TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
TỔNG QUAN
Năng lượng là đặc tính cơ bản của tự nhiên, được chuyển hóa giữa các thực thể vật lý trong hệ thống cân bằng Đơn giản hơn, năng lượng có thể hiểu là khả năng thực hiện công việc của các vật thể Đây là một trong những nhu cầu thiết yếu của con người để đảm bảo sự tồn tại và phát triển.
Năng lượng có thể được phân loại theo nhiều cách, nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ phân loại dựa trên phương thức dự trữ và nguồn gốc sinh ra năng lượng Theo đó, năng lượng được chia thành các loại khác nhau.
Nhiệt năng là dạng năng lượng dự trữ trong vật thể, thể hiện qua chuyển động của các phân tử cấu thành Được hiểu là tổng động năng của các phân tử, nhiệt năng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp Nguồn gốc của nhiệt năng bao gồm điện, than, dầu, khí đốt, mặt trời và nhiên liệu sinh khối Tuy nhiên, trừ năng lượng mặt trời, các nguồn nhiệt năng khác đều phát thải khí nhà kính, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường và ảnh hưởng đến cuộc sống con người.
1 Từ điển Merriam Webster online (2017), “Definition of Energy” Truy cập tại https://www.merriam-webster.com/dictionary/energy (16.03.2017)
2 Nguyễn Thanh Sơn (2013), “Bài giảng vật lý: Năng lượng” Truy cập tại http://baigiang.violet.vn/-present/show/entry_id/8841599 (16.03.2017)
Quang năng là dạng năng lượng được lưu trữ trong các photon, với cường độ phụ thuộc vào bước sóng và tần số của chúng Nó đóng vai trò thiết yếu cho sự sống, hỗ trợ sự tồn tại của thiên nhiên cũng như các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người Nguồn cung cấp quang năng chủ yếu đến từ ánh sáng mặt trời, bên cạnh đó còn được tạo ra từ điện và các quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, chế phẩm sinh học.
Cơ năng là dạng năng lượng kết hợp giữa động năng, được sinh ra do sự chuyển động của vật thể và thay đổi theo vận tốc, cùng với thế năng, là khả năng sinh công cơ học của vật thể và thay đổi theo vị trí Đây là loại năng lượng giúp con người giảm bớt lao lực cơ bắp Cơ năng có thể được biến đổi từ các nguồn như điện, sức gió, lực nước, than và dầu.
Nước là thành phần thiết yếu của tế bào sinh học, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa của động và thực vật Năng lượng nước đã được sử dụng từ lâu như một dạng chất trao đổi nhiệt và là nguồn nhiên liệu cơ học cho các thiết bị như cối xay nước, thủy điện và máy hơi nước.
Các dạng năng lượng tự chuyển hóa trong một chu trình kín, có thể thông qua năng lượng điện như một dạng trung gian, nhằm đảm bảo định luật bảo toàn năng lượng.
Hình 0.1 Sơ đồ chuyển hóa năng lượng đơn giản của các dạng năng lượng thiết yếu
Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên và đời sống con người, nhưng việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng hiện nay đang gặp nhiều vấn đề nghiêm trọng Khai thác triệt để năng lượng hóa thạch và thiếu hiệu quả trong sử dụng đã dẫn đến cạn kiệt nguồn tài nguyên này và gia tăng biến đổi khí hậu Do đó, các quốc gia, bao gồm Việt Nam, cần khẩn trương nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng thay thế và tái tạo Ngoài ra, sự phát triển kinh tế, đô thị hóa nhanh, bùng nổ dân số và thói quen tiêu dùng cũng ảnh hưởng lớn đến tiêu thụ năng lượng Tuy nhiên, bài viết này sẽ chỉ tập trung vào tổng quan tình hình khai thác, sử dụng và xu hướng năng lượng trong tương lai.
TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRÊN THẾ GIỚI
Lịch sử hình thành và ứng dụng:
Năng lượng hóa thạch (NLHT) là nguồn năng lượng nhiệt được tạo ra từ việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên Những nhiên liệu này có hàm lượng carbon và hydrocarbon cao, hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí của động và thực vật phù du, sau đó trải qua các biến đổi vật lý và hóa học do tác động của bùn, đất và các hợp chất hữu cơ khác trong điều kiện địa chất khác nhau trong hàng triệu năm Vì quá trình hình thành kéo dài này, các nguồn nhiên liệu hóa thạch được phân loại là tài nguyên không tái tạo.
