LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng tái tạo hay năng lượng sinh thái là năng lượng những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, năng lượng thủy triều, mưa, sóng và địa nhiệt. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái tạo là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật. Các quy trình này được thúc đẩy đặc biệt là từ mặt trời. Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong bốn lĩnh vực : phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và các hệ thống độc lập nông thôn. Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý, ngược lại các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Việc đưa vào sử dụng năng lượng tái tạo nhanh và hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, và có lợi ích kinh tế. Trong khuôn khổ bài tập này em đi tìm hiểu và phân tích năng lượng tái tạo gồm năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều, thủy điện, năng lượng gió, sinh khối, nhiên liệu sinh học và các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ để áp dụng cho các phương tiện di động. Các nguồn năng lượng tái tạo này được con người đang nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí và tự động hóa. Và mong muốn thay thế hoàn toàn các năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Em xin chân thành cám ơn thầy Lê Khắc Thủy đã hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu đề tài này. Sinh viên thực hiện : Trần Ngọc Thành Lớp CĐT13A
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ KỸ THUẬT BIẾN ĐỔI Đề : Tìm hiểu lượng tái tạo cho phương tiện di động Sinh viên thực : Trần Ngọc Thành Ngành học : Cơ Điện Tử Lớp : CĐT13A Mã Số Sinh Viên : 14151175 Giáo Viên hướng dẫn : Lê Khắc Thủy Ngày hoàn thành : 11/11/2016 Hà Nội ,2016 LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng tái tạo hay lượng sinh thái lượng nguồn liên tục mà theo chuẩn mực người vô hạn lượng mặt trời, lượng thủy triều, mưa, sóng địa nhiệt Nguyên tắc việc sử dụng lượng tái tạo tách phần lượng từ quy trình diễn biến liên tục môi trường đưa vào sử dụng kỹ thuật Các quy trình thúc đẩy đặc biệt từ mặt trời Năng lượng tái tạo thay nguồn nhiên liệu truyền thống bốn lĩnh vực : phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, hệ thống độc lập nông thôn Các nguồn lượng tái tạo tồn khắp nơi nhiều vùng địa lý, ngược lại nguồn lượng khác tồn số quốc gia Việc đưa vào sử dụng lượng tái tạo nhanh hiệu có ý nghĩa quan trọng an ninh lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, có lợi ích kinh tế Trong khuôn khổ tập em tìm hiểu phân tích lượng tái tạo gồm lượng mặt trời, lượng địa nhiệt, lượng thủy triều, thủy điện, lượng gió, sinh khối, nhiên liệu sinh học nguồn lượng tái tạo nhỏ để áp dụng cho phương tiện di động Các nguồn lượng tái tạo người nghiên cứu sử dụng rộng rãi lĩnh vực khí tự động hóa Và mong muốn thay hồn tồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt Em xin chân thành cám ơn thầy Lê Khắc Thủy hướng dẫn em trình nghiên cứu tìm hiểu đề tài Sinh viên thực : Trần Ngọc Thành Lớp CĐT13A Năng lượng mặt trời, xạ ánh sáng nhiệt từ mặt trời, khai thác người từ thời cổ đại Bức xạ mặt trời, với tài nguyên thứ cấp lượng mặt trời sức gió sức sóng, sức nước sinh khối, làm thành hầu hết lượng tái tạo có sẵn Trái Đất Năng lượng mặt trời thu trái đất lượng dòng xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái đất Chúng ta tiếp tục nhận dòng lượng phản ứng hạt nhân mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng tỷ năm Điện mặt trời nghĩa phát điện dựa động nhiệt pin quang điện Sử dụng lượng mặt trời bị giới hạn khéo léo người Điện mặt trời việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, trực tiếp cách sử dụng quang điện (PV), dán tiếp cách sử dụng điện mặt trời tập trung (CSP) Hệ thống CSP sử dụng ống kính,gương hệ thống theo dõi để tập trung khu vực rộng lớn ánh sáng mặt trời chùm nhỏ PV chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện cách sử dụng hiệu ứng quan điện Các nhà máy CSP thương mại phát triển vào năm 1980 lắp đặt CSP SEGS 354MW nhà máy điện lớn giới nằm sa mạc Mojave California Các PS10 tập trung ánh sáng mặt trời từ cánh đồng heliostats tháp trung tâm Pin lượng mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel ) bao gồm nhiều tế bào mang điện (solar cells) – phần tử bán dẫn có chứa bề mặt số lượng lớn cảm biến ánh sáng điốt quang, thực biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện, chuyển đổi thực theo hiệu ứng quang điện Một tế bào quang điện Pin lượng mặt trời phổ biến dạng đa tinh thể Silicon Silic vật liệu bán dẫn Nghĩa thể rắn Silic, tầng lượng định, electron đạt số tầng khác khơng đạt Đơn giản hiểu có lúc dẫn điện có lúc khơng dẫn điện (theo học lượng tử) Khi photon chạm vào mảnh Silic, hai điều sau sảy : 1.Photon truyền trực tiếp xuyên qua mảnh silic Điều thường sảy lượng photon thấp lượng đủ để đưa hạt electron lên mức lượng cao 2.Năng lượng photon hấp thụ silic Điều thường sảy lượng photon lớn lượng để đưa electron lên mức lượng cao Khi photon hấp thụ, lượng truyền đến hạt electron mạng tinh thể Thông thường electron lớp ngồi thường kết dính với ngun tử lân cận khơng thể di chuyển xa Khi electron kích thích,trở thành dẫn điện, electron tự di chuyển bán dẫn Khi nguyên tử thiếu electron gọi lỗ trống Lỗ trống tạo điều kiện cho electron nguyên tử bên cạnh di chuyển vào lỗ trống, điều tạo lỗ trống cho nguyên tử lân cận có lỗ trống Cứ lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn Một photon cần có lượng lớn lượng đủ kích thích electron lớp ngồi để dẫn điện Tuy nhiên tần số mặt trời thường sấp xỉ 6000K, nên phần lớn lượng mặt trời hấp thụ silic Năng lượng địa nhiệt lượng tách từ nhiệt lịng Trái Đất Năng lượng có nguồn gốc từ hình thành ban đầu hành tinh, từ hoạt động phân hủy chất phóng xạ khoáng vật, từ lượng mặt trời hấp thụ bề mặt Trái Đất Năng lượng địa nhiệt sử dụng để nung tắm kể từ thời La Mã cổ đại, ngày dùng để phát điện, có khoảng 10GW cơng suất điện địa nhiệt lắp đặt giới đến năm 2007, cung cấp 0,3% nhu cầu điện toàn cầu Thêm vào 28GW suất nhệt địa nhiệt trực tiếp lắp đặt phục vụ cho sưởi ấm, spa, trình cơng nghiệp, lọc nước biển nơng nghiệp số khu vực Khai thác lượng địa nhiệt có hiệu kinh tế, có khả thực than thiện với môi trường, trước bị giới hạn mặt địa lý khu vực gần ranh giới kiến tạo mảng Các tiến khoa học kỹ thuật gần bước mở rộng phạm vi quy mô tài nguyên tiềm này, đặc biệt ứng dụng trực tiếp dùng để sưởi ấm hộ gia đình Các giếng địa nhiệt có khuynh hướng giải phóng khí thải nhà kính bị giữ sâu long đất, phát thải thấp nhiều so với phát thảy từ việc đốt nhiên liệu từ hóa thạch thơng thường cơng nghệ có khả giảm thiểu nóng lên tồn cầu triển khai rộng rãi Nhà máy điện địa nhiệt Nesjavellir Iceland Sản xuất điện : Hai mươi bốn quốc gia sản xuất tổng cộng 56.786 GWh (204PJ) điện từ lượng địa nhiệt năm 2005 chếm 0,3% lượng điện tiêu thụ toàn cậu Lượng điện tăng hang năm khoảng 3% với gia tăng số lượng nhà máy nang cao hệ số suất Do nhà máy lượng địa nhiệt không dựa nguồn lượng không lien tục, khơng giống với tuốc bin gió lượng mặt trời, nên hệ số suất lớn người ta chứng minh đạt đến 90% Năng suất đạt trung bình tồn cầy đạt 73% năm 2005 Năng suất toàn cầu đạt 10GW năm 2007 Các nhà máy điện địa nhiệt gần xây dựng rìa mảng kiến tạo, nơi mà có nguồn địa nhiệt nhiệt độ cao nằm gần mặt đất Sự phát triển nhà máy điện tuần hoàn kép tiến kỹ thuật khoan giếng kỹ thuật tách nhiệt mở hy vọng chúng nguồn phát điện tương lai Một dự án thử nghiệm hoàn thành gần Landau-Pfalz, Đức dự án khác giai đoạn xây dựng Soultz-sous-Foreets, Pháp Cooper Basin, Úc Sử dụng trực tiếp: Có khoảng 20 quốc gia sử dụng trực tiếp đia nhiệt để sưởi với tổng lượng 270 PJ (1PJ = 1015 J) năm 2004 Hơn phân nửa dùng để sưởi phịng 1/3 dùng cho hồ bơi nước nóng Lượng cịn lại dùng cơng nghiệp nơng nghiệp Sản lượng tồn cầu đạt 28GW, hệ số suất có xu hướng