PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG các năng lượng trong thiên nhiên

Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin  PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Nộp đồ án lần I Use Case Diagram, Use Case Description Activity Diagram (version GVHD: ThS Nguyễn Đặng Kim Khánh SVTH: Nhóm 05 Nguyễn Ngọc Hân Ma Ngân Giang Trần Trung Tín 1|Page TP HCM – 16/04/2013 Mục lục 2|Page Sơ Lược Về Năng Lượng Năng lượng khả làm việc Năng lượng có nhiều hình thức khác nhau: Nhiệt (nhiệt) Ánh sáng (bức xạ) Chuyển động (động) Điện Hóa học Năng lượng hạt nhân Hấp dẫn Các nguồn lượng phân loại thành: Năng lượng tái tạo a b c d Năng lượng mặt trời từ mặt trời, chuyển thành điện nhiệt Gió Năng lượng địa nhiệt từ nhiệt lòng đất Sinh khối từ nhà máy, bao gồm củi từ cây, sản xuất ethanol từ ngô dầu diesel sinh học từ dầu thực vật e Thủy điện từ hydroturbines đập Năng lượng không tái tạo Hầu hết lượng từ nguồn lượng tái tạo, bao gồm nhiên liệu hóa thạch - dầu mỏ, khí tự nhiên than Chúng gọi nhiên liệu hóa thạch, chúng hình thành qua hàng triệu hàng triệu năm tác động nhiệt từ lõi áp lực từ đất đá phần cịn lại (hoặc "hóa thạch") thực vật chết sinh vật tảo cát vi Trái đất Hầu hết xăng sử dụng xe ô tô xe máy nhiên liệu diesel sử dụng xe tải làm từ dầu mỏ, nguồn tài nguyên tái tạo Khí thiên nhiên, sử dụng để sưởi ấm, quần áo khô nấu thức ăn, tái tạo Các propan nhiên liệu lò nướng ngồi trời làm từ dầu khí tự nhiên, hai khơng thể tái tạo Ngồi cịn lượng mới: Khí ga hydrat _ “đóng vai trị cầu nối tới nguồn lượng tương lai tận nguồn lượng hidrô lượng mặt trời, phát nhiều hơn” theotác giả nghiên cứu tiến sĩ Tim Collett, nhà nghiên cứu sinh học Denver, bang Colo 3|Page A Năng lượng mặt trời I Khái quát Mặt Trời nguồn lượng lớn mà người tận dụng được: sạch, mạnh mẽ, dồi dào, đáng tin cậy, gần vơ tận, có khắp nơi dù hay nhiều Năng lượng mặt trời, xạ ánh sáng nhiệt từ Mặt trời, khai thác người từ thời cổ đại cách sử dụng loạt công nghệ phát triển hết 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 Chỉ có phần nhỏ lượng mặt trời có sẵn sử dụng Việc thu giữ lượng Mặt Trời (NLMT) gần khơng có ảnh hưởng tiêu cực đến mơi trường Việc sử dụng NLMT khơng thải khí nước độc hại, khơng góp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường hiệu ứng nhà kính II Lịch sử hình thành phát triển Thế kỉ III TCN, Archimedes sử dụng gương để phản chiếu xạ Mặt Trời bảo vệ Syracuse từ xâm lược người La Mã Năm 1839, Alexande-Edmund Becquerel, nhà vật lí thực nghiệm trẻ Pháp phát hiệu ứng quang điện Năm 1873, W Smith, làm việc Anh, phát tính quang dẫn Selenium, đưa đến việc phát minh pin quang dẫn Năm 1946, Russell Ohl xem người tạo pin lượng Mặt trời Máy nước nóng lượng mặt trời thương mại bắt đầu xuất Hoa Kỳ năm 1890 Các hệ thống tăng cường sử dụng năm 1920 bị thay nhiên liệu sưởi ấm rẻ đáng tin cậy III Nguồn lượng mặt trời Mặt Trời khối cầu có đường kính khống 1,4 triệu km với thành phần gồm khí có nhiệt độ cao Nhiệt độ bên Mặt Trời đạt đến gần 15 triệu độ, với áp suất gấp 70 tỷ lần áp suất khí Trái Đất Đây điều kiện lý tưởng cho phản ứng phân hạch nguyên tử hydro Bức xạ gamma từ phản ứng phân hạch này, qua trình truyền từ tâm Mặt Trời ngoài, tương tác với nguyên tố khác bên Mặt Trời chuyển thành xạ có mức lượng thấp hơn, chủ yếu ánh 4|Page sáng phần nhiệt phổ lượng Bức xạ điện từ này, với phổ lượng trải dài từ cực tím đến hồng ngoại, phát khơng gian hướng khác Q trình xạ Mặt Trời diễn từ tỷ năm nay, tiếp tục vài tỷ năm Trái Đất nhận 174 petawatts (PW) xạ mặt trời đến (sự phơi nắng) phía khơng khí Khoảng 30% phản xạ trở lại khơng gian phần cịn lại hấp thụ đám mây, đại dương vùng đất phổ ánh sáng lượng mặt trời bề mặt Trái Đất chủ yếu lây lan qua nhìn thấy cận hồng ngoại phạm vi với vai nhỏ cận tử ngoại IV Ứng dụng mặt trời Nhiệt mặt trời Dựa hiệu ứng nhà kính (nhiệt độ thấp) cơng nghệ nhiệt Mặt Trời hội tụ (nhiệt độ cao) Công nghệ nhiệt mặt trời sử dụng cho đun nước nóng, sưởi ấm khơng gian, làm mát khơng gian q trình sinh nhiệt a Nước nóng: Hệ thống nước nóng: lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóng nước Đến năm 2007, tổng cơng suất lắp đặt hệ thống nước nóng lượng mặt trời khoảng 154 GW b Hệ thống làm mát, sưởi ấm thơng gió: Nhiệt khối vật liệu sử dụng để lưu trữ nhiệt nóng