Năng lượng hóa thạch đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của các quốc gia và là một trong những nguồn năng lượng được khai thác lâu nhất trong lịch sử Nguồn năng lượng này đã gắn liền với sự tiến bộ của nhân loại, theo nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Năng lượng IER 3 (Mỹ).
Than đá đã được khai thác và sử dụng từ 1.100 năm trước công nguyên ở châu Âu, chủ yếu trong các lò luyện kim và lò nấu rượu Đến thế kỷ XVI, than đá trở thành nguồn nhiên liệu quốc gia của châu Âu Tại Mỹ, từ nửa cuối thế kỷ XIX, than đá đã thay thế củi gỗ và nước này đã chuyển từ nhập siêu sang xuất siêu than đá, nhờ vào sự phát triển của ngành công nghiệp khai thác mỏ.
Dầu đã được khai thác và ứng dụng từ rất sớm trong lịch sử, với việc sử dụng làm chất kết dính trong các công trình cổ đại và để bịt các khe hở trên tàu thuyền từ 3.000 năm trước công nguyên Đến khoảng 1.000 trước công nguyên, Trung Quốc là quốc gia đầu tiên khai thác dầu thô để thắp sáng và sưởi ấm, đồng thời sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất muối ăn từ nước biển Tuy nhiên, khí thiên nhiên chỉ được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và Mỹ vào thế kỷ XIX như một nguồn nhiên liệu thắp sáng, cho đến khi Thomas Edison phát minh ra bóng đèn sợi đốt.
Edwin Drake là người đầu tiên thành công trong việc chiết xuất dầu mỏ từ giếng dầu ở Pennsylvania vào năm 1859, đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên xăng dầu Ban đầu, xăng chỉ được sử dụng để thắp sáng vào cuối thế kỷ XIX, nhưng nhanh chóng trở thành nhiên liệu cho động cơ đốt và phát điện trong những năm đầu của thế kỷ XX Ngày nay, xăng vẫn giữ vai trò quan trọng trong cuộc sống, được sử dụng rộng rãi trong giao thông, hàng không và nhiều lĩnh vực sản xuất khác.
Hiện nay, việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch đang bị hạn chế do tính chất không tái tạo và lượng khí nhà kính phát thải cao Nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước phát triển, đang thực hiện chính sách chuyển đổi sang nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và sóng biển nhằm bảo tồn nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi này vẫn còn nhiều thách thức, đòi hỏi sự phối hợp trong nghiên cứu khoa học và công nghệ, chia sẻ nguồn năng lượng giữa các quốc gia, cùng với sự hưởng ứng tích cực từ người dân.
Tình hình sản xuất và tiêu thụ trên thế giới:
Theo báo cáo thống kê của Tập đoàn BP 4 (Anh), công bố vào tháng
Từ năm 2016, tốc độ tăng trưởng tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu đạt +1% so với năm 2014, với mức trung bình 10 năm là +1.9% Trung Quốc dẫn đầu về tốc độ tăng trưởng tiêu thụ năng lượng, đạt +1.5% Tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu năm 2014 vào khoảng 13.100 triệu tấn dầu, trong đó năng lượng hóa thạch chiếm khoảng 86% Tuy nhiên, đến năm 2015, tỷ lệ năng lượng hóa thạch đã giảm đáng kể xuống còn khoảng 78.4%, nhờ vào sự phát triển nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo.
Hình 1.2 Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng toàn cầu năm 2014 5
Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu, dầu mỏ và năng lượng hạt nhân chỉ ghi nhận tốc độ tăng trưởng trung bình, trong khi năng lượng tái tạo lại có mức tăng trưởng vượt bậc đạt 3% so với năm 2014 Năm 2015, tiêu thụ than đá giảm mạnh do áp lực về khí thải và giá cả trên thị trường carbon Thông tin chi tiết về trữ lượng các nguồn nhiên liệu được thể hiện trong các bảng 1.1, 1.2, 1.3.
