 I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO 1. Năng lƣợng tái tạo là gì? Năng lƣợng tái tạo hay năng lƣợng tái sinh là năng lƣợng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con ngƣời là vô hạn. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lƣợng tái tạo là tách một phần năng lƣợng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trƣờng và đƣa vào sử dụng trong kỹ thuật. Các nguồn năng lƣợng này chủ yếu là đƣợc thúc đẩy từ Mặt trời. Năng lƣợng tái tạo còn đƣợc hiểu là những nguồn năng lƣợng hay những phƣơng pháp khai thác năng lƣợng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con ngƣời thì là vô hạn. Vô hạn ở đây ta hiểu theo 2 nghĩa: + Hoặc là năng lƣợng tồn tại nhiều đến mức không thể trở nên cạn kiệt vì sự sử dụng của con ngƣời: năng lƣợng Mặt trời. + Hoặc là năng lƣợng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục. Việc sử dụng khái niệm tái tạo theo cách nói thông thƣờng là dùng để chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con ngƣời là ngắn đi rất nhiều (ví dụ nhƣ khí sinh học so với năng lƣợng hóa thạch). Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lƣợng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể cung cấp năng lƣợng cho con ngƣời và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trƣởng. Luồng gió thổi, dòng nƣớc chảy và nhiệt lƣợng của Mặt Trời đã đƣợc con ngƣời sử dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nƣớc nhìn theo phƣơng diện sử dụng kỹ thuật và theo phƣơng diện phí tổn sinh thái. 2. Các nguồn năng lƣợng tái tạo Trong đời sống và tự nhiên tồn tại rất nhiều loại năng lƣợng tái tạo. Cùng với sự tiến bộ và phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng có thêm những loại năng lƣợng tái tạo mới đƣợc nghiên cứu và phát triển để thay thế cho các nguồn năng lƣợng có sẵn nhƣng đã và đang dần bị cạn kiệt:  Năng lƣợng mặt trời  Năng lƣợng gió  Năng lƣợng thủy triều  Năng lƣợng sóng  Năng lƣợng nguyên tử  Năng lƣợng thủy điện  Năng lƣợng sinh khối  Năng lƣợng địa nhiệt…. 3. Tầm quan trọng của năng lƣợng tái tạo – tầm quan trong toàn cầu a) Các mô hình tính toán trên lý thuyết Năng lƣợng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lƣợng hóa thạch và năng lƣợng nguyên tử. Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất chuyển đổi là 10% và trên một diện tích 700 x 700 km ở sa mạc Sahara thì đã có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu năng lƣợng trên toàn thế giới bằng cách sử dụng năng lƣợng mặt trời. Trong các mô hình tính toán trên lý thuyết ngƣời ta cũng đã cố gắng chứng minh là với trình độ công nghệ ngày nay, mặc dù là bị thất thoát công suất và nhu cầu năng lƣợng ngày một tăng, vẫn có thể đáp ứng đƣợc toàn bộ nhu cầu về năng lƣợng điện của châu Âu bằng các tuốc bin gió dọc theo bờ biển phía Tây châu Phi hay là bằng các tuốc bin gió đƣợc lắp đặt ngoài biển (off-shore). Sử dụng một cách triệt để các thiết bị cung cấp nhiệt từ năng lƣợng mặt trời cũng có thể đáp ứng nhu cầu nƣớc nóng. b) Tái tạo như thế nào Các nguồn năng lƣợng tái tạo đƣợc đặt tên nhƣ vậy bởi vì, ngoài năng lƣợng địa nhiệt và thủy triều, nó đƣợc bổ sung liên tục bởi ánh sáng mặt trời. Năng lƣợng mặt trời sƣởi ấm không đồng đều của bề mặt trái đất gây ra gió. Ánh sáng mặt trời cũng nhiên liệu chu kỳ nƣớc, mà đƣợc khai thác thông qua thủy điện, trong đó có đập thủy