từ Mặt trời trường hợp lượng mặt trời Các vật liệu nhiệt khối phổ biến bao gồm đá, xi măng nước Chúng sử dụng lịch sử vùng khí hậu khô hạn khu vực ôn đới ấm để giữ mát tòa nhà cách hấp thụ lượng mặt trời vào ban ngày xạ nhiệt lưu trữ để khơng khí mát vào ban đêm Tuy nhiên, chúng sử dụng khu vực ơn đới lạnh để trì ấm áp Rụng thực vật phát huy phương tiện để kiểm soát lượng mặt trời sưởi ấm làm mát c Xử lý nước: Chưng cất lượng mặt trời sử dụng để làm cho mặn nước lợ uống Khử trùng nước lượng mặt trời (SODIS) liên quan đến việc phơi sáng chai nhựa polyethylene terephthalate (PET) đổ đầy nước ánh sáng mặt trời vài Thời gian phơi sáng khác tùy thuộc vào thời tiết khí hậu 5|Page Năng lượng mặt trời sử dụng ao nước ổn định để điều trị nước thải mà khơng có hóa chất điện Một lợi mơi trường thêm tảo phát triển ao tiêu thụ carbon dioxide quang hợp, tảo sản xuất hóa chất độc hại làm cho nước không sử dụng d Nấu ăn: Bếp lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để nấu nướng, làm khơ khử trùng Chúng nhóm lại thành ba loại lớn: bếp hộp, bếp bếp phản xạ Các bếp đạt đến nhiệt độ 315° C cao yêu cầu ánh sáng trực tiếp để hoạt động phải thay đổi vị trí để theo dõi Mặt trời Bát lượng mặt trời công nghệ tập trung sử dụng bếp lượng mặt trời Auroville, Pondicherry, Ấn Độ Điện mặt trời Điện mặt trời việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, trực tiếp cách sử dụng quang điện (PV), gián 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 vào chùm nhỏ PV chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện cách sử dụng hiệu ứng quang điện Các nhà máy CSP thương mại phát triển vào năm 1980, lắp đặt CSP SEGS 354 MW nhà máy điện mặt trời lớn giới nằm sa mạc Mojave California Các nhà máy CSP lớn khác bao gồm Nhà máy điện mặt trời 6|Page Solnova (150 MW) Nhà máy điện mặt trời Andasol (100 MW), hai Tây Ban Nha Nhà máy quang điện Sarnia Canada nhà máy quang điện lớn giới a Điện mặt trời tập trung Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng ống kính, gương hệ thống theo dõi để tập trung khu vực rộng lớn ánh sáng mặt trời vào chùm nhỏ Nhiệt tập trung sau sử dụng nguồn lượng cho nhà máy điện thông thường Một loạt công nghệ tập trung tồn tại, phát triển máng parabol tập trung phản xạ tuyến tính Fresnel, đĩa Stirling tháp điện mặt trời b Pin mặt trời Pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV), tế bào lượng mặt trời thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện cách sử dụng hiệu ứng quang điện Các pin Mặt Trời chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng, thường thấy máy tính cầm tay hay đồng hồ đeo tay Chúng làm từ vật liệu bán dẫn tương tự điện tử máy tính Một ánh sáng Mặt Trời hấp thụ vật liệu này, lượng Mặt Trời đánh bật hạt điện tích (electron) lượng thấp nguyên tử vật liệu bán dẫn, cho phép hạt tích điện di chuyển vật liệu tạo thành điện Quá trình chuyển đổi photon thành điện này gọi hiệu ứng quang điện Các pin Mặt Trời thông thường lắp thành modun khoảng 40 phiến pin, 10 modun lắp gộp lại thành chuỗi Quang điện dài vài mét Các chuỗi Pin Mặt Trời dạng phẳng lắp góc cố định hướng phía Nam, lắp hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng để bắt nắng theo thay đổi quĩ đạo nắng Mặt Trời V Thành tựu Năm 1974, máy bay không người lái AstroFlight Sunrise thực chuyến bay lượng mặt trời Ngày 29 tháng tư 1979, Solar Riser thực chuyến bay lượng mặt trời, hoàn toàn kiểm soát, máy bay mang theo người, đạt độ cao 40 foot (12 m) Năm 1980, Gossamer Penguin thực chuyến bay thử nghiệm sử dụng pin quang điện Điều nhanh chóng theo sau Solar Challenger vượt qua eo biển Anh tháng năm 1981 7|Page Năm 1990 Eric Scott Raymond 21 bước nhảy bay từ California đến Bắc Carolina cách sử dụng lượng mặt trời Máy bay chạy lượng Mặt Trời lớn thực chuyến bay quốc tế Solar Impulse, máy bay chạy lượng Mặt Trời lớn giới Thụy Sỹ, thực thành công chuyến bay quốc tế hồi tháng 5/2011 quãng đường dài 630km từ Thụy Sỹ sang Brussels, Bỉ khoảng 13 Ngày 23/5,2013, máy bay chạy lượng Mặt Trời có người lái Solar Impulse thiết lập kỷ lục khoảng cách bay với việc hoàn thành chặng đường dài 1.541km Xe máy chạy lượng mặt trời sản phẩm hãng SunRed đoạt giải Nhất Công nghệ sáng tạo Triển lãm xe Barcelona (Tây Ban Nha) VI Phương pháp lưu trữ lượng mặt trời Năng lượng mặt trời