Bài tập nhóm công nghệ môi trường đề tài phát triển công nghệ năng lượng tái tạo nguồn năng lượng bền vững cho môi trường

Công nghệ năng lượng tái tạo là tập hợp các kỹ thuật và thiết bị được sử dụng để khai thác và chuyển đổi các nguồn năng lượng tái tạo thành năng lượng điện, nhiệt hoặc các dạng năng lượn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ QUỐC DÂN

-

-BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Đề tài

PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO - NGUỒNNĂNG LƯỢNG BỀN VỮNG CHO MÔI TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện: Phạm Trung Thành 11203590

Nguyễn Hoàng Tuấn Linh 11205802

Lớp học phần: MTKT1150(223)_01-Công nghệ môi trường

Giảng viên: TS Nguyễn Hoài Nam

Hà Nội, tháng 04 năm 2024

II Các nguồn năng lượng tái tạo chính 5

1 Năng lượng mặt trời 5

2 Năng lượng gió 5

3 Năng lượng nước (thủy lợi) 6

4 Năng lượng sinh học (sinh khối) 7

III Công nghệ và đổi mới trong năng lượng tái tạo 8

1 Tiến bộ trong các công nghệ 8

2 Phát triển công nghệ mới - Xe chạy bằng Amoniac 9

IV Thách thức và cơ hội trong việc triển khai tại Việt Nam 14

1 Thách thức trong triển khai công nghệ năng lượng tái tạo 14

2 Cơ hội cho doanh nghiệp và đối tác 16

KẾT LUẬN 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

ĐẶT VẤN ĐỀ

Năng lượng là yếu tố quan trọng nuôi sống nền kinh tế, kinh tế càng phát triển, nhu cầu năng lượng càng cao Hiện nay, năng lượng chủ yếu được lấy từ các nguồn như than, dầu khí, Việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch này gây hại môi trường và chúng sẽ nhanh chóng cạn kiệt trong tương lai Do đó, ngoài việc sử dụng các năng lượng này tiết kiệm và hiệu quả, chúng cần được thay thế bằng năng lượng tái tạo.

Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng được tạo ra từ các nguồn tự nhiên, liên tục được bổ sung và gần như vô hạn Công nghệ năng lượng tái tạo là tập hợp các kỹ thuật và thiết bị được sử dụng để khai thác và chuyển đổi các nguồn năng lượng tái tạo thành năng lượng điện, nhiệt hoặc các dạng năng lượng hữu ích khác phục vụ cuộc sống.

Năng lượng tái tạo đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo năng lượng bền vững, bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu Phát triển năng lượng tái tạo là ưu tiên hàng đầu của các quốc gia hiện nay nhằm hướng tới mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 “net zero” vào năm 2050 để giữ mức tăng nhiệt độ toàn cầu không vượt quá mức 1,5 độ C như mục tiêu đặt ra theo thỏa thuận Paris.

Vì vậy, việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ năng lượng tái tạo là xu hướng tất yếu trong tương lai với các quốc gia trên thế giới.

NỘI DUNG

I.Mục tiêu và ý nghĩa của công nghệ năng lượng tái tạo1 Mục tiêu

Việc sử dụng các công nghệ năng lượng tái tạo ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống Công nghệ năng lượng tái tạo được sử dụng để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch vốn có trữ lượng hữu hạn, cũng như giúp đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng, đảm bảo năng lượng quốc gia bền vững Ngoài ra, năng lượng tái tạo không tạo ra khí thải nhà kính và các chất ô nhiễm khác như nhiên liệu hóa thạch, góp phần bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu.

Tuy còn nhiều khó khăn và thách thức, ngành công nghiệp năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng, tạo ra nhiều việc làm mới và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Đồng thời cung cấp năng lượng sạch, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân.

2 Ý nghĩa

Năng lượng tái tạo giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính và các chất ô nhiễm khác, góp phần cải thiện chất lượng môi trường, góp phần thực hiện cam kết “net zero” của Việt Nam Công nghệ khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo còn giúp đảm bảo nguồn năng lượng sạch và bền vững cho thế hệ tương lai.