4 British Petroleum (BP) (2016), “BP Statistical Review of World Energy June 2016”
Bảng 0.1 Trữ lượng, sản lượng và tình hình tiêu thụ dầu mỏ toàn cầu năm 2015 5
Trữ lượng Sản lượng Tiêu thụ
Tỷ thùng Tỷ tấn Ngàn thùng/ngày
Trong giai đoạn 2015 và nửa đầu năm 2016, giá cả nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là dầu mỏ, đã giảm mạnh, với tỷ lệ trượt giá của dầu mỏ đạt mức cao nhất kể từ năm 1986 Sự biến động giá này phản ánh sự mất cân đối giữa sản lượng và mức tiêu thụ toàn cầu, khi sản lượng dầu mỏ toàn cầu tăng vượt xa nhu cầu tiêu thụ Mỹ tiếp tục giữ vị trí là quốc gia sản xuất dầu mỏ lớn nhất thế giới, với tốc độ tăng trưởng sản xuất hàng năm ấn tượng.
Tính đến năm 2014, dầu mỏ vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu trên thế giới, chiếm 32.9% tổng nhu cầu tiêu thụ năng lượng toàn cầu Trung Quốc và Ấn Độ dẫn đầu về tốc độ tăng trưởng tiêu thụ dầu mỏ, trong khi châu Âu và Nhật Bản ghi nhận sự giảm sút đáng kể trong tiêu thụ, với tỷ lệ giảm lần lượt là -0.9% và -1.2% Tổng quan về tiêu thụ dầu mỏ toàn cầu được thể hiện rõ trong bảng 1.1.
Tiêu thụ khí thiên nhiên toàn cầu đã ghi nhận mức tăng trưởng 1.7% so với năm 2014, với Trung Quốc và Iran dẫn đầu về tỷ lệ tăng trưởng tiêu thụ.
5 British Petroleum (BP) (2016), “BP Statistical Review of World Energy June 2016”
Tiêu thụ khí thiên nhiên toàn cầu giảm 5% tại Nga và 21.8% tại Ucraina, trong khi chiếm khoảng 23.8% tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp Sản lượng khí thiên nhiên toàn cầu tăng 2.2%, với Mỹ dẫn đầu về tăng trưởng sản lượng (+5.4%), trong khi các quốc gia châu Âu và Nga ghi nhận sự sụt giảm đáng kể.
Bảng 0.2 Trữ lượng, sản lượng và tình hình tiêu thụ khí thiên nhiên toàn cầu năm 2015 6
Trữ lượng Sản lượng Tiêu thụ
Tỷ tỷ ft 3 Tỷ m 3 Triệu tấn dầu, tđ
Tỷ m 3 Triệu tấn dầu, tđ
Trong năm 2015, tổng nhu cầu tiêu thụ than đá toàn cầu giảm 1.8%, với Mỹ và Trung Quốc ghi nhận tỷ lệ giảm cao nhất lần lượt là -12.7% và -1.5% Ngược lại, Indonesia và Ấn Độ có mức tăng trưởng tiêu thụ than đá lớn nhất thế giới, đạt +15% và +4.8% Sản lượng than đá toàn cầu cũng giảm mạnh 4%, trong đó Mỹ giảm 10.4%, Indonesia giảm 14.4% và Trung Quốc giảm 2% Tiêu thụ than đá hiện chiếm khoảng 29.2% tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp toàn cầu.
6 British Petroleum (BP) (2016), “BP Statistical Review of World Energy June 2016”
Bảng 0.3 Trữ lượng, sản lượng và tình hình tiêu thụ than đá toàn cầu năm 2015 7
STT Khu vực Trữ lượng Sản lượng Tiêu thụ
Triệu tấn Triệu tấn Triệu tấn
Xu hướng tiêu thụ năng lượng trong tương lai cho thấy rằng các nguồn năng lượng hóa thạch sẽ dần được thay thế bằng các nguồn năng lượng thay thế như thủy năng và hạt nhân, cùng với năng lượng tái tạo từ mặt trời, gió và địa nhiệt.
Xu hướng hiện nay cho thấy sự gia tăng tỷ lệ sản lượng từ các nguồn năng lượng thay thế và tái tạo trong tổng sản lượng toàn cầu, đồng thời tỷ lệ tăng trưởng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than và dầu đang giảm, đặc biệt tại các quốc gia phát triển Điều này phản ánh nỗ lực chung toàn cầu trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu.
TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TẠI VIỆT
1.1.3 Cấu trúc năng lượng của Việt Nam
Bảng 0.5 Cấu trúc cân bằng năng lượng của Việt Nam năm 2011 13
Nguồn nguyên - nhiên liệu Sản lượng ( * Mtoe) Tỷ lệ
Nhiên liệu sinh học và chất thải 14.71 17.37% Điện nhập khẩu 0.54 0.64%
13 Duy Luan Nguyen (2014), “Power Demand Forecasting in Smart Grid System – Case study of Vietnam” , Đại học Teesside, Vương Quốc Anh.
*Mtoe: Tỷ tấn dầu tương đương
Bảng 1.5 thể hiện cấu trúc cân bằng năng lượng của Việt Nam năm
Năm 2011, Việt Nam chủ yếu phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, với xăng dầu chiếm 23,57% và than đá chiếm 29,42% trong cơ cấu năng lượng quốc gia Khí thiên nhiên chiếm 8,8%, thủy điện 3,02%, và nhiên liệu sinh học 17,36%, trong khi năng lượng tái tạo chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ là 0,01%.
1.1.4 Tình hình tiêu thụ năng lượng tại Việt Nam
Bảng 1.6 mô tả tình hình tiêu thụ năng lượng của Việt Nam năm
Bảng 0.6 Sản lượng năng lượng sơ cấp của Việt Nam năm 2011
Nguồn nguyên - nhiên liệu Sản lượng ( * Ktoe) Tỷ lệ
Thủy điện 2.565 3.1% Đốt sinh khối và rác thải 14.713 18.0% Điện nhập khẩu 0.536 0.7%
*Ktoe: Triệu tấn dầu tương đương
Việt Nam đang tiêu thụ một lượng lớn nguyên - nhiên liệu hóa thạch, với xăng dầu chiếm tỷ trọng lớn nhất là 35.7%, tiếp theo là rác thải và vật liệu tái chế (26.9%) và than đá (20.3%) Đáng chú ý, Việt Nam hầu như không tiêu thụ dầu thô và khí thiên nhiên, mà chủ yếu xuất khẩu các nhiên liệu này sang các nước khác.
Bảng 0.7 Cơ cấu tiêu thụ năng lượng theo ngành - nghề của Việt Nam năm 2011
Nguồn nguyên - nhiên liệu Sản lượng ( * Mtoe) Tỷ lệ
Thương mại và dịch vụ 1.874 3.7%
Nông nghiệp và trồng rừng 0.660 1.3%
*Mtoe: Tỷ tấn dầu tương đương
Theo phân bố nguồn năng lượng tiêu thụ theo ngành nghề, công nghiệp dẫn đầu với tỷ lệ tiêu thụ năng lượng cao nhất đạt 35.4%, tiếp theo là giao thông với 21.5% và dân dụng chiếm 32% Trong khi đó, nông nghiệp và dịch vụ chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong tổng tiêu thụ năng lượng của cả nước.
Tình hình tiêu thụ năng lượng của Việt Nam được thể hiện rõ qua bảng 1.8, cho thấy nhu cầu năng lượng đã tăng trưởng mạnh mẽ trong giai đoạn từ 2006 đến 2011 Cụ thể, mức chênh lệch giữa các chỉ số năm 2011 so với năm 2006 đạt khoảng 140%, phản ánh sự gia tăng đáng kể trong tiêu thụ năng lượng của đất nước.
Bảng 0.8 Tình hình tiêu thụ năng lượng của Việt Nam từ 2006 đến 2011
Tổng sản lượng năng lượng 45,881 49,670 53,362 58,370 64,147 81,680 Tổng tiêu thụ sơ cấp 37,440 40,345 43,277 46,774 50,547 51,310
Tổng điện năng tiêu thụ 4,630 5,275 5,834 6,614 7,476 7,819 Đơn vị: Kilo tấn dầu tương đương
1.1.5 Tình hình phát điện tại Việt Nam
Theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) vào cuối năm 2016, tổng công suất điện phát ra trong năm 2015 đạt 38.553 MW Trong đó, EVN là cơ quan chủ quản chiếm tỷ trọng phát điện cao nhất với 61.2%, tiếp theo là các nhà đầu tư BOT và dự án điện tư nhân với 22.7%, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam chiếm 11.5%, và Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam chiếm 4.6%.
