I.Hiện tượng
Như chúng ta đã biết lồi người và cả các lồi sinh vật trên hành tinh này sinh sống và hoạt động được chủ yếu nhờ vào năng lượng.
Thức ăn mà chúng ta ăn vào sẽ cung cấp năng lượng để chúng ta hoạt động, chơi thể thao, đi học và để lớn lên. Các lồi dộng thực vật cũng cần cĩ năng lượng chúng mới cĩ thể tồn tại và lớn lên được. Và cịn một điều nữa là chúng ta muốn nấu cơm, bơm nước, mở tivi, tủ lạnh hay sử dụng bất cứ máy mĩc nào chúng ta cũng cần cĩ năng lượng thì mới sử dụng được. Vậy năng lượng là gì?
II.Cơ sở khoa học
- Năng lượng, theo cơng thức liên hệ đến khối lượng tồn phần E =mc2 trong lí thuyết tương đối của AnbeAnh-xtanh, là một thước đo khác của lượng vật chất. Nĩ là khối lượng nhân với một hằng số cĩ đơn vị là vận tốc bình phương. Do vậy, đơn vị đo năng lượng, trong hệ đo lường quốc tế là kg (m/s)2.
- Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh cơng. Cĩ nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hĩa năng, nhiệt năng...Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng thiên nhiên ta cĩ thể phân biệt năng lượng mặt trời, năng lượng giĩ, năng lượng nước…
-Năng lượng nĩi chung được định nghĩa là năng lực làm vật thể hoạt động.
2. Phân loại
- Như định nghĩa thứ hai, chúng ta sẽ dựa vào nguồn cung cấp năng lượng để phân loại năng lượng làm 2 loại:
+ Năng lượng chuyển hĩa tồn phần.
+ Năng lượng tái tạo dựa trên đặc tính của nguồn thiên liệu sinh ra nĩ. Ngồi ra cịn cĩ một số dạng năng lượng khác.
+ Làm tăng nhiệt độ của Trái Đất thơng qua chất thải CO2 phát sinh từ việc đốt than, dầu và khía. Người ta dự đốn rằng, nếu nhân loại cứ tiếp tục đốt những nhiên liệu hĩa thạch như hiện nay và khí CO2 vẫn tiếp tục tăng lên, thì sau 100 năm, nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng lên 2 độ và gây ảnh hưởng rất lướn đối với Trái Đất.
+ Nhiên liệu hĩa thạch, dầu, than. Khí tự nhiên khi đốt cháy sẽ thải ra oxit sunfua, oxit nito, là nguyên nhân tạo ra hiện tượng mưa axit, gây ra tác hại to lớn đối với động thực vật trên Trái Đất.
Nếu khơng được quan tâm đúng mức từ cơ quan quản lí và chính quyền, mơi trường cục bộ địa phương cũng như trên tồn bộ bề mặt của Trái Đất sẽ bị tàn phá một cách nghiêm trọng và đời sống của con người sẽ bị ảnh hưởng rất lớn.
b) Tình hình sử dụng
- Cho đến nay, con người đã sử dụng một lượng rất lướn nhiên liệu hĩa thạch như than đá và dầu để đẩy mạnh quá trình phát triển kinh tế và hiện đang phải phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hĩa thạch.
- Người ta cho rằng cịn cĩ thể khai thác. +Dầu trong 40 năm nữa.
+ Khí tự nhiên trong khoảng 60 năm. + Than khoảng 230 năm.
Năng lượng từ nhiên liệu nguyên tử
- Nguồn nguyên liệu chính: Năng lượng nguyên tử được sản sinh từ Uranium thơng qua những quá trình phản ứng chuỗi liên kết.
- Một lượng nhiệt khổng lồ được sinh ra trong quá trình bẻ gãy cơ chế vật lí của phân tử Uranium-235 được dung để đun sơi nước. Hơi nước sinh ra ở nhiệt độ cao tạo thành dịng, tác động vào những cánh quạt của tuabin để quay máy phát điện. Dịng điện được sản sinh ra và truyền tải đến người tiêu dùng để phục vụ các nhu cầu của đời sống.
a) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Là nguồn năng lượng sạch, khơng sản sinh ra khĩi và khí CO2, gĩp phần làm giảm hiêu ứng nhà kính.
+ Các nước cung cấp Uranium, nhiên liệu cho điện hạt nhân, chủ yếu là Canada,
Oxtraylia, đều là những nước cĩ tình hình chính trị ổn định và cĩ thể cung cấp ổn định. + Nhiên liệu sử dụng tương đối rõ, dễ vận chuyển và bảo quản.