giảm (khoảng 20%) mà nhu cầu sưởi chủ yếu sử dụng vào mùa đông Số liệu bao gồn=m 88PJ dùng cho sưởi phòng tách từ máy bơm nhiệt địa nhiệt với tổng sản lượng 15GW Năng suất bơm nhiệt địa nhiệt toàn cầu tăng khoảng 10% năm Các ứng dụng trực tiếp nhiệt địa nhiệt cho sưởi phòng khác so với sản xuất điện có yêu cầu nhiệt độ thấp Nó từ nguồn nhiệt thải cung cấp co-generation từ máy phát điện địa nhiệt từ giếng nhỏ thiết bị biến nhiệt lắp đặt long đất độ sâu nơng Ở nơi có suối nước nóng tự nhiên, nước dẫn trực tiếp tới lị sưởi Nếu nguồn nhiệt gần mặt đất nóng khơ ống chuyển đổi nhiệt nơng sử dụng mà không cần dùng bơm nhiệt Nhưng chí khu vực bên mặt đất lạnh để cung cấp cách trực tiếp, ấm khơng khí mùa đơng Sự thay đổi nhiệt độ mặt đất theo mùa nhỏ không bị ảnh hưởng bên độ sâu 10m Nhiệt độ tách chiết bơm nhiệt địa nhiệt hiệu qura nhiệt tạo lị sưởi thơng thường Các bơm nhiệt địa nhiệt sử dụng nhu cầu thiết yếu nơi Có nhiều ứng dụng rộng rãi khác nhiệt địa nhiệt.Các ống nước nóng nhà máy địa nhiệt bên đường vỉa hè thành phố Peykjavík Akureyri dùng để làm tan chảy tuyết Các ứng dụng sưởi phòng sử dụng mạng lưới đường ống nước nóng để cung cấp nhiệt cho tịa nhà tồn khu vực Lọc nước biển địa nhiệt thử nghiệm Tác động mơi trường: Các dịng nước nóng bơm từ sâu lịng đất chứa vài khí với điơxít cacbon hydro sunfua Khi chất nhiễm ngồi mơi trường, ‘‘ góp phần’’ vào ấm lên toàn cầ mưa axit mùi độc hại thực vật xung quanh Các nhà máy điện phát điện địa nhiệt hữu phát thải trung bình 90-150kg CO2 1MWh điện, phần nhỏ so với nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Một số nhà máy yêu cầu phải có hệ thống kiểm sốt lượng phát thải nhằm giảm lượng axit chất bay Bên cạnh khí hịa tan, nước nóng từ nguồng địa nhiệt chứa nguyên tố vết nguy hiểm thủy ngân, arsen antimony thải vào song có chức cung cấp nước uống Các nhà máy địa nhiệt mặt lý thuyết cod thể bơm chất với khí trở lại long đất dạng cô lập cacbon Việc xây dựng nhà máy phát điện ảnh hưởng ngược lại đến ổn định đất khu vực xung quanh Đây mối quan tâm lớn với hệ thống địa nhiệt nâng cao, nước bơm vào đá nóng khơ khơng chứa nước trước Địa nhiệt chiếm diện tích đất tối thiểu, nhà máy địa nhiệt hiệm hữu sử dụng 1-8 hecta/1MW so với nhà máy điện hạt nhân 5-10hecta/MW 19hecta/1MW đói với nhà máy điện chạy than Các nhà máy điện địa nhiệt sả khí thải môi trường Kinh tế: Năng lượng địa nhiệt không cần nhiên liệu không phụ thuộc giá nhiên liệu chi phí đầu tư ban đầu cao Chi phí cho nhà máy điện địa nhiệt phải kể đến chi phí chi phí khoan giếng thăm giị nguồn sâu chúng chứa đựng nhiều rủi ro mặt tài cao Hiện tại, chi phí xây dựng nhà máy điện địa nhiệt giếng chiếm khoảng 2-5 triệu Euro/1MW công suất thiết kế, chi phí vận hành chiếm khoảng 0,04-0,1 Euro /1kWh Năng lượng địa nhiệt có cấp độ khác : nhà máy điện địa nhiệt lớn cung cấp lượng cho toàn thành phố nhà máy nhỏ cung cấp cho khu vực nông thôn số hộ gia đình Tập đồn Chevron nhà máy sản xuất lượng địa nhiệt lớn giới, cơng ty Reykjavik Energy Invest xây dựng nhà máy điện địa nhiệt khắp giới Tài nguyên: Lượng nhiệt trái đất khoảng 1031 Jun Lượng nhiệt trồi lên mặt đất cách tự nhiên truyền nhệt với tốc độ 45 TW, hay gấp lần lượng nhiệt người tiêu thụ từ tất nguồn lượng nguyên thủy Tuy nhiên, phần lớn dòng nhiệt bị khuếch tán điều kiện địa lý (trung bình 0,1 W/m2) nên khó thu hồi Vỏ trái đất ứng xử cách hiệu lớp cách ly dày mà ống dẫn dung dịch (magma, nước dạng khác) xuyên qua để giải phóng nhiệt lịng đất Lịch sử: Suối nước nóng sử dụng cho mục đích tắm từ thời kỳ đồ đá Hồ tắm khoáng cổ hồ đá núi Lisan xây dựng vào thời nhà Tần kỷ thứ TCN, nơi với cung điện Huaqing Chi xây dựng sau Vào kỷ CN, người La Mã xâm chiếm AquaeSilis sử dụng suối nước nóng để làm nơi tắm công cộng sưởi ấm sàn nhà Chi phí đầu tư có cơng trình xem sử dụng lượng địa nhiệt vào mục đích thương mại Các hệ thống sưởi địa nhiệt cổ giới ChaudesAigues Pháp vận hành từ kỷ 14 Việc khai thác địa nhiệt mục