điện và các hệ thống ít xâm lấn mà dòng khai thác hoặc các dòng hải lƣu. Nhiên liệu sinh học đang phát triển sử dụng ánh sáng mặt trời. Năng lƣợng địa nhiệt đƣợc coi là tái tạo bởi vì phân rã phóng xạ trong lõi của Trái Đất, mà không hy vọng để làm mát xuống bất cứ lúc nào sớm, sản xuất nó. Lực hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng gây ra thủy triều. c) Khả năng tiếp cận Than đá, khí tự nhiên và dự trữ dầu là hữu hạn và ẩn. Một số lƣợng không rõ và hạn chế của mỗi tài nguyên đƣợc chôn sâu dƣới lòng đất hay dƣới đại dƣơng. Khi có thêm đƣợc thu hoạch, tìm kiếm các nguồn mới trở nên khó khăn hơn và tốn kém hơn, và khai thác chúng trở nên khó khăn hơn và đôi khi nguy hiểm là tốt. Dự trữ biên, nhƣ dầu cát, đòi hỏi phải đốt một lƣợng lớn khí tự nhiên để tinh chỉnh chúng thành dầu có thể sử dụng. Khoan dƣới đáy đại dƣơng có thể dẫn đến tai nạn thảm khốc, chẳng hạn nhƣ các công ty BP tràn dầu năm 2010. Năng lƣợng tái tạo, ngƣợc lại, là dễ dàng để tìm thấy nhƣ gió và ánh sáng mặt trời d) Độ tin cậy, ổn định và an toàn Giá hàng ngày của dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm ổn định chính trị trong khu vực biến động lịch sử. Xung đột chính trị đã gây ra cuộc khủng hoảng năng lƣợng, bao gồm cả những ngƣời đã xảy ra trong năm 1973 và 1979. Năng lƣợng tái tạo có thể đƣợc sản xuất trong nƣớc và do đó không dễ bị biến động chính trị xa xôi. Nhiều ngƣời trong số những mối quan tâm an toàn xung quanh nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn nhƣ các vụ nổ trên giàn khoan dầu và các mỏ than bị sụp đổ, không còn tồn tại với năng lƣợng tái tạo. e) Ô nhiễm Hình 1.1 Sự ô nhiễm môi trường do khí thải của các ngành công nghiệp Năng lƣợng tái tạo là xanh sạch hơn so với nhiên liệu hóa thạch. Khai thác than và dầu mỏ thăm dò và tinh chế sản xuất chất thải độc hại rắn, chẳng hạn nhƣ thủy ngân và các kim loại nặng khác. Việc đốt than để sản xuất điện sử dụng một lƣợng lớn nƣớc, thƣờng thải thạch tín và chì vào nƣớc bề mặt và phát hành carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen oxides và thủy ngân vào không khí. Xăng dầu và các sản phẩm dầu mỏ gây ô nhiễm tƣơng tự. Các chất ô nhiễm gây ra các bệnh về đƣờng hô hấp và tử vong ở ngƣời, tạo ra mƣa axit làm tổn hại tới các tòa nhà và phá hủy các hệ sinh thái mong manh, và làm suy yếu tầng ozone. f) Khí hậu thay đổi Hình 1.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu đến môi trường Sự đồng thuận mạnh mẽ trong các quốc gia cộng đồng khoa học biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu đang diễn ra và đƣợc gây ra bởi con ngƣời sản xuất carbon dioxide và các khí nhà kính khác. Biến đổi khí hậu cũng có thể gây tổn hại nông nghiệp, gây ra sự tuyệt chủng trên diện rộng, nguồn cung cấp nƣớc sạch imperil và hỗ trợ sự lây lan của các bệnh nhiệt đới. II. SỬ DỤNG CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO 1. Thực trạng của việc sử dụng năng lƣợng Trữ lƣợng của các loại năng lƣợng trên thế giới  Năng lƣợng từ than đá chiếm   Năng lƣợng từ khí thiên nhiên chiếm   Năng lƣợng từ dầu thô chiếm   Năng lƣợng từ hạt nhân chiêm   Năng lƣợng thủy điện chiếm   Các nguồn năng lƣợng khác  Nhƣ vậy nguồn năng lƣợng từ hóa thạch chiêm tới  năng lƣợng sử dụng trên thế giới, trong khi đó nguồn năng lƣợng mặt trời và năng lƣợng gió chỉ chiếm dƣới . Chúng ta nhận thấy một điều rằng: tỷ lệ sử dụng nguồn năng lƣợng tăng một cách nhanh chóng trong các thế kỷ trƣớc. Điều này kết hợp với sự tăng nhanh về dân số dẫn đén một kết luận không thể tránh đƣợc rằng chúng ta đã và đang đối mặt với một thách thức nghiêm trọng nếu chúng ta tiếp tục duy trì xu hƣớng sử dụng năng lƣợng nhƣ vậy trong tƣơng lai. Để giảm thiểu và cấp bách giải quyết những vấn đề trên các nƣớc đã và đang phát triển tiến hành nghiên cứu và ứng dụng khai thác sử dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo có sẵn trong thiên nhiên. 2. Việc sử dụng năng lƣợng tái tạo hiện nay trên thế giới Cơ quan Năng lƣợng Quốc tế (IEA) vừa cho biết năng lƣợng tái tạo đang ngày càng phát triển nhanh trên toàn thế giới và trong tƣơng lai sẽ thay thế khí đốt tự nhiên trở thành nguồn tạo ra điện nhiều thứ hai thế giới, sau than đá vào năm 2016. Các quốc gia đang phát triển đang xây dựng thêm các nhà máy điện sử dụng năng lƣợng gió, Mặt trời và thủy điện để đáp ứng nhu cầu về điện ngày một tăng cao và giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng tại địa phƣơng. Thêm vào đó, giá thành năng lƣợng tái tạo đang tụt xuống mức thấp hơn so với chi phí sử dụng các nguồn nhiên liệu truyền thống nhƣ than, khí đốt tự nhiên và dầu lửa tại một số thị trƣờng có giá trị điện cao. Năng lƣợng tái tạo, trong đó có thủy điện, đang là lĩnh vực năng lƣợng phát triển nhanh nhất và dự kiến sẽ tăng khoảng 40% trong năm năm tới. Thủy điện hiện chiếm 80% năng lƣợng tái tạo trên toàn cầu, song việc xây dựng các đập thủy điện có thể ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ sinh thái trên các dòng sông. Các nguồn năng lƣợng khác nhƣ gió, năng lƣợng Mặt trời, địa nhiệt và nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật cũng đƣợc dự kiến sẽ phát triển nhanh chóng, song những nguồn này mới đóng góp một phần nhỏ cho thị trƣờng năng lƣợng toàn cầu. Những công nghệ sử dụng để tạo ra các nguồn năng lƣợng đó sẽ cung cấp 8% tổng năng lƣợng toàn cầu vào năm 2018, tăng so với tỷ trọng 4% trong năm 2011 và 6% trong năm 2006. Việc sử dụng nhiên liệu sinh học dự kiến sẽ tăng, mặc dù với tốc độ chậm hơn so với năng lƣợng điện tái tạo, một phần vì các công ty đã không thành công trong việc phát triển loại nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải thực vật và cây trồng mang quy mô thƣơng mại. Phần lớn các nhiên liệu sinh học đƣợc sử dụng hiện nay là cồn ethanol làm từ cây mía hay ngô. Nhiên liệu sinh học ƣớc tính sẽ tăng 25% vào năm 2018 lên 2,4 triệu thùng/ngày. Các nƣớc đang phát triển, dẫn đầu là Trung Quốc, sẽ chiếm 2/3 sự gia tăng về năng lƣợng tái tạo trên toàn cầu. Tăng trƣởng ở châu Âu và Mỹ dự kiến sẽ chậm lại, mặc dù Tổng thống Mỹ Barack Obama đã phác thảo một kế hoạch khuyên khích đầu tƣ đổi mới các nguồn năng lƣợng tái tạo. Giám đốc điều hành IEA Maria van der Hoeven nói rằng trở ngại lớn nhất đối với sự phát triển năng lƣợng tái tạo là việc thay đổi các chính sách năng lƣợng làm tăng rủi ro cho các nhà đầu tƣ. Theo ƣớc tính của IEA, số tiền cho trợ cấp nhiên liệu hóa thạch trên thế giới đang nhiều hơn 6 lần so với những ƣu đãi dành cho năng lƣợng tái tạo. III. NĂNG LƢỢNG THỦY TRIỀU 1. Tổng quan về năng lƣợng thủy triều Hình 1.3 Năng lượng từ các đợt thủy triều Tại Việt Nam, năng lƣợng thủy triều và sóng biển chiếm trữ lƣợng vào khoảng 1,6 tỷ kWh/năm và tập trung chủ yếu ở các vùng