Sản sinh ra một nhiệt lượng khổng lồ nhưng chỉ hình thành lượng chất thải rất nhỏ. + Đặc biệt và trên hết là khả năng sinh nhiệt của nhiên liệu nguyên tử rất ổn định, gần như là 100%.
- Nhược điểm:
+ Lượng khí thải nhỏ nhoi mà nĩ sinh ra trong và sau quá trình chuyển hĩa sang năng lượng hữu ích như điện rất nguy hiểm và cĩ thể tồn tại hàng tram năm, thậm chí hang ngàn năm.
- Tại vùng Đơng Nam Á, hướng phát triển năng lượng hạt nhân đã được ba quốc gia là Việt Nam, Thai Lan và Indonexia xác đinh khi cĩ kế hoạch xây dựng nhà máy điện nguyên tử từ nay đến năm 2020.
- Trong khi đĩ, một số ngước Đơng Nam Á khác cĩ trình độ phát triển cao hơn lại khơng mặn mà với năng lượng này. Điển hình là Singapore, khơng hề cĩ bất cứ cơ sở hạt nhân nào, trong lúc Philippin đã quyết định đình chỉ chương trình điện hạt nhân, cho dù đã cĩ một nhà máy sẵn sang hoạt động.
- Theo thống kê của trung tâm thơng tin về Uranium, thuộc Hiệp hội Uranium của Oxtraylia thì Indonexia sẽ cĩ tất cả là 4 nhà máy điện hạt nhân và 3 lị phản ứng để thì nghiệm. Việt Nam dự tính xây dựng 2 nhà máy và hiện đang cĩ 1 lị phản ứng để thí nghiệm tại Đà Lạt. Thái Lan cũng dự tính xây thêm một lị phản ứng hạt nhân bên cạnh một lị khác đang vận hành.
Năng lượng tái sử dụng
Đây là dạng năng lượng mà năng lượng của nĩ được sử dụng gần như là vơ tận đối với đời sống của con người. Mặt trời là nguồn cung cấp ánh sáng, sức nĩng, giĩ… gần như vơ tận cho Trái Đất chúng ta. Hơi nĩng từ long đất, nước chảy trên bề mặt quả địa cầu… tất cả là một nguồn nguyên liệu vơ cùng tận đang chờ con người sử dụng để phục vụ cho đời sống về lâu dài.
Năng lượng từ Mặt trời
Đây là một dạng năng lượng mà Mặt Trời cung cấp cho chúng ta từ ngàn xưa. Nhờ ánh sáng của Mặt Trời mà chúng ta cĩ thể nhìn thấy vạn vật cũng như nhờ sức nĩng mà con người bao đời nay cĩ thể phơi khơ quần áo, phơi lúa, trồng cây … Cho đến gần đây, sức nĩng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng vào vệc chuyển hĩa sang nhiệt năng, điện năng phục vụ nhu cầu của cuộc sống. Sức nĩng của ánh nắng mặt trời được tập trung lị bằng những thiết bị đặc biệt để đun nĩng nước, sử dụng trong gia đình hay tạo ra hơi nước để sản xuất điện cho tiêu dung.
- Ưu điểm:
+ Đây là nguồn năng lượng vơ cùng tận và gần như hồn tồn miễn phí cũng như khơng sản sinh ra chất thải hủy hoại mơi trường.
+ Địi hỏi những đầu tư rất lướn cho thiết bị nhưng lại chỉ chuyển hĩa được một lượng rất nhỏ năng lượng từ Mặt Trời sang dạng hữu ích.
+ Với tính chất tự nhiên, loại năng lượng mặt trời khơng ổn định đủ để những thiết bị điện và điện tử cĩ thể sử dụng một cách an tồn và hiệu quả. Hiện nay, chúng ta cĩ rất nhiều sản phẩm sử dụng năng lượng Mặt Trời.
Năng lượng từ giĩ
- Sự chuyển động của khơng khí dưới sự chênh lệc áp suất khí quyển tạo ra giĩ nên đây cũng là một nguồn năng lượng vơ cùng tận so với đời sống con người.
- Năng lượng giĩ đã được dung để bơm nước và chạy thuyền buồm từ hang ngàn năm trước. Tuy nhiên, gần đây sức giĩ đang được dung để đấy cách quạt chạy máy phát điện phục vụ đời sống con người.
a) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Là nguồn năng lượng khơng bao giờ cạn và miễn phí.
+ Khơng tạo ra chất thải ơ nhiễm mơi trường và gần như rất thích hợp cho những khu vực xa đơ thị, nơi mà điện lưới quốc gia khĩ cĩ thể vươn tới.
