Đề tài Công nghệ xanh, năng lượng sạch: gió, thủy điện, mặt trời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG MÔN MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI -------*------- BÁO CÁO BÀI THUYẾT TRÌNH ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ XANH, NĂNG LƯỢNG SẠCH: GIÓ, THỦY ĐIỆN, MẶT TRỜI GVGD: TS. Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Khoa: Kỹ Thuật Xây Dựng Lớp: XD12VL2 Nhóm: 11 Tp.HCM, tháng 11 năm 2013 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 2 Khoa: Kỹ Thuật Xây Dựng Lớp: XD12VL2 Nhóm: 11 Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Hồ Thụy Bảo Anh 81200046 2. Phan Anh Duy 81200570 3. Nguyễn Hữu Đức 81200839 4. Huỳnh Công Hậu 81201035 5. Phạm Ngọc Hưng 81201513 6. Trần Thành Hiệp 81201167 7. Võ Thanh Long 81201995 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 3 ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ XANH, NĂNG LƯỢNG SẠCH: GIÓ, THỦY ĐIỆN, MẶT TRỜI Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 4 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 .MỞ ĐẦU .............................................................................................. 6 1.1. Công nghệ xanh: ................................................................................................. 6 1.1.1. Giới thiệu chung:.............................................................................................. 6 1.1.2. Định nghĩa: ....................................................................................................... 6 1.2. Năng lượng sạch:................................................................................................. 7 CHƯƠNG 2. NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH ...................................................... 10 2.1. Gió: .................................................................................................................... 10 2.1.1. Sự hình thành năng lượng gió: ...................................................................... 10 2.1.2. Tình hình năng lượng gió trên thế giới: ........................................................ 10 2.1.3. Lợi ích và hạn chế của việc lắp đặt năng lượng gió: ..................................... 11 2.1.4. Năng lượng gió ở Việt Nam: .......................................................................... 13 2.2. Mặt trời: ............................................................................................................ 15 2.2.1. Năng lượng mặt trời: ..................................................................................... 15 2.2.2. Ứng dụng từ năng lượng mặt trời: ................................................................ 15 2.2.3. Lợi ích và nhược điểm của các hệ thống năng lượng mặt trời: ................... 17 2.2.4. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam: ................................................................. 19 2.3. Thủy điện: ......................................................................................................... 20 2.3.1. Năng lượng thủy điện: ................................................................................... 20 2.3.2. Lợi ích và tác hại của thủy điện: ................................................................... 21 2.3.2. Thủy điện tại Việt Nam: ................................................................................ 23 CHƯƠNG 3. TỔNG KẾT ....................................................................................... 24 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 25 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 5 DANH MỤC HÌNH, BẢNG Hình 1.1. Một bãi turbine nhỏ tại Normandie, Pháp ............................................... 8 Hình 2.1. Công xuất điện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008................... 11 Hình 2.2. Sự phát triển của công xuật điện gió trên thế giới theo khu vực ........... 11 Hình 2.3. Các trụ điện gió thuộc Nhà máy điện gió Tuy Phong (Bình Thuận) ..... 13 Hình 2.4. Tiềm năng gió ở Biển Đông ..................................................................... 14 Hình 2.5.Bếp năng lượng mặt trời cho người nghèo .............................................. 