Việt Nam là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo Theo nghiên cứu Dự án Năng lượng sạch, chi phí hợp lý và an ninh năng lượng cho các nước Đông Nam Á (CASE) nêu Tại Diễn đàn Công nghệ và Năng lượng Việt Nam 2023, Việt Nam có tiềm năng thúc đẩy thị trường nội địa hóa, tỷ lệ sẽ tăng từ 45% lên gần 80% đối với điện mặt trời, từ 37% lên 55% đối với điện gió, vào năm 2050 Giá trị nội địa hóa có thể đạt tới 80 tỷ USD, chiếm 50% tổng tiềm năng thị trường.

Việc sử dụng năng lượng tái tạo mang lại nhiều lợi ích cho môi trường, kinh tế và xã hội Cần phải nghiên cứu và đẩy mạnh phát triển và ứng dụng công nghệ năng lượng tái tạo để hướng đến một tương lai năng lượng bền vững.

II Các nguồn năng lượng tái tạo chính

Trong thế giới hiện đại ngày nay, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch, bền vững và hiệu quả là một nhiệm vụ quan trọng Các nguồn năng lượng tái tạo đang ngày càng trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống năng lượng toàn cầu Từ năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, đến sinh khối, mỗi nguồn năng lượng đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

1 Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời, hay còn gọi là năng lượng quang điện, là một loại năng lượng tái tạo được tạo ra từ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng Có thể được khai thác thông qua các tấm pin năng lượng mặt trời.

Lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời bao gồm thứ nhất là có nguồn tài nguyên dồi dào và được tái tạo liên tục, khả năng khai thác từ bất kỳ vị trí địa lý nào trên thế giới, hiệu quả cao và chi phí vận hành thấp Thứ hai, việc sử dụng hệ thống điện mặt trời gia đình có thể giúp tiết kiệm đáng kể hóa đơn tiền điện hàng tháng.

Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu cao và sự phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời, khiến cho việc sản xuất điện không thể diễn ra vào ban đêm hoặc trong những ngày không có ánh nắng mặt trời Hiệu suất của năng lượng mặt trời cũng không thường xuyên do cường độ của mặt trời thay đổi tùy theo vị trí và thời gian Ngoài ra, các nhà máy năng lượng mặt trời cần diện tích lớn để lắp đặt.

2 Năng lượng gió

Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo và sạch, được tạo ra từ sức gió thông qua các tuabin gió Các tuabin gió sử dụng sức gió để tạo ra điện năng Khi có gió thổi, các cánh quạt của tuabin gió sẽ quay, truyền động đến máy phát điện để tạo ra điện năng Các tuabin gió thường có quy mô lớn và có công suất từ 600KW đến 9MW Khi tốc độ gió tăng, sản lượng điện cũng tăng lên và đạt công suất tối đa cho tuabin.

Lợi ích của năng lượng gió bao gồm:

- Dễ khai thác và không gây ô nhiễm môi trường: Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo và dễ khai thác, nhất là ở đất nước có biển, thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa như Việt Nam Quan trọng hơn, đây là nguồn năng lượng sạch và không gây ô nhiễm môi trường như các nhiên liệu hóa thạch khác.

- Có lợi về diện tích khai thác: So với năng lượng mặt trời, việc khai thác năng lượng gió có lợi về diện tích khai thác vì sau khi lắp tuabin thì khu vực lắp đặt vẫn có thể tiến hành hoạt động nông nghiệp.

- Hiệu quả về mặt chi phí: Với công nghệ hiện đại, năng lượng gió rẻ hơn nhưng vẫn đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng Chi phí lắp đặt tuabin gió thấp hơn so với việc xây dựng một nhà máy điện than Bên cạnh đó, các nhà đầu tư cũng không cần đầu tư máy móc xử lý môi trường do đây là năng lượng sạch.

- Góp phần giảm sự phụ thuộc vào thủy điện: Việt Nam đang phụ thuộc khá nhiều vào thủy điện Vì thế, khai thác năng lượng gió không chỉ giúp giảm sự phụ thuộc vào thủy điện mà còn góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng điện.