bờ biển tỉnh Quảng Ninh (1,3 kWh/năm), phần còn lại có thể đƣợc khai thác với một số lƣợng nhỏ trong vùng hạ lƣu của hệ thống sông Cửu long. Với những ƣu điểm nhƣ giá thành thấp, không gây ô nhiễm môi trƣờng các nguồn năng lƣợng thủy triều đƣợc xem là một nguồn năng lƣợng thay thế hữu ích và đƣợc nhiều nƣớc chú trọng phát triển. Để thu đƣợc năng lƣợng từ thủy triều ngƣời ta lợi dụng sự dâng lên rồi hạ xuống của mực nƣớc thủy triều để làm quay turbine. Nó tƣơng tự nhƣ trong thủy điện, ngƣời ta tiến hành xây dựng đập để chứa nƣớc khi thủy triều lên cao và xả đập khi thủy triều hạ xuống để làm quay turbine của nhà máy phát điện nhờ vào động năng của dòng nƣớc Cả hai dang năng lƣợng thủy triều và thủy điện đã đƣợc ứng dụng vào sử dụng từ nhiểu thế kỷ trƣớc.Vào thế kỷ 18, nhà máy năng lƣợng nƣớc đƣợc vận hành nhờ sự lên xuống của thủy triều đƣợc xây dựng ở New England. Bơm nƣớc cống rãnh dùng năng lƣợng thủy triều ở Hamburg (Đức) năm 1880.Đặc biệt bơm nƣớc hoạt động nhờ năng lƣợng thủy triều lắp đặt dƣới cầu London đã hoạt động suốt 2,5 thế kỷ. Nguồn năng lƣợng thủy triều này đƣợc đánh giá là rất có tiềm năng vì có khả năng sản xuất ít nhất 1,3 tetra Walt (1300 tỷ Walt) tƣơng đƣơng với công suất của toàn bộ ngành điện trên thế giới Nhƣ vậy, sản xuất điện từ thủy triều có nhiều lợi thế rất lớn, chẳng hạn giúp cải thiện giao thông (dập chắn dùng làm cầu) và không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên có một số tác động đã làm thay đổi môi trƣờng đã làm cho thủy triều trở nên ích hấp dẫn :  Làm thay đổi thủy triều ở khu vực cửa sông có dập chắn, sự thay đổi này khó có thể dự đoán đƣợc làm cho mức thủy triều tăng hoặc giảm.  Thủy triều thay đổi tác động rõ nét tới quá trình lắng đọng bùn cát, làm thay đổi độ đục của nƣớc, hình thái lƣu vực cửa sông và biến hình đƣờng bờ ven biển. 2. Thủy triều và nguyên nhân hình thành a) Thủy triều Hình 1.4 Hiện tượng thủy triều trong tự nhiên [...]... mức triều lớn nhất thế giới, độ chênh lệch có thể lên đến 16m Bằng cách xây đập bắc ngang qua vịnh, ta có thể điều khiển đƣợc nguồn năng lƣợng này để tạo ra điện năng d) Mô hình tạo ra điện năng nhờ năng lượng thủy triều  Sơ đồ cơ chế vận hành Hình 1.3 Sơ đồ cơ chế vận hành cùa trạm phát điện từ năng lượng thủy triều  Nguyên lý vận hành Một lòng chảo thủy triều (tidal basin) là một hồ chứa đầy và. .. lần triều cao và thấp trong một ngày do sự tự quay của trái đất quanh trục của nó c) Hiện tượng triều cường và triều kiệt Có hai hiện tƣơng triều cƣờng và triều kiệt, nó xảy ra theo chu kỳ 14 ngày Hình 1.5 Triều cường  Triều cường: Thủy triều cực đại xảy ra khi ảnh hƣởng của lực hấp dẫn là lớn nhất, khi đó mặt trăng, mặt trời và trái đất gần nhƣ thẳng hàng Do đó thủy triều xảy ra khi trăn tròn và trăng... đầy và cạn khi thủy triều lên và xuống Khi nƣớc qua các cửa mở của đập, nó chảy trực tiếp vào các cánh tuabin nƣớc và phát ra điện Tại đỉnh điểm thủy triều, cửa đóng và nƣớc đƣợc giữ lại trong basin Thủy triều hạ dần, cửa mở ra và nƣớc lại chảy qua các tuabin trở về đại dƣơng, quay tuabin và phát điện Nguyên lý vận hành của nó củng tƣơng tự nhƣ turbine thủy điện dùng trong các nhà máy thủy điện Nhƣng... nƣớc đó để tạo ra điện năng Hình 1.6 Triều kiệt  Triều kiệt: Thủy triều kiệt xảy ra khi ảnh hƣởng của sức hút là thấp nhất, khi đó đƣờng thẳng nối từ trái đất và mặt trăng tạo thành