20 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 6 CHƯƠNG 1 .MỞ ĐẦU 1.1. Công nghệ xanh: 1.1.1. Giới thiệu chung: Trong vòng vài thập niên trở lại đây, ở các quốc gia hậu kỹ nghệ, phong trào Công nghệ Xanh (Green Technology) đã được các nhà khoa học đưa lên hàng đầu trong việc giải quyết ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Mục tiêu này do Hội Đồng LHQ về Môi sinh và Phát triển đề ra qua Nghị trình 21 là: Tạo dựng tăng trưởng kỹ nghệ, Cân bằng môi sinh, và Tiến bộ xã hội. Đây là ba nguyên căn bản để có thể xây dựng được một sự phát triển bền vững cho toàn cầu. Một trong những biện pháp để tiến tới mục tiêu trên là làm thế nào để phòng ngừa ô nhiễm và kiểm soát việc sử dụng năng lượng. Từ suy nghĩ này, phong trào công nghệ xanh ngày càng phát triển mạnh và được xem như là một biện pháp hữu hiệu nhất hiện tại để giải quyết các vấn nạn môi trường. Tuỳ theo ngành nghề khác nhau, công nghệ xanh có thể chia ra thành nhiều phân nhánh như: hoá học xanh (Green chemical), điện tử xanh (Green computing) v.v… Hàng năm có rất nhiều Hội nghị ở cấp quốc gia và quốc tế về vấn đề trên qua những chương trình kỹ thuật nhất là ở các đại hội của Hội Hóa học Hoa Kỳ (American Chemical Society – ACS). Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều Viện hay Trung tâm nghiên cứu đã được thành hình ở Anh Quốc, Ý, Nhật Bổn, Hoa Kỳ, và Úc Châu. 1.1.2. Định nghĩa: Danh từ “công nghệ” (technology) dùng để chỉ sự áp dụng các kiến thức khoa học vào trong thực tế của đời sống. Công nghệ xanh là một khái niệm mới của con Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 7 người trước nguy cơ ô nhiễm toàn cầu. Đây là một nỗi ưu tư lớn của những nhà làm khoa học chân chính nhằm mục đích cổ suý việc tạo dựng và tiêu dùng năng lượng qua chiều hướng phát thải phế thải không độc hại hay ít độc hại ngõ hầu hạn chế được vấn nạn hâm nóng toàn cầu hiện tại. Từ suy nghĩ đó, họ luôn luôn nghĩ đến phương cách, quy trình mới, sáng tạo và cải tiến các công nghệ cũ trở thành công nghệ xanh để bảo vệ môi trường chung cho thế giới. Mục tiêu của chiều hướng giải quyết vần đề qua khái niệm công nghệ xanh gồm nhiều lãnh vực căn bản liệt kê như sau: - Phát triển bền vững bằng những công nghệ thân thiện với môi trường (friendly), không làm tổn hại đến nguồn tài nguyên thiên nhiên hay ảnh hưởng nguy hại đến những thế hệ tương lai. - Tạo dựng một chu trình kín trong sản xuất, nghĩa là phế phẩm của một quy trình sẽ là nguyên liệu của một quy trình sản xuất khác. - Giảm thiểu tối đa phế thải độc hại và tăng cường khả năng tái tạo sản phẩm cũ thành nguyên liệu mới. - Trong nông nghiệp, sáng tạo công nghệ mới thay vì sư dụng phân bón và hoá chất. - Một trong những lãnh vực quan trọng nhất cần phải nêu ra là lãnh vực năng lượng. Công nghệ xanh đòi hỏi cần phải sử dụng năng lượng hợp lý hoặc giảm thiểu hầu bảo vệ mội trường thiên nhiên. - Hóa học xanh cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào việc giải quyết công nghệ xanh. 1.2. Năng lượng sạch: Là nguồn năng lượng không có chất thải hoặc có chất thải nhưng không gây ô nhiễm bầu không khí và ô nhiễm nguồn nước hoặc không ảnh hưởng tới môi trường sống của con người và hệ sinh thái. Ví dụ như điện, gió, năng lượng mặt trời là những nguồn năng lượng sạch. 9 nguồn năng lượng sạch dùng cho tương lai: Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 8 Hình 1.1. Một bãi turbine nhỏ 1. Pin nhiên liệu: Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát ra khi thải CO2 (các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác. 2. Năng lượng mặt trời: Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước). 3. Năng lượng từ đại dương: Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích biển lớn. Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện. Nguồn điện sản xuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v… 4. Năng lượng gió: Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong phú và có ở mọi nơi. Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện. 5. Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe: Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 9 Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên là Someya Shoten Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm xà phòng, phân bón và dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật). 