Tuy nhiên năng lượng gió vẫn còn một số nhược điểm như:

- Gió là một nguồn năng lượng dao động (không liên tục) và không phù hợp để đáp ứng nhu cầu năng lượng tải cơ sở trừ khi sử dụng một số hình thức lưu trữ năng lượng (ví dụ: pin, bơm thủy lực).

- Việc sản xuất và lắp đặt tua-bin gió đòi hỏi các khoản đầu tư lớn - Tua bin gió có thể là mối đe dọa đối với hệ sinh thái.

3 Năng lượng nước (thủy lợi)

Năng lượng nước, thường được biết đến dưới dạng năng lượng thủy điện, là một nguồn năng lượng tái tạo được tạo ra bằng cách sử dụng lực nước để tạo ra điện Quá trình này thường được thực hiện bằng cách chuyển đổi năng lượng tiềm năng của nước từ các nguồn như suối, sông hoặc hồ thành năng lượng cơ khí và sau đó biến đổi thành năng lượng điện Công nghệ thủy điện thường sử dụng các con đập hoặc cống để tập hợp nước và tạo ra một lưu lượng nước lớn, sau đó đưa qua các tổ máy phát điện để tạo ra điện Các tổ máy phát điện trong nhà máy thủy điện hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nước để quay cảm biến và tạo ra năng lượng cơ khí, từ đó biến đổi thành điện qua các máy phát

Năng lượng thủy điện đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường Với chi phí vận hành và bảo trì thấp, nó là một lựa chọn kinh tế cho việc sản xuất điện Năng lượng thủy điện không chỉ cung cấp nguồn năng lượng sạch mà còn góp phần bảo tồn hệ sinh thái, không gây ra khí thải CO2, giúp giảm thiểu hiệu ứng nhà kính Sự linh hoạt trong việc điều chỉnh công suất giúp đáp ứng nhu cầu biến đổi của thị trường điện Ngoài ra, các con đập thủy điện còn có nhiều công dụng khác như dự trữ nước, tưới tiêu, và nuôi trồng thủy sản.

Tuy nhiên, việc xây dựng và vận hành các nhà máy thủy điện không phải không có nhược điểm Các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và xã hội của các khu vực xung quanh là một vấn đề đáng quan tâm Việc tạo ra con đập có thể làm biến đổi dòng chảy tự nhiên của sông, ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước và chiếm diện tích rừng cây, từ đó gây ra các vấn đề về môi trường và sinh thái.

4 Năng lượng sinh học (sinh khối)

Năng lượng sinh khối là một loại năng lượng sạch, năng lượng tái tạo, được sản xuất từ chất thải từ các nguồn tài nguyên hữu cơ hoặc từ chất thải của các chất cấu thành của các sinh vật sống, hoặc từ thực vật hoặc gián tiếp từ chất thải nông nghiệp, thương mại, chất thải hộ gia đình hoặc công nghiệp ví dụ như cây trồng, chất thải nông nghiệp, chất thải hữu cơ và các tài nguyên sinh học khác Quá trình sản xuất năng lượng sinh khối thường bao gồm việc chuyển đổi nguyên liệu hữu cơ thành nhiệt năng hoặc điện năng Mỗi loại sinh khối khác nhau lại có cách khai thác năng lượng khác nhau, có thể đốt, nhiệt phân khí, pin nhiên liệu,…

Lợi ích của năng lượng sinh khối gồm:

- Nguồn năng lượng tái tạo: Sinh khối là một nguồn tài nguyên phong phú, được tái tạo liên tục và gần như là vô hạn.

- Giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường: Năng lượng sinh học không gây ra khí thải các-bon.

- Tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ: Các chất thải hữu cơ có thể được tái

chế thành năng lượng.

- Tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp: Chất thải nông nghiệp có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng.

- Không cần thay đổi cấu trúc động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có: Nhiên liệu sinh học có thể được sử dụng trực tiếp trong các động cơ hiện tại.