đích cơng nghiệp sớm năm 1827, người ta sử dụng nước giếng tự phun để chiết tách axit boric từ bùn núi lửa Larderello, Ý Khai thác địa nhiệt giới: Điện địa nhiệt sản xuất 24 quốc gia giới bao gồm Hoa Kỳ, Iceland, Ý, Đức, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Hà Lan, Litva, New Zealand, Mexico, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Nga, Philippines, Indonesia, Trung Quốc, nhật Bản Saint Kitts and Nevis Trong năm 2005 hợp đồng ký kết để nâng công suất pgast điện thêm 0,5 GW Hoa Kỳ, có nhà má giai đoạn xây dựng 11 quốc gia Một số vị trí tiềm khai thác đánh giá Nam Úc độ sâu vài km Nếu tính việc sử dụng trực tiếp, lượng địa nhiệt sử dụng 70 quố gia vùng lãnh thổ Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều lượng điện thu từ lượng chứa khối nước chuyển động thủy triều Hiện số nơi giới triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng lượng thủy triều Trường hấp dẫn không bề mặt trái đất gây mặt trăng, cộng với trường lực quán tính ly tâm khơng tạo nên bề mặt hình elipsoit thủy trái đất (và mước độ yếu hơn, khí trái đất thạch trái đất) Hình elipsoit cố định so với đường nối mặt trăng trái đất, trái đất tự quay quanh nó, dẫn đến mức nước biển điểm bề mặt trái đất dâng lên hạ xuống ngày, tạo tượng thủy triều Sự nâng lên hạ xuống nước biển làm chuyển động máy phát điện nhà máy điện thủy triều Về lâu dài tượng thủy triều giảm dần mức độ, tiêu thụ dần động tự quay trái đất, trái đất hướng phía mặt trăng Thời gian kéo dài tượng thủy triều nhỏ so với tuổi thọ mặt trời Nguyên lý vận hành: Để thu từ sóng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước Sóng chảy vào bờ biển đẩy mực nước lên phòng rộng xây dựng bên dải đất ven bờ biển, phần bị chìm mặt nước biển Khi nướ dâng, khơng khí bên phòng bị đẩy theo lỗ trống tua bin Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bên phịng hút khơng khí qua tua bin theo hướng ngược lại Tua bin xoay tròn làm quay máy phát điện để sản xuất điện Điểm mấu chốt hệ thống việc sử dụng thiết bị gọi tua bin, có cánh quay theo hướng, bất chấp hướng chuyển động luồng khí Máy Limpet xem tảng tốt để thúc đẩy phát triển công nghệ khai thác lượng từ sóng Hệ thống Limpet : Hệ thống Limpet ví dụ điển hình khai thác dạng lượng Hệ thống hoạt động theo nguyên lý sau: Lúc thủy triều thấp: chu trình nạp Thỷ triều lên cao: chu trình nén Thủy triều xuống thấp: chu trình xả,kết thúc nạp cho chu trình Sự thay đổi chiều cao cột nước làm quay tua bin tạo điện năng, máy Limpet đạt từ 250KW đến 500KW Trong nhiều thập kỷ, nhà khoa học cố cơng biến lượng sóng thành lượng có ích Nhưng sóng q phân tán, nên khó khai thác cách kinh tế có cơng ty lắp đặt hệ thống thương mại giới sản xuất điện trực tiếp từ sóng biển Chẳng hạn máy Limpet phát 500KW, đủ cung cấp cho 400 gia đình Thủy điện: nguồn điện có từ lượng nước Đa số lượng thủy điện có từ nước tích đập nước làm quay tuốc bin nước máy phát điện Kiểu biết đến sử dụng lượng động lực nước hay nguồn nước khơng bị tích đập nước lượng thủy triều Thủy điện lượng tái tạo Năng lượng lấy từ nước phụ thuộc khơng vào thể tích mà vào khác biệt độ cao nguồn dòng chảy Sự khác biệt độ cao gọi áp suất Lượng lượng tiềm tàng nước tỷ lệ với áp suất Để có áp suất cao nhất, nước cung cấp cho turbine nước cho chảy qua ống lớn gọi ống dẫn nước có áp (penstock) Ngồi nhiều mục đích phục vụ cho mạng lưới điện cơng cộng, số dự án thủy điện xây dựng cho mục đích thương mại tư nhân Ví dụ, việc sản xuất nhơm địi hỏi tiêu hao lượng điện lớn, thơng thường bên cạnh nhà máy nhơm ln có cơng trình thủy điện phục vụ riêng cho chúng Tại Cao nguyên Scotland có mơ hình tương tự Kinlochleven Lochaber, xây dựng năm đầu kỷ 20 Tại Suriname, đập hồ van Blommestein nhà máy phát điện xây dựng để cung cấp điện cho ngành công nghiệp nhôm Alcoa 10 Ở nhiều vùng Canada (các tỉnh bang British Columbia, Manitoba, Ontario, Québec Newfoundland Labrador) thủy điện sử dụng rộng rãi tới mức từ "hydro" dùng để