6. Năng lượng từ tuyết: Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành công trong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở những tòa nhà khi thời tiết nóng bức. 7. Năng lượng từ sự lên men sinh học: Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinh hoạt. 8. Nguồn năng lượng địa nhiệt: Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa. Nguồn năng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâu dưới lòng đất để chạy turbin điện. 9. Khí Mêtan hydrate: Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất, có màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và được người ta gọi là “nước đá có thể bốc cháy” và là nguồn nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất tốt. Năng lượng hạt nhân không phải là giải pháp cho nguồn năng lượng sạch Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 10 CHƯƠNG 2. NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH 2.1. Gió: 2.1.1. Sự hình thành năng lượng gió: Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại. Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại. 2.1.2. Tình hình năng lượng gió trên thế giới: Nhận thức được tầm quan trọng của năng lượng tái sinh nói chung và năng lượng gió nói riêng, chính phủ của nhiều quốc gia trên thế giới đang dốc tiền của, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 11 Hình 2.1. Công xuất điện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008 Hình 2.2. Sự phát triển của công xuật điện gió trên thế giới theo khu vực nhân lực vào việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng thực tiễn năng lượng gió, giúp giảm sự căng thẳng năng lượng ở các nước. Theo thống kê trên thế giới, Đức, Tây Ban Nha, Hoa Kỳ, Đan Mạch và Ấn Độ là những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới. 2.1.3. Lợi ích và hạn chế của việc lắp đặt năng lượng gió: Lợi ích: Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 12 Đánh giá đúng mực về năng lượng gió, chúng ta có thể rút ra được mấy ưu điểm sau của năng lượng gió mà các nguồn năng lượng khác khó có được: - Tận dụng được các đồi trọc để xây các tuốc bin gió. - Ảnh hưởng đến đất canh tác không đáng kể. - Ảnh hưởng của thiên nhiên nơi đặt các tuốc bin gió không đáng kể nếu so sánh với nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân… - Là nguồn năng lượng sạch và vô tận đối với thiên nhiên. Điều đó là điều tiên quyết đem lại lợi thế của năng lượng gió so với các nguồn năng lượng hóa thạch vốn có hạn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.Với việc công nghệ ngày càng tiến bộ, và việc sử dụng năng lượng gió ngày càng phổ biến hơn thì giá thành của năng lượng gió ngày càng rẻ cộng với xu hướng ngày càng tăng lên của các nguồn năng lượng hóa thạch phổ biến thì đây cũng là một lợi ích to lớn của năng lượng gió. Nhưng không phải năng lượng gió không có những mặt hạn chế của nó. Từ tiềm năng đến việc cụ thể thành sản phẩm là một quá trình mà nếu ta không đánh giá một cách toàn diện các mặt thì khó có thể biến tiềm năng trở thành hiện thực được. Những hạn chế của năng lượng gió: - Phụ thuộc hoàn toàn vào thiên nhiên, nên việc khảo sát từng vùng, lập những bản đồ gió chi tiết là một điều cực kỳ quan trọng để đem lại hiệu quả cho năng lượng gió. - Có thể làm thay đổi dòng không khí làm ảnh hưởng đến các loài chim di trú. - Thay đổi hoặc làm phá vỡ cảnh quan của vùng lắp đặt điện gió - Tiếng ồn có thể ảnh hưởng đến các loài động vật hoặc con người sống gần nơi đặt các trạm năng lượng gió. - Có thể ảnh hưởng đến các trạm thu phát sóng điện thoại, truyền hình… Đó là một số mặt hạn chế của năng lượng gió, nhưng cơ bản thì các hạn chế này rất nhỏ so với các hạn chế của các nguồn năng lượng hóa thạch. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 13 2.1.4. Năng lượng gió ở Việt Nam: Tiềm năng gió của Việt Nam rất lớn, vì thế việc nghiên cứu phát triển năng lượng gió là một công việc cần thiết. Sự nghiên cứu triển khai năng lượng gió ở Việt Nam đã đi những bước đầu tiên. Nhưng cơ bản sự phát triển năng lượng gió trong nước còn nhỏ lẻ, còn khá khiêm tốn so với tiềm năng to lớn của Việt Nam. Hiện tại Việt Nam có tất cả 20 dự án diện gió với dự kiến sản xụất 20 GW. Nguồn điện gió này sẽ kết nối với hệ thống điện lưới quốc gia và sẽ được phân phối và quản lý bởi Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam. Trong tháng 4 năm 2004, Việt Nam đã lắp đặt trạm năng lượng gió công suất 858KW trên