vào ban đêm, lưu trữ lượng vấn đề quan trọng hệ thống lượng đại thường giả định sẵn có liên tục lượng Hệ thống nhiệt khối lưu trữ lượng mặt trời dạng nhiệt nhiệt độ nước hữu ích cho ngày mùa thời Hệ thống lưu trữ nhiệt thường sử dụng vật liệu sẵn có với lực nhiệt đặc trưng cao đất, nước đá Hệ thống thiết kế tốt hạ thấp nhu cầu cao điểm, thay đổi thời gian sử dụng cao điểm giảm yêu cầu sưởi ấm làm mát tổng thể Các vật liệu thay đổi pha sáp paraffin Muối Glauber phương tiện lưu trữ nhiệt khác Những vật liệu rẻ tiền, sẵn có, cung cấp nhiệt độ nhà hữu ích (khoảng 64°C) Năng lượng mặt trời lưu trữ nhiệt độ cao cách sử dụng muối nóng chảy Muối phương tiện lưu trữ có hiệu chúng có chi phí thấp, có 8|Page nhiệt dung riêng cao cung cấp nhiệt nhiệt độ tương thích với hệ thống điện thơng thường VII Một số lợi ích hạn chế việc ứng dụng lượng mặt trời Lợi ích mà NLMT đem lại lớn: - Cung cấp nguồn lượng lớn đáp ứng nhu cầu ngày cao người - Chi phí nhiên liệu bảo dưỡng thấp, an tồn cho người sử dụng, thân thiện với mơi trường - Thay nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt - Sử dụng phổ biến, dễ dàng nước có nguồn xạ mặt trời lớn Tuy nhiên tồn nhiều hạn chế số nước phát triển nguồn lượng nguồn gốc gây ô nhiễm Tại số quốc gia người ta sử dụng acquy chì axit để tích trữ lượng từ mặt trời, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường Chỉ riêng Trung Quốc Ấn Độ thải môi trường 2,4 triệu chì Cần phải áp dụng cơng nghệ lưu trữ nguồn điện phát huy mạnh nguồn lượng B Năng lượng sinh học I Tổng quan Trong nguồn lượng người phát sử dụng nguồn lượng sinh học mẻ, sử dụng gần tương lai hứa hẹn Năng lượng sinh học lượng tái tạo sinh từ vật liệu có nguồn gốc sinh học.Đến năm 2010, tồn cầu có khoảng 35GW điện sinh từ lượng sinh học, số đó, 7GW Hoa Kỳ sản xuất Năng lượng sinh học sử dụng rộng rãi toàn giới, chiếm gần 11% tổng sản lượng tiêu thụ toàn giới (IEA) Năng lượng sinh học đưa vào sử dụng cịn có nhiều tiềm ẩn cần nghiên cứu Cụ thể nguồn lượng sinh khối đưa vào sử dụng giới lượng nội nhân bí ẩn cần nhà khoa học nghiên cứu 9|Page VIII Phân loại Nguồn lượng sinh học bao gồm hai loại: Năng lượng sinh khối lượng nội nhân Năng lượng sinh khối a Giới thiệu Sinh khối thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rộng dùng để mơ tả vật chất có nguồn gốc sinh học vốn sử dụng nguồn lượng thành phần hóa học nó.Với định nghĩa vậy, sinh khối bao gồm cối tự nhiên, trồng công nghiệp, tảo loài thực vật khác, bã nông nghiệp lâm nghiệp Sinh khối bao gồm vật chất xem chất thải từ xã hội người chất thải từ trình sản xuất thức ăn nước uống, bùn nước cống, phân bón, sản phẩm phụ gia (hữu cơ) cơng nghiệp (industrial by-product) thành phần hữu chất thải sinh hoạt Các nguồn sinh khối chuyển thành dạng lượng khác điện năng, nhiệt năng, nước nhiên liệu qua phương pháp chuyển hóa đốt trực tiếp turbin hơi, phân hủy yếm khí (anaerobic digestion), đốt kết hợp (co-firing), khí hóa (gasification) nhiệt phân (pyrolysis) Ngoài ra, việc sử dụng sinh khối để tạo lượng có tác động tích cực đến môi trường e Thành phần nguồn gốc sinh khối Sinh khối vật chất hữu cơ, đặc biệt chất cellulose hay ligno-cellulosic Sinh khối vật chất tái tạo, bao gồm cối, chất xơ gỗ, chất thải gia súc, chất thải nông nghiệp, thành phần giấy chất thải rắn đô thị Cây dự trữ lượng mặt trời tế bào cellulose lignin (chất gỗ) thông qua trình quang hợp Cellulose chuỗi polymer phân tử đường 6carbon Lignin chất hồ kết dính chuỗi cellulose với Các nguồn sinh khối nước bao gồm chất dư thừa, chất bã sinh khối xử lý Các chất gồm có bột giấy, chất thải nơng lâm nghiệp, chất thải gỗ thành thị, chất thải rắn thị, khí hố chôn lấp, chất thải gia súc, giống cạn nước trồng chủ yếu để khai thác lượng Các giống dược gọi giống lượng Ở số lượng lớn, nguồn sinh khối gọi nguyên liệu sinh khối Sử dụng chất thải hiệu để chúng tự phân rã, giảm 10 | P a g e mối nguy hại môi trường xung quanh Dưới mô tả chi tiết loại sinh khối: • Chất bã sinh khối qua xử lý: Các trình xử lý sinh khối sinh sản phẩm phụ dịng chất thải gọi chất bã Khơng phải tất chất bã sử dụng cho sản xuất điện năng, số cần phải bổ sung với chất dinh dưỡng hay nguyên tố hóa học Tuy nhiên, việc sử dụng chất bã đơn giản chúng thu thập phân loại qua trình xử lý • Bột giấy chất bã trình sản xuất giấy: Cây