Hình 0.9 Tỷ lệ sở hữu nguồn phát điên năm 2015 14
Việt Nam hiện nay phát điện chủ yếu từ các nguồn năng lượng như thủy điện (38%), nhiệt điện than (33.5%), nhiệt điện khí (20.7%), nhiệt điện dầu (2.3%), thủy điện nhỏ (5.1%) và năng lượng tái tạo (0.4%) Điều này cho thấy nhiên liệu hóa thạch vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu phát điện, lên tới khoảng 56.5% Việc khai thác và sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sự phụ thuộc lớn vào nguồn nhiên liệu này.
Bảng 0.9 Tỷ lệ phát điện của Việt Nam theo nguồn nhiên liệu năm 2015
Nguồn nguyên - nhiên liệu Công suất (MW) Tỷ lệ
Diesel và thủy điện nhỏ 2.006 5.1%
14 Vietnam Electricity (EVN) (2016), “2016 Vietnam Electricity Annual Report” Truy cập trực tuyến tại địa chỉ www.evn.com.vn/userfile/files/2017/3/AnnualReport2016.pdf
1.1.6 Tình hình tiêu thụ điện năng tại Việt Nam
Theo Bảng 1.10, tổng sản lượng điện thương phẩm bán ra cho các hộ tiêu thụ đạt 143.682 triệu kWh, trong đó lĩnh vực công nghiệp và xây dựng tiêu thụ nhiều nhất với 77.189 triệu kWh, chiếm 53.7% Lĩnh vực dân dụng và công cộng đứng thứ hai với 50.377 triệu kWh, chiếm 35.1% Ngành nông - lâm - thủy sản có mức tiêu thụ điện năng thấp nhất, chỉ đạt 2.327 kWh, chiếm 1.6%.
Bảng 0.10 Sản lượng điện cung ứng cho các ngành kinh tế tại Việt Nam từ 2010 đến 2015 15
Tổng điện năng cung ứng
Công nghiệp và xây dựng 50.328 55.568 61.277 69.524 77.189
Thương mại, khách sạn, ngân hàng 4.334 4.988 5.374 6.131 7.548
Quản lý và dân dụng 34.212 38.421 41.483 45.468 50.377 Đối tượng khác 4.704 5.232 5.647 5.612 6.242
Chính phủ Việt Nam đã ban hành QCVN 09:2013/BXD nhằm thúc đẩy sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm trong các công trình xây dựng Mục tiêu của quy định này không chỉ là giảm tiêu thụ năng lượng, giảm áp lực cho ngành điện lực quốc gia, mà còn nhằm cắt giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao ý thức của người tiêu dùng về việc sử dụng năng lượng một cách bền vững.
1.1.7 Các nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam
Năng lượng tái tạo, so với các nguồn năng lượng truyền thống, cung cấp nguồn năng lượng vô tận và bền vững Đây là giải pháp quan trọng để khắc phục các nhược điểm liên quan đến trữ lượng năng lượng hạn chế của các nguồn truyền thống.
Theo báo cáo thường niên 2016 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), năng lượng tái tạo đã được ứng dụng tại Việt Nam từ lâu, nhưng chủ yếu ở mức độ đơn giản và tức thời Các công nghệ khai thác năng lượng tái tạo đang được phát triển và được trình bày chi tiết trong bảng 1.11.
Bảng 0.11 Các công nghệ khai thác năng lượng tái tạo 16
Công nghệ khai thác Dạng năng lượng thu được Điện Nhiệt Nhiên liệu
Gió Turbine phát điện gió nối lưới V
Turbine phát điện gió độc lập V
Tích hợp pin quang năng tòa nhà V
Hệ thống nhà mặt trời V
Hệ thống nước nóng NLMT V
Hệ thống sưởi và làm lạnh NLMT V
Nhiệt mặt trời tập trung V V
Sinh khối Đốt trực tiếp V V
Xử lý phân hủy kỵ khí
Nhiệt và hơi trực tiếp V V
16 Duy Luan Nguyen (2014), “Power Demand Forecasting in Smart Grid System – Case study of Vietnam”, Đại học Teesside, Vương Quốc Anh
Thủy điện ở Việt Nam có tiềm năng lớn với tổng công suất lý thuyết khoảng 300 tỷ kWh/năm Việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này đã được phát triển mạnh mẽ từ những năm 1960, góp phần quan trọng vào nguồn cung cấp điện năng cho cả nước.