đảo Bạch Long Vĩ do chính phù tài trợ và các tổ máy được chế tạo bởi hãng Technology SA (Tây Ban Nha). Ngoài ra Trung Tâm Năng Lượng Tái Tạo và Thiết Bị Nhiệt (RECTARE) Đại học Bách Khoa tp Hồ Chí Minh đã lắp đặt trên 800 tuốc bin gió trong hơn 40 tỉnh thành với sự tài trợ của Hiệp hội Việt Nam – Thụy Sĩ tập trung nhiều nhất gần Nha Trang, trong đó có gần 140 tuốc bin gió đã hoạt động. Ở Cần Giờ thành phố Hồ Chí Minh với sự hỗ trợ của Pháp cũng đã lắp đặt được 50 tuốc bin gió. Tuy nhiên những tuốc bin gió trên đều có công suất nhỏ khoảng vài KW mức độ thành công không cao vì không được bảo dưỡng thường xuyên theo đúng yêu cầu. Thế giới tiến tới những nguồn năng lượng tái tạo đó là một xu thế không thể thay đổi, với xu thế đó Việt Nam đang có những bước chuyển mình để phù hợp, thích Hình 2.3. Các trụ điện gió thuộc Nhà máy điện gió Tuy Phong (Bình Thuận) Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 14 Hình 2.4. Tiềm năng gió ở Biển Đông nghi cho dù còn chưa nhanh và mạnh nhưng đó là một công việc cần làm và cần đẩy mạnh nhiều hơn nữa. Xét trên nhiều khía cạnh việc phát triển năng lượng gió là một công việc đúng đắn và hợp lý. Nó giải quyết nhanh chóng vấn đề năng lượng trong thời gian ngắn và về lâu dài nó cũng đóng góp không nhỏ cho nguồn năng lượng quốc gia nhất là ở Việt Nam với tiềm năng về năng lượng gió thuộc vào hàng lớn nhất trên thế giới. Theo báo cáo của Tập Đoàn 3TIER Group thì trong năm 2008, với các tuốc bin có độ cao 80m so với mặt nước biển, miền Trung Việt Nam là nơi có tiềm năng công suất về năng lượng gió lớn nhất trên thế giới (Hình 4). Miền Trung Việt Nam được dự báo có khả năng sản xuất 5000 tỉ KWh mỗi năm. Với con số đó, Việt Nam có khả năng chu cấp năng lượng cho toàn bộ nhu cầu trong nước và các nước lân cận. Nhìn vào biểu đồ biểu thị sức gió trên ta thấy Nam Trung Bộ của Việt Nam là một nơi lý tưởng để lắp đặt các trạm năng lượng gió với tốc độ gió trung bình vào khoảng 10m/s. Những khó khăn trong việc phát triển điện gió ở Việt Nam: - Tài liệu thông tin và dữ liệu không đầy đủ về địa lý, tốc độ gió tại nhiều vùng trong nước. - Thiếu nguồn đầu tư. - Chính sách/ kế họach và các quy định trợ giá về điện gió của những cơ quan liên hệ trong chính phủ không rõ rệt. - Thiếu hạ tầng cơ sở và kỹ thuật. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 15 - Mức thu nhập và trình độ của người dân nói chung còn thấp. - Thiếu sự hợp tác quốc tế. 2.2. Mặt trời: 2.2.1. Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời đã được con người khai thác ngay từ thời cổ đại. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên trái đất. Chỉ một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng. Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Ngày nay, con người đã sử dụng loại điện năng này để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, bình nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời... Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt trời có 2 hình thức hoạt động, hoặc thụ động, hoặc chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Còn kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc ánh sáng phân tán và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên trong ngôi nhà đó để khai thác một cách hiệu quả lượng nhiệt thu được từ mặt trời. 2.2.2. Ứng dụng từ năng lượng mặt trời: a. Nhiệt mặt trời: Nước nóng Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóng nước. Trong vĩ độ địa lý thấp (dưới 40 độ) 60-70% sử dụng nước nóng với nhiệt độ lên đến 60°C có thể được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm mặt trời. Các loại phổ Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 16 biến nhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời được sơ tán thu ống (44%) và thu gom tấm kính phẳng (34%) thường được sử dụng nước nóng trong nước; và các nhà sưu tập không tráng nhựa (21%) sử dụng chủ yếu để làm nóng bể bơi.