cối có thành phần lignin, hemicellulose, sợi cellulose Do tính chất hóa học vật lý, lignin dễ dàng chia nhỏ cellulose Quá trình nghiền nhão làm tách rời chia nhỏ sợi lignin nhằm suspend sợi cellulose để tạo giấy Các bột giấy dư thừa tạo nên chất bã • Bã rừng (Forestry residues): Các chất thải từ rừng bao gồm củi gỗ từ trình làm thưa rừng nhằm giảm nguy cháy rừng, sinh khối không thu hoạch di dời nơi đốn gỗ cứng mềm thương mại vật liệu dư thừa trình quản lý rừng phát rừng di dời chết Một thuận lợi việc tận dụng bã rừng phần lớn bã dạng tạo từ nhà máy giấy nhà máy xử lý gỗ, phần lớn nguồn nguyên liệu sửTh dụng • Bã nông nghiệp (Agricultural residues): Chất thải nông nghiệp chất dư thừa sau vụ thu hoạch • Chất thải từ gia súc (Livestock residues): Chất thải gia súc, phân trâu, bị, heo gà, chuyển thành gas đốt trực tiếp nhằm cung cấp nhiệt sản xuất lượng • Các loại bã thải khác: o Chất thải củi gỗ đô thị: Chất thải củi gỗ nguồn chất thải lớn công trường Chất thải củi gỗ đô thị bao gồm thân cây, phần thừa qua cắt tỉa Những vật liệu thu gom dễ dàng sau dự án công trường cắt tỉa cây, sau chuyển thành phân trộn hay dùng để cung cấp nhiên liệu cho nhà máy lượng sinh học o Chất thải rắn thị: Chất thải thị có hàm lượng định vật chất hữu có xuất xứ từ cây, nguồn lượng tái tạo không nhỏ o Cây trồng lượng: Các giống lượng giống cây, cỏ xử lý công nghệ sinh học để trở thành giống tăng trưởng 11 | P a g e o o o o o o nhanh, thu hoạch cho mục đích sản xuất lượng Các giống trồng, thu hoạch thay nhanh chóng Các giống cỏ (thảo mộc) lượng: Đây giống lâu năm thu hoạch năm sau 2-3 năm gieo trồng để đạt tới hiệu suất tối đa Các giống gỗ lượng : Các giống gỗ có vịng đời ngắn giống phát triển nhanh thu hoạch sau 5-8 năm gieo trồng Các giống bao gồm dương ghép lai, liễu ghép lai, thích bạc, bơng gịn đơng phương, tần bì xanh, óc chó đen, sweetgum sung Các giống công nghiệp: Các giống phát triển gieo trồng nhằm sản xuất hóa chất vật liệu đặc trưng định Các giống nông nghiệp (Agricultural Crops): Các giống thường dùng để sản xuất nhựa, chất hóa học loại sản phẩm, chúng thường cung cấp đường, dầu chất chiết xuất khác Các giống nước (Aquatic crops, thủy sinh): Nguồn sinh khối đa dạng nước bao gồm tảo, tảo bẹ, rong biển, loại vi thực vật biển Cho đến nay, có số đồn điền trồng lượng.Ví dụ Brazil, có khoảng triệu hécta đồn điền eucalyptus sử dụng làm than gỗ Tại Trung Quốc có chương trình phát triển đồn điều 13,5 triệu hécta cho nhiên liệu gỗ 2010 Tại Thụy Điển, 16.000 hecta dương liễu trồng để làm nguồn nguyên cho lượng Tóm lại: nguyên liệu sinh khối nguồn lượng tái tạo bền vững dồi giới Tiềm năng lượng sinh học năm 2.900 EJ, nhiên có 270 EJ xem khai thác tiêu chuẩn bền vững giá cạnh tranh Một điều cần nhấn mạnh vấn đề cịn lại khơng phải nguồn ngun liệu, mà khả quản lý luân chuyển tốt lượng tạo đến người sử dụng f Ứng dụng lượng sinh khối Sinh khối xử lý nhiều dạng chuyển đổi khác để tạo lượng, nhiệt lượng, nhiên liệu Hầu hết q trình chuyển đổi sinh khối chia làm hai loại sau: o Chuyển đổi nhiệt hóa (thermochemical): bao gồm đốt nhiệt (combustion), khí hóa nhiệt phân o Chuyển đổi sinh hóa (biochemical): bao gồm phân hủy yếm khí (sản phẩm sinh khối hỗn hợp methane CO2) lên men (sản phẩm ethanol) 12 | P a g e Một trình khác chiết xuất, chủ yếu trình học, sử dụng để sản xuất energy từ sinh khối o Sản xuất nhiệt truyền thống o Nhiên liệu sinh khối o Sản xuất điện từ lượng sinh khối Năng lượng nội nhân “Trong có dịng điện sống Mỗi tế bào pin, nguồn điện yếu nên người không bị điện giật Đặc biệt não bộ, nơi điều khiển hoạt động thể người, số lượng tế bào nhiều tập trung phận Nó nhà máy phát điện mạnh thể” “Điện sinh học không tồn thể người mà cịn có số lồi động vật, điển hình cá đuối Trên lưng cá đuối có sẵn nguồn điện sống, phát nguồn điện mạn đến 720V để săn mồi.” Ngoài cịn có cá kình “Cá kình điện phát dịng điện điện, nguồn điện sinh học” Mỗi tế bào pin điện, khác loài động vật khác người khác khác Vì điện trở người khồn giống Cá đuối điện (trái) cá kình điện (phải) Tuy nhiên với xác suất khơng lớn, có khả tìm số người có trật tự xếp tế bào cách đặc biệt, họ phóng điện Đó trường hợp đặc biệt nghiên cứu sử dụng loại lượng nội nhân thông qua cá thể đặc biệt Thế giới phát nguồn lượng nội nhân nghiên cứu cách nghiêm túc