Việt Nam có tiềm năng thủy điện lên tới 80 - 100 tỷ kWh/năm, nhưng hiện tại chỉ khai thác được khoảng 10% (10.037 tỷ kWh/năm theo số liệu của EVN vào cuối năm 2012) Thủy điện vẫn là nguồn cung cấp điện chủ yếu, với hơn 75 nhà máy lớn và 470 công trình vừa và nhỏ, tổng công suất phát đạt khoảng 45,5% tổng công suất hệ thống Tuy nhiên, tỷ lệ này dự kiến sẽ giảm xuống còn 36% vào năm 2015 và 25% vào năm 2020.
Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 với tầm nhìn đến 2030 (tổng sơ đồ 7), Việt Nam sẽ tiếp tục tập trung vào việc phát triển các nguồn năng lượng thủy điện, nhằm nâng tổng công suất của các nguồn thủy điện lên 21.300 MW.
Đến năm 2020, tổng công suất của các nhà máy thủy điện tích năng dự kiến đạt 2.400 MW, với mục tiêu nâng lên 5.700 MW vào năm 2030 Nghiên cứu cũng tập trung vào việc đưa các nhà máy này vào vận hành phù hợp với sự phát triển của hệ thống điện, nhằm nâng cao hiệu quả và tối ưu hóa hoạt động của toàn bộ hệ thống.
VN đang chú trọng vào việc khai thác các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, đồng thời tối ưu hóa vận hành các nhà máy trên cùng bậc thang thủy điện để nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên.
Việt Nam là quốc gia được thiên nhiên ưu đãi với tiềm năng rất to lớn về gió, công suất tiềm năng về lý thuyết có thể đạt đến 513.360
CÁC DẠNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1.8 Ứng dụng nhiệt năng từ năng lượng mặt trời Ứng dụng nhiệt từ NLMT là hình thức chuyển bức xạ nhiệt từ NLMT thành nhiệt năng nhờ các bộ thu nhiệt (heat collector); nhiệt năng tạo ra có thể được sử dụng cho đun nước, nấu nướng trực tiếp, đưa vào lò sấy, hệ thống sưởi/lạnh hoặc sản xuất hơi nước nhiệt độ cao trong công nghiệp
Năng lượng sóng biển và thủy triều là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành điện - điện tử Bài viết của Nguyễn Quốc Bảo (2011) tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM trình bày về tiềm năng và ứng dụng của năng lượng tái tạo này Tìm hiểu về năng lượng sóng và thủy triều không chỉ giúp phát triển công nghệ mới mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Bếp năng lượng mặt trời đã trở nên phổ biến tại Việt Nam từ những năm 2000, đặc biệt ở các vùng nông thôn như Quảng Nam và Quảng Ngãi Có hai dạng chính của bếp năng lượng mặt trời: bếp hình hộp và bếp parabol Cấu tạo chính của bếp bao gồm bộ phận thu nhiệt, có nhiệm vụ hấp thu và chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành nhiệt năng để nấu nướng.
Hình 0.11 Bếp năng lượng mặt trời
Cấu tạo của hai loại bếp NLMT được trình bày trong hình 1.13
Thiết bị chưng cất năng lượng mặt trời:
Thiết bị chưng cất năng lượng mặt trời bao gồm hai loại: nắp kính phẳng với chi phí và tuổi thọ cao, và nắp plastic với chi phí thấp nhưng hiệu quả kém hơn Tại Việt Nam, công nghệ này đã được nghiên cứu và ứng dụng để chưng cất nước ngọt từ nước biển, nhằm cung cấp nước sạch cho sinh hoạt ở những khu vực có nguồn nước ô nhiễm.
Hình 0.12 Cấu tạo bếp NLMT: (a) bếp hình hộp, (b) bếp parabol
Hình 0.13 Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời
Hình 0.14 Ứng dụng động cơ Stirling sử dụng NLMT để bơm nước
Bơm nước năng lượng mặt trời:
Trên toàn cầu, năng lượng mặt trời (NLMT) đã được ứng dụng hiệu quả trong việc vận hành các động cơ nhiệt, đặc biệt là động cơ Stirling, để phục vụ cho việc bơm nước sinh hoạt và tưới cây tại các nông trại Tuy nhiên, tại Việt Nam, công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và chế tạo trước khi được triển khai thực tế Bên cạnh đó, thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí sử dụng năng lượng mặt trời cũng đang thu hút sự quan tâm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí năng lượng mặt trời:
Công nghệ này được phát triển nhằm phục vụ các khu vực sa mạc, nhiệt đới và những vùng hẻo lánh không có lưới điện quốc gia, cũng như những nơi có giá nhiên liệu cao so với thu nhập bình quân của người dân.