nguồn điện phát từ nhà máy điện Những nhà máy phát điện thuộc sở hữu nhà nước tỉnh gọi BC Hydro, Manitoba Hydro, Hydro One (tên thức "Ontario Hydro"), Hydro-Québec Newfoundland Labrador Hydro Hydro-Québec công ty sản xuất thủy điện lớn giới, với tổng công suất lắp đặt năm 2005 đạt 31.512 MW Tầm quan trọng: Thủy điện, sử dụng động lực hay lượng dòng chảy sông chiếm 20% lượng điện giới Na Uy sản xuất toàn lượng điện sức nước, Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu họ (2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia sức nước (hơn 70% nhu cầu họ) Canada nước sản xuất điện từ lượng nước lớn giới lượng điện chiếm 70% tổng lượng sản xuất họ Ngồi số nước có nhiều tiềm thủy điện, lực nước thường dùng để đáp ứng cho cao điểm tích trữ vào thấp điểm (trên thực tế hồ chứa thủy điện bơm – pumped-storage hydroelectric reservoir - dùng để tích trữ điện sản xuất nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào cao điểm) Thủy điện lựa chọn chủ chốt nước phát triển đa số địa điểm nước có tiềm khai thác thủy điện theo cách bị khai thác hay khơng thể khai thác lý khác mơi trường Ưu điểm: Lợi ích lớn thủy điện hạn chế giá thành nhiên liệu Các nhà máy thủy điện chịu cảnh tăng giá nhiên liệu hóa thạch dầu mỏ, khí thiên nhiên hay than đá, không cần phải nhập nhiên liệu Các nhà máy thủy điện có tuổi thọ lớn nhà máy nhiệt điện, số nhà máy thủy điện hoạt động xây dựng từ 50 đến 100 năm trước Chi phí nhân cơng thấp nhà máy tự động hố cao có người làm việc chỗ vận hành thông thường Các nhà máy thủy điện hồ chứa bơm cơng cụ đáng ý để tích trữ lượng tính hữu dụng, cho phép phát điện mức thấp vào thấp điểm (điều xảy nhà máy nhiệt điện khơng thể dừng lại hồn tồn hàng ngày) để tích nước sau cho chảy để phát điện vào cao điểm hàng ngày Việc vận hành cách nhà máy thủy điện hồ chứa bơm cải thiện hệ số tải điện hệ thống phát điện 11 Những hồ chứa xây dựng với nhà máy thủy điện thường địa điểm thư giãn tuyệt vời cho môn thể thao nước, trở thành điểm thu hút khách du lịch Các đập đa chức xây dựng để tưới tiêu, kiểm sốt lũ, hay giải trí, xây thêm nhà máy thủy điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích việc điều hành đập Nhược điểm: Trên thực tế, việc sử dụng nước tích trữ phức tạp u cầu tưới tiêu xảy khơng trùng với thời điểm yêu cầu điện lên mức cao Những thời điểm hạn hán gây vấn đề rắc rối, mức bổ sung nước tăng kịp với mức yêu cầu sử dụng Nếu yêu cầu mức nước bổ sung tối thiểu khơng đủ, gây giảm hiệu suất việc lắp đặt turbine nhỏ cho dòng chảy khơng kinh tế Những nhà mơi trường bày tỏ lo ngại dự án nhà máy thủy điện lớn phá vỡ cân hệ sinh thái xung quanh Trên thực tế, nghiên cứu cho thấy đập nước dọc theo bờ biển Đại Tây Dương Thái Bình Dương Bắc Mỹ làm giảm lượng cá hồi chúng ngăn cản đường bơi ngược dòng cá hồi để đẻ trứng, chí đa số đập lắp đặtthang lên cho cá Cá hồi non bị ngăn cản chúng bơi biển chúng phải chui qua turbine Điều dẫn tới việc số vùng phải chuyển cá hồi xi dịng số khoảng thời gian năm Các thiết kế turbine nhà máy thủy điện có lợi cho cân sinh thái nghiên cứu Sự phát điện nhà máy điện ảnh hưởng đến mơi trường dịng sơng bên Thứ nhất, nước sau khỏi turbine thường chứa cặn lơ lửng, gây tình trạng xối lịng sơng làm sạt lở bờ sơng Thứ hai, turbine thường mở khơng liên tục, quan sát thấy thay đổi nhanh chóng bất thường dòng chảy Tại Grand Canyon, biến đổi dòng chảy theo chu kỳ bị cho nguyên nhân gây nên tình trạng xói mịn cồn cát ngầm Lượng oxy hồ tan nước thay đổi so với trước Cuối cùng, nước chảy từ turbine lạnh nước trước chảy vào đập, điều làm thay đổi số lượng cân hệ động vật, gồm việc gây hại tới số loài Các hồ chứa nhà máy thủy điện vùng nhiệt đới sản sinh lượng lớn khí methane vàcarbon dioxide Điều xác thực vật bị lũ quét vùng tái bị lũ bị tràn ngập nước, mục nát mơi trường kỵ khí tạo thành methane, khí gâyhiệu ứng nhà kính mạnh Methane bay vào khí khí nước xả từ đập để làm quay turbine Theo báo cáo Uỷ ban Đập nước Thế giới (WCD), nơi đập nước lớn so với cơng suất phát điện (ít 100 watt km2 diện tích bề mặt) khơng có việc phá rừng 12 vùng tiến hành trước thi cơng đập nước, khí gas gây hiệu ứng nhà kính phát từ đập cao nhà máy nhiệt điện thông thường Ở hồ chứa phương bắc Canada Bắc Âu, phát sinh khí nhà kính tiêu biểu đến 8% so với nhà máy nhiệt điện Một hại đập thủy điện việc tái định cư dân chúng sống vùng hồ chứa Trong nhiều trường hợp không khoản bồi thường bù đắp gắn bó họ tổ tiên văn hố gắn liền với địa điểm chúng có giá trị tinh thần họ Hơn nữa, mặt lịch sử văn hố địa điểm quan trọng bị biến mất, dự án Đập Tam Hiệp Trung Quốc, đập Clyde New Zealand đập Ilisu đông nam Thổ Nhĩ Kỳ Một số dự án thủy điện sử dụng kênh, thường để đổi hướng dịng sơng tới độ dốc nhỏ nhằm tăng áp suất có Trong số trường hợp, tồn dịng sơng bị đổi hướng để trơ lại lịng sơng cạn Những ví dụ thấy Sơng Tekapo Sơng Pukaki Những người tới giải trí hồ chứa nước hay vùng xả nước nhà máy thủy điện có nguy gặp nguy hiểm thay đổi mực nước, cần thận trọng với hoạt động nhận nước điều khiển đập tràn nhà máy Việc xây đập vị trí địa lý khơng hợp lý gây thảm hoạ vụ Đập Vajont Ý, gây chết 2001 người năm 1963 Năng lượng gió: động khơng khí di chuyển bầu khí Trái Đất Năng lượng gió hình thức gián tiếp lượng mặt trời Năng lượng gió người khai thác từ tuốc bin gió Tuốc bin gió Tây Ban Nha Trong số 20 thị trường lớn giới, riêng châu Âu có 13 nước với Đức nước dẫn đầu công suất nhà máy dùng lượng gió với khoảng cách xa so với nước lại Tại Đức, Đan Mạch Tây Ban Nha việc 13 phát triển lượng gió liên tục nhiều năm qua nâng đỡ tâm trị Nhờ vào mà ngành công nghiệp phát triển quốc gia Năm 2007 giới xây khoảng 20073 MW điện, Mỹ với 5244 MW, Tây Ban Nha 3522MW, Trung Quốc 3449 MW, 1730 MW Ấn Độ 1667 Đức, nâng công suất định mức nhà máy sản xuất điện từ gió lên 94.112 MW Sự hình thành lượng gió: Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất khơng đồng làm cho bầu khí quyển, nước khơng khí nóng khơng Một nửa bề mặt Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận xạ Mặt Trời thêm vào xạ Mặt Trời vùng gần xích đạo nhiều cực, có khác nhiệt độ khác áp suất mà khơng khí xích đạo cực khơng khí mặt ban ngày mặt ban đêm Trái Đất di động tạo thành gió Trái Đất xoay trịn góp phần vào việc làm xốy khơng khí trục quay Trái Đất nghiêng (so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất tạo thành quay quanh Mặt Trời) nên tạo thành dịng khơng khí theo mùa Bản đồ vận tốc gió theo mùa Do bị ảnh hưởng hiệu ứng Coriolis tạo thành từ quay quanh trục Trái Đất nên khơng khí từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành gió xốy có chiều xốy khác Bắc bán cầu Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ Bắc bán cầu khơng khí di chuyển vào vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ khỏi vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ Trên Nam bán cầu chiều hướng ngược lại 14 Ngồi yếu tố có tính tồn cầu gió bị ảnh hưởng địa hình địa phương Do nước đất có nhiệt dung khác nên ban ngày đất nóng lên nhanh nước, tạo nên khác biệt áp suất có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội nhanh nước hiệu ứng xảy theo chiều ngược lại Sử dụng lượng gió: Năng lượng gió sử dụng từ trăm năm Con người dùng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngồi lượng gió cịn sử dụng để tạo công học nhờ vào cối xay gió Ý tưởng dùng lượng gió để sản xuất điện hình thành sau phát minh điện máy phát điện Lúc đầu nguyên tắc cối xay gió biến đổi nhỏ thay chuyển đổi động gió thành lượng học dùng máy phát điện để sản xuất lượng điện Khi môn học dịng chảy tiếp tục phát triển thiết bị xây dựng hình dáng cánh quạt chế tạo đặc biệt Ngày người ta gọi tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió khơng cịn phù hợp chúng khơng cịn có thiết bị nghiền Từ sau khủng hoảng dầu thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất lượng từ nguồn khác đẩy mạnh toàn giới, kể việc phát triển tuốc