũng không muốn phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch này.

b. Về kinh tế xã hội

• Phát triển bền vững kinh tế và xã hội đem lại nhiều công ăn việc làm. Thị trường toàn cầu thế giới về các loại nhiên liệu tái tạo đã phát triển nhanh chóng và mang lại hàng triệu công ăn việc làm. Hiện nay đã có khoảng 2,5 triệu công ăn việc làm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo trên thế giới và con số này đang gia tăng rất nhanh chóng.

• Doanh thu cao

Ví dụ: Hiệp hội các công ty công nghệ điện mặt trời cho biết nhu cầu tấm pin quang điện sẽ tăng gấp đôi, mang lại doanh thu hơn một tỷ euro. Trong năm nay, các công ty điện mặt trời của Đức đang đầu tư 200 triệu euro để mở rộng và hiện đại hoá nhà máy, tạo thêm khoảng 5.000 việc làm.



• Tăng cường sự linh hoạt của hệ thống năng lượng khi nhu cầu năng lượng thay đổi.

• Giảm sự phụ thuộc và đầu tư vào nhập khNu nhiên liệu.

c. Về tương lai

• Đây là một loại năng lượng dành cho các thế hệ cháu, chắt của chúng ta vì nguồn nguyên liệu không bao giờ bị cạn kiệt.

• Cân bằng sử dụng năng lượng hóa thạch, tiết kiệm chúng cho các sử dụng khác và cho các thế hệ tương lai.

• Đa dạng hóa cung cấp năng lượng cho nhiệt, nhiên liệu và điện.

• Góp phần vào việc giải quyết sự thiếu hụt năng lượng trên thế giới trong tương lai khi các nguồn năng lượng hóa thạch sắp bị cạn kiệt.

d. Về an ninh quốc gia

• Một khi đã đNy mạnh phát triển năng lượng tái tạo, thì mức an ninh quốc phòng được đảm bảo thêm vì không còn tùy thuộc vào lượng năng lượng cần phải nhập cảng từ các quốc gia khác.

• Hạ mức sản xuất chất thải phóng xạ và sự lan rộng vũ khí nguyên tử.

• Tránh những cơn khủng hoảng về dầu, khí, hạt nhân có thể gây ra chiến tranh. Và trong tương lai, sẽ không có những cuộc khủng hoảng năng lượng trên thế giới như đã xảy ra vào thập niên 70.

Tóm lại: Năng lượng tái tạo là an toàn cho chúng ta, để đảm bảo cho sinh tồn của nhân loại thì việc truy tìm nguồn thay thế cho năng lượng hóa thạch (dầu mỏ, than đá) chúng ta phải đNy mạnh hơn nữa việc phát triển các loại năng lượng tái tạo như: mặt trời, gió, sinh khối (methanol, ethanol và các chất phế thải gia cư và kỹ nghệ), địa nhiệt, thủy triều và sóng, thuy điện nhỏ. Đó là các nguồn năng lượng sạch vừa giải quyết và thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch sắp bị cạn kiệt, và nhất là bảo vệ môi trường thiên nhiên, giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do con người tạo ra. Những nguồn năng lượng vừa kể trên rất quan trọng và sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai. Chúng sẽ thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch và nguyên tử trong việc sản xuất năng lượng nhất là điện năng.

CHUONG 1 LY THUYET VE NANG LUONG TAI TAO

Documents

Transcript of CHUONG 1 LY THUYET VE NANG LUONG TAI TAO