Hai công nghệ đang được nghiên cứu để ứng dụng là phát điện từ pin quang năng cho điều hòa và máy lạnh hấp thụ Tuy nhiên, cả hai công nghệ này chưa được thương mại hóa rộng rãi do chi phí cao, diện tích lắp đặt lớn và hiệu suất thấp (dưới 45%) Vì giá thành pin quang năng vẫn cao, công nghệ điều hòa sử dụng điện từ hệ thống pin quang năng được coi là không khả thi so với công nghệ máy lạnh hấp thụ, vốn sử dụng nhiệt năng mặt trời Hình 1.16 minh họa mẫu tủ lạnh và máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời đang được lắp đặt và thử nghiệm tại châu Phi.
Hình 0.15 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí sử dụng NLMT
Tại Việt Nam, nghiên cứu về tối ưu hóa bộ thu năng lượng mặt trời kiểu hộp phẳng mỏng cố định với gương phản xạ đã được tiến hành, nhằm ứng dụng trong kỹ thuật lạnh Bộ thu này có khả năng hấp thụ nhiệt độ cao để cung cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ, tuy nhiên, nó yêu cầu diện tích lắp đặt lớn.
Thiết bị đun nước năng lượng mặt trời là công nghệ hiệu quả và phổ biến nhất toàn cầu Tại Việt Nam, công nghệ này đã được triển khai rộng rãi ở nhiều tỉnh, thành phố, góp phần vào chương trình mục tiêu quốc gia về tiết kiệm năng lượng.
1.1.9 Ứng dụng nhiệt điện mặt trời Ứng dụng nhiệt điện mặt trời thường lắp đặt cho các nhà máy điện mặt trời tập trung Phương pháp này sử dụng nhiệt năng thu được từ mặt trời qua hệ thống gương hội tụ và phản chiếu để gia nhiệt cho môi chất sinh hơi nhiệt độ cao, cung cấp cho turbine làm quay máy phát điện Có ba loại nhà máy nhiệt điện mặt trời thông dụng: (i) nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng máng parabol; (ii) nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng tháp thu nhiệt; và (iii) nhà máy nhiệt điện mặt trời kiểu động cơ
Nhà máy nhiệt điện sử dụng máng parabol là loại phổ biến nhất trong công nghệ nhiệt điện mặt trời, với thiết kế máng parabol để thu gom bức xạ mặt trời Các bộ thu này, được chế tạo dưới dạng nửa hình ống, có hơn 900.000 gương phản xạ được định hướng bắc-nam và có khả năng quay theo chuyển động của mặt trời từ đông sang tây Nhờ vào hình dạng đặc biệt, nhà máy có thể đạt nhiệt độ hoạt động lên đến 400°C, tập trung bức xạ mặt trời gấp 30 đến 100 lần so với cường độ bình thường Nhiệt độ cao này giúp làm nóng chất lỏng vận chuyển nhiệt, tạo ra hơi nước để quay turbine, từ đó sản xuất điện năng.
Hình 0.16 Các máng parabol của cụm nhà máy nhiệt điện mặt trời Solnova 1, 3 và 4 thuộc hãng Abengoa Solar ở Tây Ban Nha Được xây dựng hoàn tất vào năm 2010
Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện mặt trời sử dụng parabol rất đơn giản: các máng parabol, hay còn gọi là gương cong định nhật, thu nhận ánh sáng mặt trời và tập trung vào một ống thu năng lượng Một môi trường truyền nhiệt, chủ yếu là dầu, chảy qua ống này và được làm nóng bởi bức xạ mặt trời Nhiệt độ cao của môi trường này sau đó truyền sang nước, tạo ra hơi nước Hơi nước này sẽ làm quay turbine của máy phát điện, từ đó sản xuất điện năng.
Hình 0.17 Sơ đồ hoạt động của nhà máy nhiệt điện mặt trời
Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng tháp thu nhiệt:
Các hệ thống tháp điện mặt trời sử dụng hàng nghìn kính định nhật, là những gương lớn luôn hướng về phía mặt trời Chúng tập trung bức xạ mặt trời vào một bộ thu duy nhất trên đỉnh tháp Giống như máng parabol, chất lỏng truyền nhiệt hoặc nước/hơi nước trong bộ thu được làm nóng, sau đó biến đổi thành hơi nước để quay turbine máy phát điện.