[15] Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió Tại Hoa Kỳ, hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm 30% (4,65 EJ) năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà thương mại và gần 50% (10,1 EJ) năng lượng sử dụng trong các tòa nhà dân cư. Công nghệ sưởi ấm, làm mát và thông gió năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp một phần năng lượng này. Xử lí nước Chưng cất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm cho mặn hoặc nước lợ uống được Nấu ăn Bếp năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để nấu nướng, làm khô và khử trùng. Chúng có thể được nhóm lại thành ba loại lớn: bếp hộp, bếp tấm và bếp phản xạ. b. Điện mặt trời: Điện mặt trời tập trung Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một nhà máy điện thông thường. Một loạt các công nghệ tập trung tồn tại, phát triển nhất là máng parabol tập trung phản xạ tuyến tính Fresnel, đĩa Stirling và các tháp điện mặt trời. Kỹ thuật khác nhau được sử dụng để theo dõi Mặt trời và tập trung ánh sáng. Trong tất cả các hệ thống này một chất lỏng làm việc được làm nóng bởi ánh sáng mặt trời tập trung, và sau đó được sử dụng để phát điện hoặc lưu trữ năng lượng Pin quang điện Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 17 Pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV), tế bào năng lượng mặt trời là một thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện c. Hóa học năng lượng mặt trời: Quá trình hóa học năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời để dẫn dắt phản ứng hóa học. Các quá trình này đã bù đắp năng lượng mà nếu không sẽ phải đến từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và cũng có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu thỏa mãn điều kiện lưu trữ và vận chuyển. Năng lượng mặt trời gây ra các phản ứng hóa học có thể được chia thành nhiệt hóa hoặc quang hóa. Công nghệ sản xuất Hydrogen là một khu vực quan trọng của nghiên cứu hóa học năng lượng mặt trời. d. Xe năng lượng mặt trời: Phát triển của một chiếc xe sử dụng năng lượng mặt trời đã được một mục tiêu kỹ thuật từ những năm 1980. Thách thức Mặt trời Thế giới là một cuộc đua xe năng lượng mặt trời định kỳ sáu tháng, nơi các đội từ các trường đại học và doanh nghiệp đua tài trên đoạn đường 3.021 kilômét. Một bóng bay năng lượng mặt trời là một quả bóng màu đen được làm đầy với không khí thông thường. Khi ánh sáng mặt trời tỏa sáng trên khinh khí cầu, không khí bên trong được làm nóng và giãn nở gây lực nổi lên, giống như bóng không khí nóng được làm nóng nhân tạo Các buồm năng lượng mặt trời là một hình thức được đề xuất của động cơ đẩy tàu vũ trụ sử dụng gương màng lớn để khai thác áp suất bức xạ từ mặt trời. Khí cầu độ cao lớn (HAA) là một phương tiện vận tải nhẹ hơn không khí, không người lái, thời gian dài, sử dụng khí helium để nâng, và tế bào năng lượng mặt trời lớp mỏng làm động lực. 2.2.3. Lợi ích và nhược điểm của các hệ thống năng lượng mặt trời: Lợi ích: Năng lượng của Mặt trời là miễn phí và trái đất hấp thụ một lượng lớn bức xạ mặt trời mỗi ngày. Nếu tất cả các dạng năng lượng mặt trời được khai thác sẽ có đủ điện năng lượng cho điện mỗi ngôi nhà trên thế giới. Tuy nhiên, không may, hầu hết Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 18 năng lượng mặt trời này là lãng phí và chúng tôi phụ thuộc vào khí đốt, dầu mỏ và than để cung cấp nhu cầu năng lượng của chúng tôi. Khi công nghệ đã phát triển trong những năm gần đây, đã có một sự gia tăng ổn định trong sử dụng các nguồn năng lượng thay thế và tái tạo, như năng lượng mặt trời. Người ta ước tính rằng lượng năng lượng được cung cấp bởi các nguồn thay thế sẽ tăng 53% từ năm 1999 đến năm 2020, do đó sẽ làm giảm chi phí của công nghệ năng lượng thay thế. Tuy nhiên mức tăng này phần lớn sẽ không loại bỏ sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch. Các tấm năng lượng mặt trời có thể được cài đặt trên hầu hết các mái nhà, đặc biệt là những người đó là nam phải đối mặt.Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi ít hoặc không có bảo dưỡng và công nghệ của các tế bào quang điện được sử dụng cho hầu hết các vệ tinh quay quanh trái đất của chúng ta ngày hôm nay và đây không phải là duy trì ở tất cả. Năng lượng mặt trời năng lượng sạch, tái tạo và bền vững và năng lượng tạo ra từ tia sáng của mặt trời không sản xuất các sản phẩm và như vậy nó không góp phần gây ô nhiễm. Nếu một quy mô lớn Đề án năng lượng thay thế thế hệ đã được thực hiện nó sẽ làm giảm nhu cầu về khí nhà kính thế hệ các nhà máy sản xuất điện thông thường. Nhược điểm: Nhược điểm chính của pin năng lượng hiện nay nằm ở giá thành cao và giá điện sản xuất từ hệ thống này lớn hơn giá điện lưới. Do đây là công nghệ tiên tiến nên chưa thể áp dụng ở những khu vực có thu nhập thấp và dân trí chưa cao. Công suất của pin năng lượng phụ thuộc vào những yếu tố sau đây: - Sự thay đổi hàng ngày, liên quan tới vòng quay trái đất và mùa (liên quan tới hướng của trục trái đất và chuyển động của trái đất quanh mặt trời). - Vị trí khu đất, ví dụ như bức xạ mặt trời tại đó. - Độ nghiêng của thiết bị. - Góc phương vị. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 19 - Bóng đổ. - Nhiệt độ. 2.2.4. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam: Việt Nam vốn là một trong những vùng có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao trên thế giới. Hơn nữa, nước ta còn là một quốc gia đang phát triển, người dân nghèo còn nhiều, không phải ai cũng có khả năng sử dụng điện sinh hoạt với mức giá như hiện nay. Vì thế, năng lượng mặt trời được coi là một giải pháp hoàn toàn phù hợp nếu được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Từ những dự án lớn Từ năm 1990, Phân viện Vật lý Tp.HCM đã triển khai các dự án điện mặt trời áp dụng vào các công trình công cộng như nhà văn hóa, bệnh viện tại Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, nơi mà lưới điện và tình hình kinh tế của người dân còn gặp nhiều khó khăn. Trên một số vùng hải đảo, như đảo Thiềng Liềng - xã Cần Gáo - huyện Cần Giờ, công trình điện mặt trời cũng đã cung cấp điện được cho hơn 50% hộ dân sống trên đảo. Đến năm 1995, hơn 180 nhà dân và một số công trình công cộng tại buôn Chăm - xã Eahsol - huyện Eahleo - tỉnh Đắk Lắk đã sử dụng điện mặt trời. Viện năng lượng EVN cũng đã thực hiện dự án phát điện lai ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió với công suất 9kW đặt tại làng Kongu 2 - huyện Đắk Lắk - tỉnh Kontum, góp phần cung cấp điện cho đồng bào dân tộc thiểu số. Từ thành công của những dự án này, Viện năng lượng EVN kết hợp với Trung tâm năng lượng mới của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tiếp tục triển khai ứng dụng dàn pin mặt trời tại các hộ dân và trạm biên phòng của đảo Cô Tô (tỉnh Quảng Ninh). Đồng thời, thực hiện dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, huyện Lộc Bì, tỉnh Lạng Sơn. Đến những ứng dụng nhỏ Năm 2000 - 2005, Trung tâm nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới (ĐH Đà Nẵng) cùng với tổ chức phục vụ năng lượng mặt trời đã triển khai sản xuất các loại bếp năng lượng mặt trời cho các hộ dân tại làng Bình Kỳ 2 - Phường Hòa Quý - Quận Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng). Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 20 Solar Serve đã cung cấp miễn phí hơn 1.200 bếp năng lượng mặt trời cho người nghèo tại vùng sâu vùng xa. Đây là một tổ chức phi lợi nhuận, được thành lập nhằm giúp đỡ và phổ biến việc sử dụng năng lượng mặt trời cho người dân. Gần đây, Sở Khoa học và Công nghệ Tp.Đà Nẵng còn phối hợp với Công ty Quản lý vận hành điện chiếu sáng công cộng, quyết định thí điểm một năm trong việc lắp đặt 10 bộ đèn chiếu sáng đường phố bằng năng lượng gió và mặt trời tại đường Trường Sa, Tp.Đà Nẵng. Được biết, Đà Nẵng là một trong những nơi được đánh giá là có tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tốt nhất tại Việt Nam, với 177 giờ nắng trung bình trong tháng và cường độ bức xạ nhiệt đạt 4,89 kWh/m2/ngày. Các nhà đầu tư dự án năng lượng môi trường đặc biệt quan tâm đến Đà Nẵng. Năm 2012, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cùng nhà sản xuất đã thực hiện chương trình hỗ trợ cho các hộ gia đình 1 triệu đồng/bình nước nóng năng lượng mặt trời với số lượng lên đến 30.000 bộ. 2.3. Thủy điện: 2.3.1. Năng lượng thủy điện: Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước. Đa số năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một tuốc bin nước và máy phát điện. Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của Hình 2.5.Bếp năng lượng mặt trời cho người Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 21 nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều. Thuỷ điện là nguồn năng lượng có thể hồi phục. Năng lượng lấy được từ nước phụ thuộc không chỉ vào thể tích mà cả vào sự khác biệt về độ cao giữa nguồn và dòng chảy ra. Sự khác biệt về độ cao được gọi là áp suất. Lượng năng lượng tiềm tàng trong nước tỷ lệ với áp suất. Để có được áp suất cao nhất, nước cung cấp cho một turbine nước có thể được cho chảy qua một ống lớn gọi là ống dẫn nước có áp Ngoài nhiều mục đích phục vụ cho các mạng lưới điện công cộng, một số dự án thuỷ điện được xây dựng cho những mục đích thương mại tư nhân. Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thuỷ điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thuỷ điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectric reservoir - thỉnh thoảng được dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm). Thuỷ điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó có tiềm năng khai thác thuỷ điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường. 2.3.2. Lợi ích và tác hại của thủy điện: Lợi ích Thủy điện là nguồn năng lượng được coi là sạch, hầu như không tạo ra các chất khí làm ảnh hưởng đến môi trường khí quyển. Những nghiên cứu gần đây cho biết rằng khí methal chỉ có ở các lòng hồ chứa đã chưa được dọn sạch trước khi tích nước hoặc rất cá biệt có những liên hệ tiềm ẩn với nguồn khí này dưới mặt đất. Thủy điện được vận hành dễ dàng để chủ động đáp ứng yêu cầu điều tiết sản lượng điện tiêu thụ bằng động tác tương đối đơn giản đóng hay mở van nước vào tuabin vì vậy nó thường được sử dụng trong những giờ cao điểm tiêu thụ điện. Khi các nguồn điện khác (nhiệt điện, điện hạt nhân, điện gió, điện sóng biển,..) vẫn phải phát điện với công suất lớn trong giờ thấp điểm, người ta dùng hệ thống thủy điện – bơm tích năng. Hệ thống này gồm 2 hồ chứa và loại tuabin lưỡng tính, vừa có tính Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 22 năng phát điện và khi cần có thể vận hành như máy bơm. Trong giờ cao điểm, nước từ hồ trên cao chảy qua tuabin phát điện xuống hồ dưới. Trong giờ thấp điểm, tuabin lưỡng tính bơm nước từ hồ dưới lên hồ trên để tiêu thụ các nguồn điện dư thừa khác. Tác hại Trên thực tế, việc sử dụng nước tích trữ thỉnh thoảng khá phức tạp bởi vì yêu cầu tưới tiêu có thể xảy ra không trùng với thời điểm yêu cầu điện lên mức cao nhất. Những thời điểm hạn hán có thể gây ra các vấn đề rắc rối, bởi vì mức bổ sung nước không thể tăng kịp với mức yêu cầu sử dụng. Nếu yêu cầu về mức nước bổ sung tối thiểu không đủ, có thể gây ra giảm hiệu suất và việc lắp đặt một turbine nhỏ cho dòng chảy đó là không kinh tế. Những nhà môi trường đã bày tỏ lo ngại rằng các dự án nhà máy thuỷ điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh. Trên thực tế, các nghiên cứu đã cho thấy rằng các đập nước dọc theo bờ biển Đại Tây Dương và Thái Bình Dương của Bắc Mỹ đã làm giảm lượng cá hồi vì chúng ngăn cản đường bơi ngược dòng của cá hồi để đẻ trứng, thậm chí ngay khi đa số các đập đó đã lắp đặt thang lên cho cá. Cá hồi non cũng bị ngăn cản khi chúng bơi ra biển bởi vì chúng phải chui qua các turbine. Điều này dẫn tới việc một số vùng phải chuyển cá hồi con xuôi dòng ở một số khoảng thời gian trong năm. Các thiết kế turbine và các nhà máy thuỷ điện có lợi cho sự cân bằng sinh thái vẫn còn đang được nghiên cứu. Sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của dòng sông bên dưới. Thứ nhất, nước sau khi ra khỏi turbine thường chứa rất ít cặn lơ lửng, có thể gây ra tình trạng xối sạch lòng sông và làm sạt lở bờ sông. Thứ hai, vì các turbine thường mở không liên tục, có thể quan sát thấy sự thay đổi nhanh chóng và bất thường của dòng chảy. Tại Grand Canyon, sự biến đổi dòng chảy theo chu kỳ của nó bị cho là nguyên nhân gây nên tình trạng xói mòn cồn cát ngầm. Lượng oxy hoà tan trong nước có thể thay đổi so với trước đó. Cuối cùng, nước chảy ra từ turbine lạnh hơn nước trước khi chảy vào đập, điều này có thể làm thay đổi số lượng cân bằng của hệ động vật, gồm cả việc gây hại tới một số loài. Các hồ chứa của các nhà máy thuỷ điện ở các vùng nhiệt đới có thể sản sinh ra một lượng lớn khí methane và carbon dioxide. Điều này bởi vì các xác thực vật mới bị lũ quét và các vùng tái bị lũ bị tràn Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 23 ngập nước, mục nát trong một môi trường kỵ khí và tạo thành methane, một khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Methane bay vào khí quyển khí nước được xả từ đập để làm quay turbine. Theo bản báo cáo của Uỷ ban Đập nước Thế giới (WCD), ở nơi nào đập nước lớn so với công suất phát điện (ít hơn 100 watt trên mỗi km2 diện tích bề mặt) và không có việc phá rừng trong vùng được tiến hành trước khi thi công đập nước, khí gas gây hiệu ứng nhà kính phát ra từ đập có thể cao hơn những nhà máy nhiệt điện thông thường. Ở các hồ chứa phương bắc Canada và Bắc Âu, sự phát sinh khí nhà kính tiêu biểu chỉ là 2 đến 8% so với bất kỳ một nhà máy nhiệt điện nào. Một cái hại nữa của các đập thuỷ điện là việc tái định cư dân chúng sống trong vùng hồ chứa. Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bù đắp được sự gắn bó của họ vềtổ tiên và văn hoá gắn liền với địa điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với họ. Hơn nữa, về mặt lịch sử và văn hoá các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất, như dự án Đập Tam Hiệp ở Trung Quốc, đập Clyde ở New Zealand và đập Ilisu ở đông nam Thổ Nhĩ Kỳ. Một số dự án thuỷ điện cũng sử dụng các kênh, thường để đổi hướng dòng sông tới độ dốc nhỏ hơn nhằm tăng áp suất có được. Trong một số trường hợp, toàn bộ dòng sông có thể bị đổi hướng để trơ lại lòng sông cạn. Những người tới giải trí tại các hồ chứa nước hay vùng xả nước của nhà máy thuỷ điện có nguy cơ gặp nguy hiểm do sự thay đổi mực nước, và cần thận trọng với hoạt động nhận nước và điều khiển đập tràn của nhà máy. 2.3.2. Thủy điện tại Việt Nam: Theo bộ Xây dựng, hiện ở Việt Nam có khoảng 260 công trình thủy điện đang được khai thác và 211 công trình đang thi công xây dựng. Theo Thứ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hoàng Văn Thắng, hiện cả nước có hơn 6.500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích 11 tỷ m³ nước, trong đó có hơn 560 hồ chứa lớn, còn lại đều là loại hồ chứa nhỏ. Tuy nhiên về trách nhiệm quản lý các hồ, đập này, Thứ trưởng Bộ Công thương Nguyễn Cẩm Tú cho biết: “Trong quản lý an toàn đập thủy điện, đến nay vẫn chưa phân định rõ thẩm quyền và trách nhiệm của Bộ Công thương, UBND các tỉnh, thành trong việc phê duyệt phương án phòng chống lụt bão”. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 24 CHƯƠNG 3. TỔNG KẾT Nguồn năng lượng hóa thạch của nước ta đang suy giảm dần do trữ lượng có hạn mà nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo đó là việc tiêu thụ năng lượng này đang gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trong khi đó, Việt Nam là một trong những nước có tiềm năng rất lớn về năng lượng tái tạo. Và việc phát triển năng lượng tái tạo sẽ góp phần giảm tiêu hao năng lượng hóa thạch, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính. Tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo Thủy điện nhỏ: Với thủy điện nhỏ, thời gian qua đã khai thác khoảng 50% tiềm năng, các nguồn còn lại ở các vùng sâu, vùng xa, khu vực không thuận lợi, giá khai thác cao. Theo các báo cáo đánh giá gần đây nhất thì hiện nay có trên 1.000 địa điểm đã được xác định có tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ, qui mô từ 100kW tới 30MW với tổng công suất đặt trên 7.000MW, các vị trí này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Năng lượng gió: được đánh giá là quốc gia có tiềm năng phát triển năng lượng gió nhưng hiện tại số liệu về năng lượng gió của Việt Nam chưa được hệ thống đầy đủ bởi còn thiếu điều tra và đo đạc. Số liệu đánh giá về tiềm năng năng lượng gió có sự dao động khá lớn. Theo các báo cáo thì tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tập trung nhiều nhất tại vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây Nguyên và các đảo. Năng lượng mặt trời: Về năng lượng mặt trời dùng để sản xuất điện hiện nay chủ yếu là nguồn điện pin mặt trời được lắp đặt ở khu vực nông thôn, miền núi, hải đảo. Các hệ thống pin mặt trời đã có mặt ở các tỉnh, thành trong cả nước. Năng lượng mặt trời được sử dụng chủ yếu cho các mục đích như: Đun nước nóng, Phát điện và các ứng dụng khác như sấy, nấu ăn... Với tổng số giờ nắng cao lên đến trên 2.500 giờ/năm, tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230-250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam là điều kiện tốt cho phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 25 Một số đề xuất đề xuất nhằm đẩy mạnh phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam Xây dựng chính sách khuyến khích phát triển và giá năng lượng tái tạo hợp lý. Xây dựng Quy hoạch năng lượng quốc gia. Xây dựng cụ thể và triển khai chương trình sản xuất điện từ năng lượng tái tạo. Tăng cường đầu tư nghiên cứu cơ bản về công nghệ năng lượng tái tạo. Tài liệu tham khảo 1. E1%BA%B7t_Tr%E1%BB%9Di 2. C3%B3 3. 4. 0200#.UnYBY_m_AmG 5.