Tuy nhiên, năng lượng sinh khối vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: - Hiệu suất: Một số nhiên liệu sinh học, như Ethanol, tương đối kém hiệu quả so với xăng.

- Không hoàn toàn sạch: Mặc dù năng lượng sinh học giảm thiểu khí thải carbon, nhưng quá trình sản xuất và chuyển đổi sinh khối có thể tạo ra một số loại khí thải khác (CO2, Nitơ oxit, các hợp chất dễ bay hơi, ).

- Yêu cầu về không gian: Việc tạo ra cùng một lượng năng lượng đòi hỏi nhiều nhiên liệu sinh học hơn so với nhiên liệu hóa thạch, vì vậy cần nhiều không gian hơn để lưu trữ, hạn chế các khu vực có thể đặt nhà máy.

- Chi phí: Ngoài các chi phí trả trước để đưa các nhà máy vào hoạt động còn có các chi phí bổ sung liên quan đến khai thác, vận chuyển và lưu trữ sinh khối trước khi phát điện.

III Công nghệ và đổi mới trong năng lượng tái tạo1 Tiến bộ trong các công nghệ

Loại năng lượngTiến bộChi tiết

Năng lượng mặt trời Pin mặt trời hiệu quả cao

- Phát triển pin mặt trời có hiệu suất chuyển đổi cao và chi phí sản xuất giảm.

- Sử dụng vật liệu mới như perovskite để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

Bảng quang điện

- Nhờ lớp phủ chống phản xạ tăng cường mà hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời tăng từ 90,2% lên 97,5% mà vẫn bảo đảm khả năng chống bám bụi.

Năng lượng gió Turbine gió hiệu quả

- Phát triển turbine gió với thiết kế cánh cải tiến để tối ưu hóa hiệu suất trong nhiều điều kiện gió khác nhau.

- Sử dụng điện năng của các nhà máy điện phát trong hệ thống điện vào những giờ thấp điểm phụ tải đêm để bơm nước từ hồ nước thấp lên hồ nước cao Vào thời điểm nhu cầu tiêu thụ điện năng lớn, nước sẽ được xả từ hồ chứa cao xuống hồ chứa thấp hơn thông qua các tuabin để phát điện lên

- Nghiên cứu và ứng dụng năng lượng sinh học từ nhiều nguồn như biomethane, ethanol, và biodiesel - Phát triển quy trình sản xuất hiệu quả và bền vững.

2 Phát triển công nghệ mới - Xe chạy bằng Amoniac

Hiện nay, công nghệ xe chạy bằng amoniac đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và chưa được áp dụng rộng rãi Tuy nhiên, một số quốc gia và tập đoàn đang tích cực nghiên cứu và thử nghiệm công nghệ này Ở Trung Quốc, GAC Group đã hợp tác với Toyota để phát triển động cơ đốt trong chạy bằng amoniac lỏng, sản xuất ra động cơ 2.0L có công suất 161 mã lực và chỉ thải ra 10% lượng

CO2 so với động cơ xăng cùng loại FAW Jiefang cũng đang nghiên cứu động cơ amoniac cho xe tải hạng nặng Ở Nhật Bản, Toyota và Yamaha đều đang tích cực nghiên cứu và phát triển động cơ amoniac cho các loại xe Ở Châu Âu, AVL List GmbH của Áo đang phát triển động cơ amoniac cho xe buýt, trong khi ZeroAvia của Anh đang tập trung vào nghiên cứu sử dụng amoniac làm nhiên liệu cho máy bay Ngoài ra, Hàn Quốc, Australia và Mỹ cũng đang tham gia vào việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xe chạy bằng amoniac.

Nguyên lý: Xe chạy bằng amoniac hoạt động dựa trên nguyên lý của động

cơ đốt trong (ICE), nhưng sử dụng amoniac làm nhiên liệu thay vì xăng hay dầu diesel ICE là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra với chất oxy hóa (thường là không khí) trong buồng đốt, vốn là một bộ phận quan trọng của chu trình của lưu chất làm việc Trong ICE, sự giãn nở của khí ở nhiệt độ cao và áp suất cao do quá trình đốt cháy tác dụng lực trực tiếp lên một số thành phần của động cơ như piston, cánh tuabin, cánh quạt hoặc vòi phun Lực này giúp vật thể di chuyển một quãng đường nhất định, biến năng lượng hóa học thành công năng hữu ích.