bin gió đại Sản xuất điện từ gió: Vì gió khơng thổi đặn nên lượng điện phát sinh từ tuốc bin gió sử dụng kết hợp chung với nguồn lượng khác để cung cấp lượng liên tục Tại châu Âu, tuốc bin gió nối mạng tồn châu Âu, nhờ vào mà việc sản xuất điện điều hòa phần Một khả khác sử dụng nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào bồn chứa cao dùng nước để vận hành tuốc bin khơng đủ gió Xây dựng nhà máy điện có bơm trữ tác động lớn vào thiên nhiên phải xây chúng đỉnh núi cao Mặt khác có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh vào đêm mà thích ứng cách tự nhiên với nhu cầu lượng nhiều vào ban ngày Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ xác dự báo gió, khả điều chỉnh mạng lưới nhu cầu dùng điện (Đọc thêm thông tin tuốc bin gió) Người ta cịn có cơng nghệ khác để tích trữ lượng gió Cánh quạt gió truyền động trực tiếp để quay máy nén khí Động gió tích lũy 15 vào hệ thống nhiều bình khí nén Hệ thống hàng loạt bình khí nén ln phiên phun vào turbine để quay máy phát điện Như lượng gió lưu trữ sử dụng ổn định (dù gió mạnh hay gió yếu khí ln nén vào bình, người ta dễ dàng điểu khiển cường độ lưu lượng khí nén từ bình phun ra), hệ thống bình khí nén nạp khí xả khí luân phiên để đảm bảo liên tục cung cấp lượng quay máy phát điện (khi bình xả khí quay máy phát điện bình khác cánh quạt gió nạp khí nén vào) Nếu cộng tất chi phí bên ngồi (kể tác hại đến mơi trường ví dụ thải chất độc hại) lượng gió bên cạnh sức nước nguồn lượng rẻ tiền Sinh khối : Sinh khối dạng vật liệu sinh học từ sống, hay gần sinh vật sống, đa số trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật.[17] Được xem nguồn lượng tái tạo, lượng sinh khối dùng trực tiếp, gián tiếp lần hay chuyển thành dạng lượng khác nhiên liệu sinh học Sinh khối chuyển thành lượngtheo ba cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, chuyển đổi sinh hóa Về mặt lịch sử, người khai thác sản phẩm có nguồn gốc từ lượng sinh khối họ bắt đầu dùng củi cỏ khơ để nhóm lửa sưởi ấm.[2] Ngày nay, thuật ngữ hiểu theo hai nghĩa Nghĩa thứ nhất, sinh khối vật liệu trồng dùng để tạo điện (dùng turbin nén khí), tạo nhiệt (thơng qua việc đốt trực tiếp) Gỗ nguồn sinh khối điển hình Nhiên liệu sinh học: Nhiên liệu sinh học loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ), 16 Trước kia, nhiên liệu sinh học hồn tồn khơng trọng Hầu loại nhiên liệu thay phụ, tận dụng quy mô nhỏ Tuy nhiên, sau xuất tình trạng khủng hoảng nhiên liệu quy mơ tồn cầu ý thức bảo vệ mơi trường lên cao, nhiên liệu sinh học bắt đầu ý phát triển quy mô lớn Phân loại chính: Nhiên liệu sinh học phân loại thành nhóm sau: • Diesel sinh học (Biodiesel) loại nhiên liệu lỏng có tính tương tự sử dụng thay cho loại dầu diesel truyền thống Biodiesel điều chế cách dẫn xuất từ số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường thực thơng qua q trình transester hóa cách cho phản ứng với loại rượu phổ biến methanol • Xăng sinh học (Biogasoline) loại nhiên liệu lỏng, có sử dụng ethanol loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol chế biến thơng qua trình lên men sản phẩm hữu tinh bột, xen-lu-lô, lignocellulose Ethanol pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học thay hồn tồn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống • Khí sinh học (Biogas) loại khí hữu gồm Methane đồng đẳng khác Biogas tạo sau trình ủ lên men sinh khối hữu phế thải nông nghiệp, chủ yếu cellulose, tạo thành sản phẩm dạng khí Biogas dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ Ưu điểm : Trước kia, nhiên liệu sinh học hồn tồn khơng trọng Hầu loại nhiên liệu thay phụ, tận dụng quy mô nhỏ Tuy nhiên, sau xuất tình trạng khủng hoảng nhiên liệu quy mơ tồn cầu ý thức bảo vệ mơi trường lên cao, nhiên liệu sinh học bắt đầu ý phát triển quy mô lớn có nhiều ưu điểm bật so với loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ): • Thân thiện với mơi trường: chúng có nguồn gốc từ thực vật, mà thực vật trình sinh trưởng (quang hợp) lại sử dụng điơxít cácbon (là khí gây hiệu ứng nhà kính - hiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) nên xem khơng góp phần làm trái đất nóng lên 17 • Nguồn nhiên liệu tái sinh: nhiên liệu lấy từ hoạt động sản xuất nơng nghiệp tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Những hạn chế : Việc sản xuất cồn sinh học từ nguồn tinh bột thực phẩm cho không bền vững ảnh hưởng tới an ninh lương thực Khả sản xuất với quy mô lớn cịn nguồn cung cấp khơng ổn định phụ thuộc vào thời tiết nơng nghiệp Bên cạnh đó, giá thành sản xuất nhiên liệu sinh học cao nhiều so với nhiên liệu truyền thống từ việc ứng dụng sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống chưa thể phổ biến rộng Khả phát triển: Tại thời điểm (2010), công nghệ sản xuất cồn sinh học từ nguồn lignocellulose chưa đạt hiệu suất cao giá thành cịn cao Theo ước tính sau khoảng 7-10 năm, cơng nghệ hồn thiện đáp ứng nhu cầu sản xuất thương mại Bên cạnh đó, nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh học có khả ứng cử viên thay Tại việt Nam : Khí sinh học áp dụng nhiều miền quê, cách ủ phân để lấy khí đốt Trên thực tế, xăng sinh học E5 lưu hành thị trường nước từ năm 2010 Từ năm 2011, Việt Nam có sách sử dụng xăng sinh học E5 (gồm hàm lượng Ethanol 5% 95% xăng thông thường) làm nguyên liệu thay cho xăng A92 truyền thống Tuy nhiên, nhiều người cịn quan ngại tính hút nước dễ bị oxy hóa Ethanol làm hư hại buồng đốt nhiên liệu động Để giải đáp nghi ngại số chuyên gia cho rằng: Do ethanol có trị số Octan cao tới 109 nên pha vào xăng làm tăng trị số Octane (tăng khả chống kích nổ nhiên liệu) Thêm vào đó, với hàm lượng ơxy cao xăng thơng dụng, giúp trình cháy động diễn triệt để hơn, tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu phát thải chất độc hại khí thải động Đó lý nhiên liệu xăng sinh học coi nhiên liệu tương lai, giới quan tâm Cần lưu ý sử dụng nhiên liệu xăng có hàm lượng ethanol cao gây ảnh hưởng đến số chi tiết kim loại, cao su, nhựa, polymer động Tuy nhiên, với hàm lượng 5% ethanol E5 ảnh hưởng khơng xảy Việc sử dụng xăng E5 giúp cải thiện tính động cơ, giảm phát thải, mang lại lợi ích cho người tiêu dùng xã hội Quá trình sử dụng E5 thuận tiện, không cần phải điều chỉnh động chuyển đổi nhiên liệu E5 xănôg thng thường 18 Các nguồn lượng tái tạo nhỏ: Ngoài nguồn lượng nêu dành cho mức độ cơng nghiệp, cịn có nguồn lượng tái tạo nhỏ dùng số vật dụng: • Một số đồng hồ đeo tay dự trữ lượng lắc lư tay người hoạt động thành lị xo, thơng qua lúc lắc quay Năng lượng dùng để làm chuyển động kim đồng hồ • Một số động có rung động lớn gắn tinh thể áp điện chuyển hóa biến dạng học thành điện năng, làm giảm rung động cho động tạo nguồn điện phụ Tinh thể gắn vào đế giầy, tận dụng chuyển động tự nhiên người để phát điện cho thiết bị cá nhân nhỏ PDA, điện thoại di động • Hiệu ứng điện động giúp tạo dòng điện từ vòi nước hay nguồn nước chảy, nước qua kênh nhỏ xíu làm vật liệu thích hợp Các ăngten thu dao động điện từ (thường phổ radio) môi trường sang lượng điện xoay chiều hay điện chiều Một số đèn nhấp nháy gắn vào điện thoại di động thu lượng sóng vi ba phát từ điện thoại để phát sáng, hoạt động theo chế Tầm quan trọng toàn cầu : • Năng lượng tái tạo có tiềm thay nguồn lượng hóa thạch lượng nguyên tử Trên lý thuyết, với hiệu suất chuyển đổi 10% diện tích 700 x 700 km sa mạc Sahara đáp ứng nhu cầu lượng toàn giới cách sử dụng lượng mặt trời Báo cáo REN21 tình hình tái tạo lượng toàn cầu cuối năm 2006 19 Trong mơ hình tính tốn lý thuyết người ta cố gắng chứng minh với trình độ cơng nghệ ngày nay, bị thất cơng suất nhu cầu lượng ngày tăng, đáp ứng tồn nhu cầu lượng điện châu Âu tuốc bin gió dọc theo bờ biển phía Tây châu Phi tuốc bin gió lắp đặt ngồi biển (off-shore) Sử dụng cách triệt để thiết bị cung cấp nhiệt từ lượng mặt trời đáp ứng nhu cầu nước nóng Tham khảo : https://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB %A3ng_t%C3%A1i_t%E1%BA%A1o 20