góc so với đƣờng thẳng nối từ trái đất và mặt trời Bình thƣờng, sự chênh lệch mực nƣớc giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m Tuy nhiên, một số vùng bờ biển với vịnh hẹp có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mực nƣớc triều Ví... ) là: ] 3 Chênh lệch giữa triều cƣờng và triều kiệt (khoảng cách ) Dòng thủy triều thay đổi từ nơi này đến nơi khác trên trái đất Các dòng thủy triều chịu sự ảnh hƣởng của các điều kiện tự nhiên và độ sâu của dòng nƣớc Các ảnh hƣởng này sẽ tạo ra chi phí rất lớn cho việc xấy dựng đập và nhà máy phát điện Nhƣ đã trình bày ở phần trên, chênh lệch độ cao giữa triều cƣờng và triều kiệt là 0,5m Nhƣng ờ... tính năm khác của nhà máy Rance là các lƣu vực phía sau đập thủy triều đƣợc sử dụng để lƣu trữ nƣớc thành bơm Hình 2.2 Nhà máy điện thủy triều công suất 240MW trên sông Rance Ở thời kỳ của nhu cầu điện năng thấp và thủy triều cao, năng lƣợng dƣ thừa từ lƣới điện đƣợc sử dụng để bơm nƣớc vào lƣu vực nâng cao độ chừa nƣớc lên gần 0,5m trên mực thủy triều cao  Ở Nga: Đƣợc xây dựng tại Kislaya Guba, trên... dụng năng lƣợng thủy triều thì: + Cần có hồ chứa nƣớc khi thủy triều dâng cao và để thoát ra khi thủy triều hạ xuống Tùy theo công suất phát của turbine ta có thể tính toán diện tích chứa của hồ hợp lí sao cho khi nƣớc trong hồ vừa xả ra hết thì lúc đó là lúc thủy triều bắt đầu lên + Hồ chứa có thể làm loại 1 hồ chứa có điệu tiết và không điều tiết, 2 hồ chứa có điều tiết,… tùy theo mục đích sử dụng và. .. NĂNG PHÁT TRIỂN TRONG TƢƠNG LAI 1 Trên thế giới Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều quốc gia ứng dụng và phát triển sản xuất điện từ năng lƣợng thủy triều + Nhà máy điện La Rance tại Pháp với công suất 240MWh là một trong những nhà máy điện thủy triều lớn nhất thế giới hiện nay + Hàn quốc đã xây dựng nhà máy điện thủy triều Garorimman để biến bờ biển phía Tây nƣớc này thành vành đai năng lƣợng thủy. .. diện thủy triều nhƣ: mật độ năng lƣợng , tiềm năng , hiệu suất Việt Nam có đƣờng bờ biển dài với hàn nghìn hòn đảo lớn nhỏ nên có thể nói nguồn năng lƣợng từ sóng biển vả thủy triều là rất lớn, đặc biệt là ở miền Trung và các đảo Với một hệ thống sông ngòi chằng chịnh, Miền Nam và Đồng bằng Sông Cửu Long cũng là nơi có tiềm năng để phát triển rất lớn II ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA VIỆC KHAI THÁC ĐIỆN NĂNG TỪ NĂNG... turbine điện thủy triều, ngƣời ta thƣờng thiết kế tạo ra turbine loại phát điện hai chiều Nghĩa là khi mức triều cƣờng hay triều kiệt, nƣớc chảy ra hay chảy vào turbine điều có thể phát ra điện để cung cấp Nhƣng trong bài toán này để đơn giản và thuận tiên cho việc tính toán, chúng em chỉ xét đến chiều của nƣớc chảy ra từ trong hồ chứa vào biển khi mức triều kiệt + Nghĩa là ta chỉ xét đến thế năng của . đãi dành cho năng lƣợng tái tạo. III. NĂNG LƢỢNG THỦY TRIỀU 1. Tổng quan về năng lƣợng thủy triều Hình 1.3 Năng lượng từ các đợt thủy triều Tại Việt Nam, năng lƣợng thủy triều và sóng biển.  I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO 1. Năng lƣợng tái tạo là gì? Năng lƣợng tái tạo hay năng lƣợng tái sinh là năng lƣợng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn. điện năng nhờ năng lượng thủy triều  Sơ đồ cơ chế vận hành Hình 1.3 Sơ đồ cơ chế vận hành cùa trạm phát điện từ năng lượng thủy triều  Nguyên lý vận hành Một lòng chảo thủy triều