môn khoa học 13 | P a g e Những người có lượng nội nhân giúp ích cho đời: o Phương pháp phóng điện chữa bệnh ơng Trần Huy Liệu (đường Xô Viết Nghệ Tĩnh, phường 26, quận Bình Thạnh, HCM) chữa giúp cho ơng Nguyễn Văn Trọn, 67 tuổi, chạy xe ba gác bến xe Miền Đơng, p25, Q.Bình Thạnh, ba năm trước bị chết giấc kiệt sức phụ đám ma nhà hàng xóm “Ơng dùng có 15 phút mà tơi mạnh ln tới bây giờ” Ơng Trọn kể lại o Thành nếp, 5h30 sáng hồ bơi Hàng Khơng, số 117 Hồng Hà, Tân Bình có ơng lão mặc độc quần bơi, ngồi thiền bờ hồ Ơng thu lượng, nhiều người quen ơng giải thích Đã 80 tuổi, ơng Phan Tương, cán hưu trí đường Yên Thế, khỏe mạnh minh mẫn “Nhờ lượng sinh học đấy”, ơng bảo.Lấy thân làm chứng, ơng nói: “Mấy năm không tốn đồng mua thuốc Kỳ lạ hơn, tơi trị giúp số người thân quen bị bệnh nhức đầu, đau dày, bướu cổ, viêm xoang Khi tập trung ý nghĩ đưa lượng thu bàn tay, phóng đầu ngón tay người có đẳng cấp lượng sinh học tơi cảm nhận được, dù họ đứng xa 3-4 m” IX Các tác động môi trường Các nhiên liệu sinh học khơng độc hại phân hủy dễ dàng Các phương tiện vận chuyển thải CO2, loại khí góp phần gây nóng dần lên tồn cầu Điện sinh khối thường tạo thông qua nhà máy dùng nồi nấu sơi turbine nước Tuy nhiên có khác biệt: nhiên liệu tái tạo, thành phần sulfur nhiên kiệu sinh khối thấp 0,1% sinh chất nhiễm khơng khí Các lợi ích khác môi trường điện sinh khối bao gồm: o o o o o o Giảm lượng khí thải sulfur dioxide Giảm lượng khí thải Nitrogen Oxide (NO) Giảm thải lượng cacbon Giảm thiểu lượng chất thải khác Giảm mùi thối Các lợi ích mơi trường sản phẩm từ sinh khối X Kết luận Năng lượng sinh khối ngày thu hút quan tâm xã hội, đáng kể năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 Đó nhờ kết hợp yếu tố sau: 14 | P a g e Sự thay đổi cách nhanh chóng thị trường lượng tồn cầu, thúc đẩy tiến trình tư nhân hóa, deregulation phân tán (decentralisation) Xã hội bắt đầu nhận thức cách rộng rãi vai trò tương lai lượng sinh khối với vai trị phương thức chuyển hóa lượng (energy carrier), kết hợp với dạng nltt khác Sự dồi dào, dễ khai thác tính chất bền vững lượng sinh khối Xã hội nhận thức đóng góp việc khai thác lượng sinh khối vào tiến trình bảo vệ cân mơi trường sống vai trị việc điều tiết khí hậu Các hội sẵn có tiềm phát triển thương mại lượng sinh khối Tiến hiểu biết lượng sinh khối phát triển kỹ thuật khai thác chuyển đổi lượng sinh khối dạng lượng tái tạo khác C Năng lượng hạt nhân (Nuclear Energy) I Tổng Quan Năng lượng hạt nhân giữ vai trị hình thành trái đất sống nhờ mà mặt trời chói sáng Năm 2007, 14% lượng điện giới sản xuất từ lượng hạt nhân Có 150 tàu chạy lượng hạt nhân vài tên lửa đồng vị phóng xạ sản xuất Các phản ứng hạt nhân bom hạt nhân sản sinh lượng gấp hàng trăm đến hàng triệu lần lượng phản ứng hố học thơng thường Năng lượng lại giải phóng lúc, tạo lượng nhiệt khổng lồ tiêu hủy tất thứ quanh XI Lịch sử hình thành phát triển GS Frédéric Joliot-Curie, cha đẻ ngành lượng hạt nhân, trao giải Nobel hóa học (1935) với cơng trình phát xạ nhân tạo Phản ứng phân hạch hạt nhân Enrico Fermi thực hành công vào năm 1934 nhóm ơng dùng nơtron bắn phá hạt nhân uranium Tại Hoa Kỳ, đời lò phản ứng mang tên Chicago Pile-1, đạt khối lượng tới hạn vào ngày tháng 12 năm 1942 15 | P a g e Trạm lượng nguyên tử Shippingport Shippingport, Pennsylvania lò phản ứng thương mại Hoa Kỳ vận hành năm 1957 Ngày 27 tháng năm 1954, nhà máy điện hạt nhân Obninsk Liên Xô trở thành nhà máy điện hạt nhân giới sản xuất điện hịa vào mạng lưới với cơng suất khơng tải khoảng MW điện Năm 1957, quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế thành lập Tổ chức quốc tế nâng cao độ nhận thức an toàn phát triển chuyên nghiệp vận hành chức liên quan đến hạt nhân thành lập với tên gọi WANO; World Association of Nuclear Operators Ngược lại, nước Ireland, New Zealand Ba Lan cấm chương trình hạt nhân Úc (1978), Thụy Điển (1980) Ý (1987) (bị ảnh hưởng Chernobyl) thực trưng cầu dân ý bỏ phiếu chống lại lượng hạt nhân XII Ứng dụng Năng lượng phản ứng phân hạch hạt nhân sản sinh dùng nhà máy điện hạt nhân vũ khí hạt nhân Lượng lượng tự chứa nhiên liệu hạt nhân lớn gấp hàng triệu lần lượng lượng tự có khối lượng nhiên liệu hoá học tương đương dầu hoả, làm cho lượng hạt nhân trở thành nguồn lượng hấp dẫn, nhiên, chất thải hạt nhân có mức phóng xạ cao tồn lâu, hàng thiên niên kỷ Đi kèm với chất lượng hấp dẫn nguồn lượng hạt nhân tích tụ chất thải hạt nhân nguy huỷ diệt rộng lớn vấn đề trịgây nhiều tranh cãi vũ khí hạt nhân Hiện nay, nghiên cứu tính khả thi phương pháp tổng hợp hạt nhân nguồn cung cấp lượng thực tiễn thực với hi vọng khống chế tốc độ lượng nhiệt phản ứng Với vật liệu biết đến ngày khơng có vật liệu chịu nhiệt độ cao phản ứng - đó, phản ứng nhiệt hạch thực cách không khống chế nên gây lãng phí lượng.