Công thức hóa học của amoniac là NH3, mỗi phân tử amoniac được cấu tạo bởi một nguyên từ Nitơ và ba nguyên tử hydro Do đó, amoniac được coi là chất có mật độ hydro dày đặc Đây cũng là lý do các nhà khoa học cho rằng khi đốt cháy amoniac động cơ sẽ chạy bằng hydro và xe chạy bằng amoniac gần như giống những chiếc xe sử dụng nhiên liệu hydro cũng như là những xe sử dụng xăng, cụ thể là amoniac lỏng được đốt cháy với oxy, tạo ra năng lượng sử dụng để lái xe Do vậy, khác với các xe chạy bằng nguyên liệu thông thường, xe chạy bằng amoniac sẽ không phát thải khí CO2 Ngoài ra, hầu hết các xe trên đường có thể chạy bằng hỗn hợp bao gồm 90% xăng và 10% amoniac lỏng, và có thể được chỉnh sửa để chạy trên hỗn hợp lên đến 80% amoniac Tuy nhiên, amoniac là một loại nhiên liệu ít hoạt động hơn, vì vậy nó không dễ dàng cháy tự nhiên Mặc dù vậy, với một lượng nhỏ chất tăng cường đốt cháy (xăng, dầu

diesel hoặc hydro tinh khiết) được pha trộn, amoniac sẽ cháy và phát ra đủ năng lượng để lái động cơ.

2.1 Ưu điểm và lợi ích

Xe chạy bằng amoniac mang đến một loạt các ưu điểm và lợi ích đáng kể Trước hết, việc không thải ra khí CO2 trong quá trình hoạt động của xe giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đối với biến đổi khí hậu và duy trì môi trường sạch xanh Đặc biệt, amoniac được coi là nguồn năng lượng tương đối rẻ và dễ sản xuất so với các loại nhiên liệu khác như hydro, điều này có thể giảm chi phí sản xuất và vận hành các xe sử dụng nó.

Sự linh hoạt của amoniac cũng cho phép tận dụng cơ sở hạ tầng năng lượng hiện có để lưu trữ và vận chuyển một cách hiệu quả Khả năng an toàn của amoniac, do khả năng ít dễ cháy hơn xăng, không chỉ giúp giảm rủi ro hỏa hoạn mà còn tăng cường an ninh cho người sử dụng và môi trường.

Ngoài ra, xe chạy bằng amoniac có thể đạt được hiệu suất tương đương hoặc thậm chí cao hơn so với xe chạy bằng xăng, mang lại sức mạnh và khả năng di chuyển mà không làm tăng đáng kể lượng nhiên liệu tiêu thụ Điều này không chỉ làm cho công nghệ này trở nên hấp dẫn trong lĩnh vực xe hơi mà còn mở ra nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành hàng hải, nông nghiệp và các lĩnh vực khác.

Tổng cộng, phát triển xe chạy bằng amoniac không chỉ mang lại lợi ích lớn cho môi trường mà còn có tác động tích cực đối với kinh tế và an toàn, thúc đẩy chuyển đổi toàn cầu từ năng lượng dựa trên hóa thạch sang năng lượng tái tạo và thân thiện với môi trường.

2.2 Thách thức

Đối mặt với triển khai xe chạy bằng amoniac, có một số thách thức quan trọng cần vượt qua để đảm bảo sự thành công của công nghệ này Trước hết, cần thiết phải xây dựng một mạng lưới trạm nạp amoniac rộng lớn và hiệu quả để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng Việc này đòi hỏi đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng và sự hợp tác chặt chẽ giữa các bên liên quan, bao gồm cả chính phủ, doanh nghiệp và cộng đồng.