Hình 0.18 Hệ thống tháp điện mặt trời
Hình 0.19 Sơ đồ hoạt động của nhà máy tháp điện mặt trời
Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng động cơ/đĩa mặt trời:
Hệ thống nhiệt điện mặt trời dạng động cơ/đĩa là một trong những công nghệ năng lượng tái tạo, với công suất phát từ 3 đến 25 kilowatt, nhỏ hơn so với máng parabol và tháp mặt trời Hệ thống này bao gồm hai bộ phận chính: bộ tập trung năng lượng mặt trời (đĩa) và đơn vị biến đổi năng lượng (động cơ/máy phát điện) Đĩa được thiết kế để luôn hướng về phía mặt trời, có khả năng tập trung năng lượng gấp khoảng 2.000 lần so với cường độ bình thường Máy thu nhiệt, chứa chất lỏng làm nguội như hydrogen hoặc helium, nằm giữa hệ thống đĩa và động cơ, hấp thu năng lượng mặt trời tập trung, chuyển hóa thành nhiệt và truyền nhiệt cho động cơ để sản xuất điện năng.
Hình 0.20 Một trạm phát điện đĩa mặt trời ở Hermannsburg
1.1.10 Ứng dụng quang điện mặt trời Ứng dụng quang điện mặt trời là kỹ thuật sử dụng công nghệ bán dẫn để chuyển hóa trực tiếp quang năng mặt trời thành điện năng Kỹ thuật này sử dụng các tế bào quang điện (photovoltaic cell – PV cell)để hấp thu và chuyển hóa quang năng mặt trời theo hiệu ứng quang điện Điện năng sinh ra dưới dạng dòng điện một chiều (DC) có thể được sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện một chiều, hoặc chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều thông qua các bộ nghịch lưu dòng (inverter), hoặc cũng có thể được tích trữ trong acquy để sử dụng về sau Đây là ứng dụng rất gọn nhẹ, linh hoạt trong lắp đặt, không phát thải khí nhà kính, khí độc hại và tiếng ồn; thích hợp cho các khu vực chưa có lưới điện quốc gia hoặc tận dụng để kết nối với lưới điện quốc gia Hệ thống pin NLMT có thể sử được sử dụng độc lập hoặc kết nối với lưới như hình 1.22
Bộ điều khiển sạc Tải DC
Hình 0.21 Hệ thống điện NLMT: (a) hệ thống độc lập, (b) hệ thống nối lưới
Hình 0.22 Ứng dụng quang điện mặt trời cho nhà ở dân dụng
1.1.11 Ứng dụng quang năng chiếu sáng từ năng lượng mặt trời
KẾT LUẬN
Trên thế giới, năng lượng hóa thạch chiếm 86% tổng tiêu thụ năng lượng, trong khi năng lượng tái tạo chỉ đạt khoảng 5%; tại Việt Nam, tỷ lệ này lần lượt là 80% và 20% Năng lượng tái tạo ở Việt Nam chủ yếu đến từ sinh khối, phản ánh nền kinh tế nông nghiệp của đất nước, nơi hơn 60% dân số sinh sống tại nông thôn Những số liệu này cho thấy, Việt Nam và toàn cầu vẫn phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng hóa thạch, dẫn đến những thách thức nghiêm trọng về biến đổi khí hậu và hiện tượng nóng lên toàn cầu.
Năng lượng tái tạo đang chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng về công suất lắp đặt toàn cầu, chủ yếu từ các nguồn gió, mặt trời và sinh khối Tại Việt Nam, mặc dù công suất lắp đặt hiện tại còn khiêm tốn, nhưng dự kiến sẽ bùng nổ trong những năm tới, với mục tiêu đạt 12GW vào năm 2030, tương đương 13.2% tổng công suất hệ thống điện quốc gia.
Năng lượng tái tạo tại Việt Nam có tiềm năng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời, gió và sinh khối Trong số đó, năng lượng mặt trời nổi bật với tiềm năng tự nhiên phong phú Giá hệ thống năng lượng mặt trời (PV) đang giảm nhanh chóng, cùng với chính sách mua điện qua Net Metering của EVN với mức giá 9.35 $cent/kWh, hứa hẹn sẽ thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng mặt trời trong tương lai gần tại Việt Nam.