( Đó việc chế tạo bom hydro (bom khinh khí) mà sức phá hủy cịn ghê gớm nhiều so với bom ngun tử (bom A : atom bomb) Bom A dùng làm mồi, tạo nhiệt độ lớn phản ứng tổng hợp xảy nhân lên đáng kể bom H) Một số nghiên cứu hướng đến việc sử dụng chùm laser hội tụ để nhắm vào nhiên liệu hạt nhân, ép chúng nhiệt độ cao để gây phản ứng, thay sử dụng nhiệt lượng tỏa từ khối uranium phân hạch phương pháp truyền thống Ngoài ra, người ta 16 | P a g e dùng từ trường ngồi khống chế hạt nhân, đảm bảo chúng không va chạm vào thành bình chứa chúng, giữ cho phản ứng thực điều kiện tốn XIII Ảnh hưởng xạ hạt nhân Một tác động nguy hiểm xạ ion hóa thiệt hại mà gây cho ADN nhân tế bào o Nếu xảy tế bào sinh sản đột biến truyền qua hệ kế tiếp, gây khuyết tật hay bệnh di truyền o Nếu xảy tế bào bình thường, chúng làm thay đổi chức tế bào , gây hại cho sức khỏe tăng cao nguy bệnh ung thư o Tiếp xúc với dộ phóng xạ cao gây nguy hiểm nghiêm trọng cho thể, liên qua đến nhiều bệnh lý đau khớp xương, suy nhược thần kinh, giảm tuổi thọ, chí tử vong D Năng lượng gió I Tổng quan Năng lượng gió nguồn lượng quan trọng có tiềm lớn Đây dạng lượng sạch, phong phú nguồn cung cấp lượng gần vơ tận Các lợi lượng gió: o Sạch, khơng gây nhiễm: lượng gió khơng thải khí suy kiệt theo thời gian o Tăng cường phát triển kinh tế địa phương: nơng trại gió có khả nâng cao thu nhập chủ đất qua hình thức cho thuê đất để phát triển trại gió, đưa tới việc tăng lợi tức từ thuế cho cộng đồng địa phương o Đa dạng hình thức qui mơ o Ổn định giá lượng o Giảm phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, góp phần giữ vốn đầu tư nội địa hạn chế phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu từ nước o Giảm thiểu tỷ lệ khí nhà kính lượng gió o Điện gió thu hút ý nước phát triển khai triển tương đối nhanh chóng khu vực có nhu cầu cấp bách điện XIV Nguồn Năng Lượng Gió Năng lượng gió, hầu hết nguồn lượng khác Trái Đất, xuất phát từ Mặt Trời 17 | P a g e Nguời ta thường phân biệt loại gió chính: o Gió geostrophic (hay cịn gọi gió tồn cầu: global wind) o Gió bề mặt (surface wind) o Gió địa phương (gió biển, gió bờ ) XV Tác động môi trường Các mặt thuận lợi So với hầu hết dạng lượng truyền thống, thuận lợi mà lượng gió đem lại cho mơi trường rõ ràng Năng lượng gió góp phần thay nhà máy điện vận hành nhiên liệu hóa thạch, từ giúp cải thiện chất lượng khơng khí địa phương, giảm bớt tượng ô nhiễm mưa acid, giảm thiểu khí thải hiệu ứng nhà kính Năng lượng gió xem có hiệu suất lượng cao Việc phát triển điện gió cịn cải thiện thu nhập chủ nông trại thêm từ tiền thuê đất Các mặt bất lợi Đối với điện gió, tác động tiếng ồn, vị trí cảnh quan giới hữu sinh (đời sống tự nhiên), nguồn nhiễu sóng truyền truyền hình mối lo ngại chủ yếu môi trường XVI Kết luận "Hướng tới mục tiêu lượng gió đáp ứng 12% nhu cầu điện tồn cầu năm 2020." Đây thông cáo đưa báo cáo "Wind Force 12" vừa Hiệp Hội Năng Lượng Gió Châu Âu (EWEA) cơng bố vào mùa hè 2005 vừa qua Kinh tế, phát triển công nghệ bảo vệ môi trường E Năng lượng địa nhiệt I Tổng quan Địa Nhiệt nguồn nhiệt có sẵn lòng đất Cụ thể hơn, nguồn lượng nhiệt tập trung khoảng vài km bề mặt Trái Đất, phần vỏ Trái Đất Cùng với tăng nhiệt độ sâu vào vỏ Trái Đất, nguồn nhiệt lượng liên tục từ lòng đất ước đoán tương đương với với khoảng lượng cỡ 42 triệu MW Lịng đất tiếp tục nóng tỷ năm nữa, đảm bảo nguồn nhiệt gần vơ tận Chính Địa Nhiệt liệt vào dạng lượng tái tạo 18 | P a g e Địa nhiệt dạng lượng bền vững So với dạng lượng tái tạo khác gió, thủy điện hay điện mặt trời, địa nhiệt không phụ thuộc vào yếu tố thời tiết khí hậu Do địa nhiệt có hệ số cơng suất cao, nguồn địa nhiệt sẵn sàng 24h/ngày, ngày tuần Nguồn Năng Lượng Địa Nhiệt Nguồn địa nhiệt liên quan mật thiết đến cấu trúc nhiệt độ Trái Đất chu trình đối lưu nhiệt lịng Trái Đất Có