- Nhược điểm:
+ Như năng lượng Mặt Trời, loại hình năng lượng này cũng địi hỏi đầu tư khá cao. + Lệ thuộc vào tự nhiên.
b) Tình hình sử dụng
- Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật , loại hình năng lượng này đã xuất hiện nhiều ở những nước cơng nghiệp cao và hứa hẹn một khả năng kinh doanh tốt.
- Nước cĩ năng lượng điện giĩ tốt nhất là Đức (chiếm 1,5-2% tổng lượng điện năng quốc gia), sau đĩ là Hà Lan, Thụy Điển, Đa Mạch và Ấn Độ.
- Rào cản chủ yếu đối với vệc phát triển phong điện ở Việt Nam chính là sự thiếu thơng tin về trữ lượng giĩ. Gần đây, một số cơng ty nước ngồi đến Việt Nam để
tìm cách khia thác phong điện. Nhưng vì chưa đủ số liệu cần thiết nên họ chưa cĩ sự đầu tư nào đáng kể.
Năng lượng thủy triều
Năng lượng thủy triều ứng dụng dịng thủy triều lên xuống để làm quay cánh quạt chạy máy phát điện.
a) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Là một dạng năng lượng sạch, cĩ nguồn nhiên liệu vơ tận và miễn phí.
+ Khơng sản sinh ra chất thải làm hại mơi trường và khơng địi hỏi sự bảo trì cao.
+ Khác với mơ hình năng lượng Mặt Trời và năng lượng giĩ, năng lượng thủy triều khá ổn định vì thủy triều trong ngày cĩ thể được dự báo chính xác.
- Nhược điểm:
+ Địi hỏi một lượng đầu tư lớn cho thiết bị xây dựng và đồng thời làm thay đổi điều kiện tự nhiên của một diện tích rất rộng.
+ Ngồi ra, mơ hình nay chỉ hoạt động được trong thời gian ngắn trong ngày khi cĩ thủy triều lên xuống và cũng rất ít nơi trên thế giới cĩ địa hình thuận lợi để xây dựng nguồn năng lượng này hiệu quả.
b) Tình hình sử dụng.
- Trên tồn thế giới, năng lượng này khoảng kW/năm . Chúng ta cĩ tiềm năng lớn về năng lượng này, với bờ biển dài 3500km. Các nhà máy điện thủy triều cĩ thể được xây dựng trong tương lai để sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng này.
Năng lượng sức nước
Nước được lưu trữ lại trong hồ bởi những đập ngăn nước khổng lồ. Khi nước chảy tự do từ trên cao xuống sẽ tạo ra một năng lượng nhất định. Năng lượng đĩ sẽ lagm quay tuabin cua máy phát điện và tạo ra điện năng để sử dụng.
+ Nhiên liệu được sử dụng gần như vơ tận và ít địi hỏi bảo trì. + Khơng tạo ra chất thải hủy hoại mơi trường.
+ Điện năng được sinh ra từ mơ hình này cĩ tính ổn định cao đồng thời cĩ khả năng tăng và giảm lượng điện tức thì nên được ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng như chiếm một phần quan trọng nhất trong lưới điện Việt Nam ở thời điểm hiện tại.
- Nhược điểm:
+ Đầu tư cho loại năng lượng này khá tốn kém.
+ Đồng thời việc xây đạp ngăn nước thay đổi rất lớn đến mơi trường sinh thái của thượng nguồn và hạ nguồn.
+ Loại mơ hình này thường mang theo một số tác dụng phụ như đều tiết nước và chống lũ nhưng chính bản than nĩ cũng tiềm ẩn nhưng ảnh hưởng tiêu cực đến việc điều tiết nước và gây lũ khơng cần thiết nếu khơng được thiết kế hợp lí.
+ Ngồi ra, sự thiếu hụt điện năng trên tồn cầu đã đẩy mạnh việc xây dựng nhà máy thủy điện trong những năm qua. Nguồn nước sử dụng bắt đầu trở nên khan hiếm. Nếu khơng cĩ những biện pháp thích hợp để cải thiện thì những ưu điểm của mơ hình này sẽ trở thành những tác nhân gây ảnh hưởng xấu đến xã hội.
Năng lượng từ sĩng biển
Giĩ thổi trên mặt biển tạo ra những cơn song khơng ngừng. Đây là một nguồn năng lượng dồi dào nhưng lại trải rộng nên khĩ gom chúng lại để chuyển đổi sang năng lượng hữu ích.
a) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Là một dạng năng lượng vơ cùng tận, khơng tạo chất thải. + Khơng địi hỏi bảo trì cao và hồn tồn miễn phí.