dạng nguồn địa nhiệt :bồn trũng thủy địa nhiệt (hydrothermal reservoirs), lượng trái đất (earth energy), nước muối địa áp (geopressureed brine), đá khơ nóng (dry hot rock) magma Các ứng dụng Địa Nhiệt Địa nhiệt có ứng dụng sau: o Sản xuất điện năng: người ta khoan giếng xuống bể địa nhiệt để hút nước nước nóng cho việc vận hành turbine mặt đất, cách trực tiếp gián tiếp o Sử dụng trực tiếp: nguồn nước nóng gần bề mặt Trái Đất sử dụng trực tiếp nhiệt lượng Một số ứng dụng trực tiếp địa nhiệt là: hệ thống suởi, nhà kính, sấy thóc, làm ấm nước trại nuôi cá, số ứng dụng công nghiệp tiệt trùng sữa o Bơm địa nhiệt: hay biết bơm nhiệt từ lòng đất (ground-source heat pump), kỹ thuật lượng có hiệu suất cao ngày sử dụng rộng rãi hộ gia đình cơng sở Kỹ thuật ứng dụng việc điều hòa nhiệt độ cung cấp nước nóng Các vấn đề mơi trường khác a Sử dụng nguồn nước Các nhà máy nhiệt điện thường cần gallons nước ngọt/MWh Các nhà máy dạng binary air-cooled không sử dụng nước Như lượng nước dùng làm nguội turbine nhỏ so với nhà máy nhiệt điện khác, ví dụ 361 gallons/MWh cho nhà máy điện đốt than g Chất lượng nước Các chất lỏng sử dụng trình sản xuất điện bơm xuống trở lại bể địa nhiệt thơng qua giếng khoan có thành dày để tránh làm ô nhiễm nguồn nước ngầm 19 | P a g e h Sụp lún Sự sụp lún từ từ đất gây sử giảm áp bể địa nhiệt Để khắc phục tượng này, người ta sử dụng kỹ thuật injection để cân áp suất bể i Động đất cảm ứng Các hoạt động bơm hút injection trình vận hành nhà máy nhiệt điện gây chấn động có cường độ nhỏ, hay gọi vi chấn (microearthquake) j Thay đổi cảnh quan Rất nhiều nguồn địa nhiệt chưa khai thác có độ sâu lơn khơng có biểu trực tiếp bề mặt Các biểu bề mặt, có vai trị lớn việc xác định vị trí nguồn địa nhiệt, thường khơng sử dụng trình xây dựng phát triển nhà máy địa nhiệt Ảnh hường môi trường Ô nhiễm môi trường: Các nhà máy điện địa nhiệt thỏa mãn yêu cầu khắc khe tác động mơi trường thải khí hiệu ứng nhà kính Các nhà máy điện địa nhiệt thải phần nhỏ khí CO2, NO2 Sulfur, 1/50 luợng khí thải từ nhà máy nhiệt điện Các cột khói thường thấy bốc lên từ nhà máy nhiệt điện thật nước thải Độ tin cậy: nhà máy điện địa nhiệt có độ tin cậy cao hoạt động 24/24 Hầu hết nhà máy địa nhiệt hoạt động 95% thời gian Kết luận Địa nhiệt, nguồn lượng gần vô tận, có lịch sử khai thác thương mại 70 năm, từ thập kỷ qua công suất khai thác địa nhiệt sản xuất điện sử dụng trực tiếp đạt hàng trăm MW Cho đến năm 2000, địa nhiệt sử dụng 58 quốc gia giới với sản lượng điện 49 TWh/năm sản lượng sử dụng trực tiếp 51 TWh/năm Như vậy, địa nhiệt, với nguồn lượng dồi kỹ thuật khai thác phát triển hiệu quả, đóng góp phần quan trọng việc giảm thiểu lượng khí thải hiệu ứng nhà kính Việc đẩy mạnh phát triển tăng tính cạnh tranh địa nhiệt thời gian tất yếu địi hỏi hỗ trợ tích cực từ phía phủ quốc gia giới Tại Việt Nam, địa nhiệt giai đoạn nghiên cứu phát triển, với khai triển nhà máy địa nhiệt điện Hội Văn (Bình Định) Trong phương án 20 | P a g e phụ tải sở phụ tải cao khuôn khổ kế hoạch phát triển nguồn điện giai đoạn từ đến 2020, tổng công suất lắp đặt địa nhiệt điện Việt Nam ước tính 100 MW, chiểm 0,3% tổng công suất lắp đặt chung F Nhiên liệu hóa thạch I Tổng quan Nhiên liệu hóa thạch loại nhiên liệu tạo thành q trình phân hủy kỵ khí sinh vật chết bị chôn vùi cách 300 triệu năm Học thuyết phát sinh sinh vật Georg Agricola đưa vào năm 1556 sau Mikhail Lomonosov vào kỷ 18 Cơ quan thông tin lượng Hoa Kỳ (EIA) ước tính năm 2006 nguồn lượng nguyên thủy bao gồm 36,8% dầu mỏ, than 26,6%, khí thiên nhiên 22,9%, chiếm 86% nhiên liệu nguyên thủy sản xuất giới Các nguồn nhiên liệu khơng hóa thạch bao gồm thủy điện 6,3%, lượng hạt nhân 6,0%, lượng địa nhiệt, lượng mặt trời, lượng gió, nhiên liệu gỗ, tái chế chất thải chiếm 0,9% Tiêu thụ lượng giới tăng năm khoảng 2,3% Việc đốt nhiên liệu hóa thạch tạo khoảng 21,3 tỉ carbon dioxide hàng năm, lượng cacbon dioxit tăng 10,65 tỉ năm khí (một cacbon tương đương 44/12 hay 3,7 cacbon đioxit) XVII Sự quan trọng Nhiên liệu hóa thạch có vai trị quan trọng chúng dùng làm chất đốt để tạo lượng Việc sử dụng than làm nhiên liệu diễn lâu lịch sử Trước nửa sau kỷ 18, đốt gỗ than bùn để cung cấp nhiệt dân dụng Việc sử dụng nhiêu liệu hóa thạch phạm vi rộng, nhiên liệu than, theo sau dầu hỏa để vận hành động