+ Sĩng biển gần như khơng thể dự đốn nên sự lệ thuộc của loại mơ hình này vào tự nhiên quá lớn. Ngồi ra, khơng phải nơi nào cũng thích hợp xây dựng mơ hình năng lượng này cũng như tiếng ồn của nĩ sẽ rất cao.
b) Tình hình sử dụng
Xuất hiện những năm 1970, việc sử dụng năng lượng song hiện nay phát triển nhanh chĩng, đi đầu là nước Anh.
Năng lượng từ lịng đất ( năng lượng địa nhiệt)
Năng lượng đến từ lịng đất đẫ xuất hiện lâu đời qua các trạng thái như núi lửa, hồ nước nĩng, suối nĩng… Theo lí thuyết cứ vào sâu long đất 36m thì sẽ tăng thêm 1⁰C và nhiệt độ tại tâm Trái Đất cĩ thể lên tới 6000⁰C. Nước được bơm xuống khu vực cĩ nhiệt độ cao và luồng hơi nước đi lên từ lịng đất sẽ đĩng gĩp vào quá trình chuyển hoa năng lượng từ nhiệt sang điện năng để sử dụng hoặc được sử dụng trực tiếp nguồn nhiệt đĩ.
a) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Khơng chiếm diện tích rộng nên ít ảnh hưởng đến sinh thái.
+ Khơng tạo ra chất thải và khí thải gĩp phần cải tạo mơi trường và hiệu ứng nhà kính. + Nguồn nhiên liệu ở đây cũng hồn tồn miễn phí.
- Nhược điểm:
+ Để tìm địa điểm thích hợp cho mơ hình này khơng dễ mà địi hỏi kĩ thuật thăm dị và kĩ nghệ cao.
+ Mơ hình này cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro như nhiệt năng cĩ thể bị cạn trong thời gian rất ngắn và những loại khí đọc từ lịng đất cĩ thể đi ra ngồi từ những đường khoan gây mất an tịn cho xã hội.
b) Tình hình sử dụng
- Nguồn điện năng này hiện đang được sản xuất tại 24 quốc gia và trên tất cả các lục địa trừ Nam cực, đáp ứng đủ nhu cầu cho khoảng 60 triệu dân trên thế giới. Năm 2003, điện địa nhiệt đã sản xuất 57000GWh.
- Mĩ tiếp tục là quốc gia đi đầu về sản xuất điện địa nhiệt, chiếm 32% cơng suất tồn thế giới.
Năng lượng sinh khối
Năng lượng từ sự thiêu hủy chất thải hữu cơ cĩ thể được sử dụng để chuyển hĩa sang năng lượng hữu ích. Loại năng lượng này được để ý và phát triển nhiều nơi trên thế giới.
- Ưu điểm:
+ Nhiên liệu cho dạng năng lượng này là chất thải nên giá thành rẻ.Tuy khơng phải là nguồn năng lượng tự nhiên vơ tận nhưng nĩ lại được sinh ra vơ tận trong cuộc sống của con người.
- Nhược điểm:
+ Xử lí chất thải cũng là một vấn đề cần thiết mà cúng ta đang đối mặt hiện nay.
+ Để cĩ được chất thải thích hợp cho sử dụng khơng phải là chuyện dễ dàng mà địi hỏi nhiều tốn kém.
Các dạng năng lượng khác 1. Thủy điện tích năng.
Thủy năng tích điện là một loại mơ hình kĩ thuật khơng trực tiếp sản sinh ra điện năng từ nhiên liệu mà tích tụ năng lượng khi dư thừa để sử dụng khi cần thiết. Đây là một trong những phương pháp san tải mà các cơng ty điện hay sử dụng. Thơng thường thì nước được bơm lên một hồ cao vào giờ thấp điểm, khi năng lượng dư thừa. điện năng được tích tụ và trử về dưới dạng trọng lực để làm quay máy phát điện khi cần thiết.
- Ưu điểm:
+ Khơng gây ơ nhiễm mơi trường vì khơng sinh chất thải hay khí thải.
+ Để xây dựng được mơ hình này khơng địi hỏi diện tích quá lớn nhưng lại cĩ khả năng tương tác vào lưới điện rất ổn định và nhanh chĩng.
+ Mơ hình năng lượng này dễ dàng kết hợp với các mơ hình khác cũng như dễ ứng dụng khoa học kĩ thuật để nâng cao hiệu quả kinh tế và kĩ thuật.
- Nhược điểm:
+ Đầu tư cho mơ hình này khá tốn kém, sự tổn hao trong việc tích tụ và chuyển đổi rất