nước, đóng góp lớn cho cách mạng cơng nghiệp Vào thời gian đó, khí đốt sử dụng khí thiên nhiên khí than sử dụng rộng rãi Việc phát minh động đốt lắp đặt tơ xe tải làm tăng cao nhu cầu sử dụng xăng dầu diesel, hai loại đầu sản phẩm chưng cất từ nhiên liệu hóa thạch Các hình thức vận tải khác đường sắt hàng không địi hỏi sử dụng nhiên liệu hóa thạch Các nguồn tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch khác nhà máy điện cơng nghiệp hóa dầu Hắc ín sản phẩm lại sau chiết tách dầu, dùng làm vật liệu trải đường 21 | P a g e XVIII Các nguồn nhiên liệu Than đá (Coal) Than chất đá màu đen cứng Nó tạo thành từ carbon, hydro, oxy, nitơ khoản khác lưu huỳnh Than đá có nguồn gốc sinh hóa từ q trình trầm tích thực vật đầm lầy cổ cách hàng trăm triệu năm Phân bố than giới : Than dạng nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng phong phú nhất, tìm thấy chủ yếu Bắc Bán Cầu Các mỏ than lớn nằm Mĩ, Nga, Trung Quốc Ấn Độ Các mỏ tương đối lớn Canada, Đức, Balan, Nam Phi, Úc, Mông Cổ, Brazil Trữ lượng than Mĩ chiếm khoảng 23,6% giới Dầu khí thiên nhiên Dầu khí thiên nhiên có nguồn gốc từ trầm tích biển giàu xác bã động thực vật cách khoảng 200 triệu năm a Dầu mỏ (oil) Dầu mỏ hay dầu thô chất lỏng sánh đặc màu nâu ngả lục Dầu thô tồn lớp đất đá số nơi vỏ Trái Đất Dầu mỏ hỗn hợp hóa chất hữu thể lỏng đậm đặc Do nhẹ nước nên dầu xuất lộ thiên nhiều nơi, lồi người tìm thấy dầu ngàn năm TCN Mỏ dầu lớn giới thuộc khu lòng chảo Piceance Uinta (Mỹ) với khoảng 1.525 tỉ thùng 1.320 tỉ thùng phát vào năm 1912 k Khí thiên nhiên Khí thiên nhiên, hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần lớn hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon hyđrơKhí thiên nhiên, thường tìm thấy với mỏ dầu vỏ Trái Đất, khai thác tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung lượng giới l Các vấn đề mơi trường dầu mỏ khí thiên nhiên Dầu khí thiên nhiên thải CO2 vào khơng khí, góp phần vào hiệu ứng nhà kính mưa axit Dầu mỏ bị tràn biển gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đời sống sinh vật biển 22 | P a g e Các chất khí thải từ động xe ơtơ cịn gây khói quang hóa Ơ nhiễm khói quang hóa hạn chế tầm nhìn Chúng làm cay mắt, đau đầu, mệt mỏi, gây ho bệnh khác phổi Một số vấn đề khác liên quan đến trình khai thác, vận chuyển dầu cố tràn dầu đắm tàu, rị rỉ giếng khoan.Ơ nhiễm dầu gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường Đá phiến dầu cát chứa dầu a Đá phiến dầu Đá phiến dầu đá trầm tích giàu chất hữu thuộc nhóm nhiên liệu sapropel (trầm tích giàu chất hữu cơ, màu tối, có tỷ lệ hợp chất hữu vượt 2% trọng lượng) Con người sử dụng đá phiến dầu để làm nhiên liệu từ thời tiền sử Đá phiến dầu sử dụng để làm nhiên liệu chạy nhà máy nhiệt điện, đốt (giống đốt than) để làm quay tuốc bin nước; vài nhà máy kiểu sử dụng nhiệt để sưởi khu vực nhà dân trung tâm thương mại Đá phiến dầu dùng để xản suất sợi cacbon chuyên dụng, cacbon hấp phụ, cacbon đen, phenol, nhựa, keo, chất thuộc da, mát tít, bitum đường, xi măng, gạch, đá khối dùng trang trí xây dựng, chất bổ sung vào đất, phân bón, sợi cách nhiệt (cách âm), thủy tinh, dược phẩm m Cát chứa dầu Cát dầu loại tích tụ bitumen Loại cát có mặt cách tự nhiên dạng hỗn hợp cát sét, nước dạng dầu mỏ có độ nhớt tỷ trọng lớn Chúng tìm thấy với trữ lượng lớn số quốc gia giới, trữ lượng lớn tìm thấy Canada, Venezuela Trữ lượng cát dầu xem phần trữ lượng dầu giới năm gần đây, mà giá dầu tăng cao công nghệ cho phép khai thác loại sản phẩm sinh lợi 10 Băng cháy Mêtan hyđrat hay gọi nước đá cháy hay băng cháy dạng mê tan bị mắc kẹt cấu trúc tinh thể nước, tạo thành chất rắn tựa băng Xuất khu vực ngồi hệ mặt trời nơi có nhiệt độ thấp nước đá phổ biến.Trầm tích đáy đại dương trái đất Lõi băng sâu nam cực 23 | P a g e 11 Năng lượng đen (tối) Các nhà nghiên cứu USGS ước tính 85,4 tỷ tỷ khối khí tự nhiên chiết xuất từ khí hydrat vùng Bắc Alaska, đủ để sưởi ấm 100 triệu ngơi nhà vịng thập kỷ Ngày 12/3/2013Nhật Bản trở thành quốc gia giới thành công việc chiết xuất khí mê-tan từ Băng cháy’ - nguồn ‘vàng trắng” Có 90 quốc gia giới có trữ lượng băng cháy Các nước có trữ lượng băng cháy lớn Canada, Nga, Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc Năng lượng tối, vật chất tối, điều khó hiểu lĩnh vực vật lý: Đó phát khơng hiểu 24 | P a g e