Sử dụng năng lượng tiết kiệm PGS. Lê Văn Doanh Trường ĐHBK Hà nội Năng lượng là vấn đề sống còn đối với toàn nhân loại. Ở Việt Nam, Chính ph ủ đã thông qua Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Để cung cấp thông tin cho bạn đọc về vấn đề này chúng tôi xin gi ới thiệu bài viết xung quanh chủ đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Lịch sử phát triển của công nghệ năng lượng Để tồn tại và phát tri ển từ xa xưa loài người đ ã biết sử dụng các dạng năng lượng khác nhau. Theo đà phát triển của lịch sử con người đ ã phát hiện và sử dụng nhiều dạng năng lượng khác nhau. Năng lượng là động lực cho mọi hoạt động vật chất v à tinh thần của con người. Trình độ sản xuất phát triển ngày càng cao càng tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra thách thức to lớn đối với môi trường. Ngày nay năng lượng c àng trở nên vấn đề cấp bách có tính chất sống còn đối với nhân loại bởi vì một mặt nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, mặt khác sự phát triển của sản xuất đặt ra những vấn đề hết sức cấp bách về yêu cầu năng lượng và có nguy cơ hủy hoại môi trường. Để phát triển bền vững con người phải sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả đồng thời phải nghi ên cứu phát triển các nguồn năng lượng mới có tính chất tái tạo và thân thiện với môi trường. Nguồn năng lượng từ gió đang được khai thác rộng rãi Những vấn đề chung về năng lượng Các dạng nguồn năng lượng Năng lượng được hiểu l à một dạng vật chất ứng với một quá trình nào đó có thể sinh công. Năng lượng cũng được hiểu như khả năng sinh công hoặc sinh nhiệt. Người ta thường phân loại năng lượng theo dạng vật chất như thể rắn (than, củi…), thể lỏng (dầu mỏ và các sản phẩm dầu), thể khí (khí đốt và các sản phẩm khí). Theo dòng biến đổi năng lượng phân thành năng lượng sơ cấp và năng lượng thứ cấp. Năng lượng sơ cấp là năng lượng khai thác trực tiếp từ nguồn chưa qua công đoạn xử lý. Năng lượng thứ cấp đ ã qua một vài quá trình biến đổi như điện năng, khí hóa than…Theo khả năng tái sinh năng lượng được chia thành năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thủy năng. Các dạng năng lượng hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt không có khả năng tái sinh. Hiệu suất biến đổi năng lượng Các quá trình sản xuất sử dụng năng lượng trong đó năng lượng đầu vào được biến đổi thành một hoặc nhiều dạng năng lượng khác nhau tại đầu ra. Từ khâu khai thác đầu tiên đến khâu sử dụng cuối cùng năng lượng phải trải qua những quá trình biến đổi nối tiếp nhau, từ dạng này sang dạng khác. Theo định luật bảo toàn năng lượng th ì tổng năng lượng luôn không đổi. Cân bằng năng lượng Cân bằng năng lượng là quá trình mô tả và lượng hóa sự biến đổi năng lượng từ khâu sản xuất năng lượng sơ cấp, các quá tr ình biến đổi trung gian đến khâu năng lượng cuối c ùng của một quốc gia, một ngành, một doanh nghiệp hay một dây chuyền sản xuất, của mỗi thiết bị đảm bảo tính cân bằng giữa năng lượng đầu vào và năng lượng đầu ra trong một khoảng thời gian cho trước. Để đảm bảo cân bằng năng lượng th ì năng lượng đầu vào phải bằng năng lượng đầu ra, trong đó năng lượng đầu ra bằng năng lượng hữ u ích cộng với năng lượng tổn thất. Đối với mỗi doanh nghiệp năng lượng đầu v ào gồm than, dầu, khí đốt và điện năng phải bằng năng lượng cho từng khu vực sản xuất cộng với năng lượng tổn hao. Cân bằng năng lượng phải l à mối quan tâm hàng đầu của từng doanh nghiệp. Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng trên thế giới Tổn g quan v ề năng lượn g thế giới Các ngu ồ n năng lượn g hóa th ạc h hình thàn h t ừ Năng lượng mặt trời, một dạng năng lượng sạch rất lâu trong quá trình biến đổi địa chất của vỏ trái đất gồm có: Dầu khí: Dầu thô và khí tự nhiên được hình thành do các chất hữu cơ bị nén và đốt nóng yếm khí trong quá trình biến đổi địa chất của vỏ trái đất. Dầu mỏ được khai thác từ xa xưa. Người Babilon đ ã biết sử dụng asphalt để xây tường tháp vườn treo Babilon. Năm 347 trước công nguyên người Trung Hoa đ ã khai thác giếng dầu. Năm 1857 Rumani đ ã khai thác dầu thương mại ở Brend phía bắc Bucaret. Năm 1861 ở Bacu (Azecbaidan) nhà máy lọc dầu được xây dựng, khi đó Bacu sản xuất 90 % sản lượng dầu thế giới. Năm 1859 ở gần Titusville, Pensylvania Hoa Kỳ đã hình thành công nghiệp chế biến dầu, các mỏ dầu được khai thác tại Texas, Oklahoma. Năm 1973 và 1979 do chiến tranh Trung Đông đ ã xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng đẩy giá dầu lên t ới 35 USD/1 thùng. Ngày 11-7-2008 giá dầu thô đột ngột tăng đến 147 USD/1 thùng. S ản lượng dầu thô toàn thế giới năm 2007 là 84 triệu thùng/1 ngày, khí đốt là 14,4 triệu m/1 ngày. Than đá là nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ thực vật với nước và bùn trong quá trình ki ến tạo vỏ trái đất, bị ôxi hóa và phân hủy vi sinh ở môi trường hiếm khí tạo n ên có thành phần chủ yếu là cacbon. Người Trung Hoa đã biết sử dụng than trước đây 10.000 năm ở thời Đồ đá mới. Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất với máy hơi nước ra đời ở nước Anh đã thúc đ ẩy ngành than phát triển. Hàng năm thế giới ti êu thụ khoảng 6,19 tỷ tấn than. Trung Quốc là nước sản xuất than hàng đầu với 2,38 tỷ tấn năm 2006 trong đó 68,7 % dùng cho sản xuất điện chiếm 38% sản lượng than toàn cầu. Hoa Kỳ tiêu thụ 1,053 tỷ tấn than, 90% dùng cho sản xuất điện. Dầu và khí trên thế giới có thể đáp ứng nhu cầu toàn cầu trong khoảng tương ứng 45 năm và 65 năm nữa. Than có thể đáp ứng nhu cầu trong khoảng 200 năm và là dạng nhi ên liệu chủ yếu cho sản xuất điện. Khí đốt l à nguồn nhiên liệu được ưa thích vì hiệu quả sử dụng cao và ít môi nhi ễm Giá than tăng đột ngột từ 30 USD/1 tấn năm 2000 lên đến 150 USD/1tấn ngày 26-9-2008 và 31-10-2008 đã giảm còn 111 USD/1tấn. Xăng chế từ than có giá chỉ khoảng 25-35 USD/ 1thùng. Về mặt năng lượng để sản xuất 1 kWh cần 0,5 kg than. Tình hình sản xuất điện trên thế giới Tình hình sản xuất điện trên thế giới năm 2005/, được biểu diễn trên biểu đồ hình 1.4. Trong tổng số 16.100 TWh thì thủy điện chiếm 15,5%, điện nguyên tử chiếm 14%, năng lượng tái tạo (không kể thủy điện truyền thống) chiếm 3,1% còn lại là nhiệt điện than và dầu khí. Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng ở Việt Nam Tổng quan về năng lượng Việt Nam Tiềm năng về năng lượng của Việt Nam khá phong phú. Các kịch bản phát triển kinh tế: Trong triển vọng từ nay đến 2020 dựa vào phân tích tình hình kinh t ế trong nước cũng như trên thế giới các chuyên gia kinh tế và năng lượng kết hợp với dự báo sơ bộ mới nhất của Viện chiến lược phát triển Bộ Kế hoạch và Đầu tư cho thấy nền kinh tế Việt Nam có xu hướng tăng trưởng tốt. Tuy nhiên do cuộc tổng khủng hoảng kinh tế thế giới diễn ra từ cuối năm 2008 tình hình có th ể diễn biến theo xu hướng phát triển chậm hơn. Để phục vụ phát triển kinh tế ngành năng lượng Việt Nam tăng trưởng với tốc độ cao trong giai đoạn gần đây trong tất cả các lĩnh vực: khảo sát thăm dò, khai thác nguồn, truyền tải phân phối, xuất, nhập khẩu năng lượng. Tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều vấn đề yếu kém trong ngành năng lượng là: • Năng lực sản xuất còn thấp, còn tồn tại nhiều công nghệ cũ, lạc hậu, hiệu suất sử dụng thấp. • Gây ô nhiễm môi trường. • Hiệu quả kinh doanh của ngành thấp. • Giá năng lượng cố định không thích hợp. • Đầu tư cho ngành năng lượng c òn thấp so với yêu cầu, thủ tục đầu tư rườm rà. S ản xuất than tăng từ 7,82 triệu tấn năm 1995 lên 45,84 triệu tấn năm 2006 với tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm là 17,4%, xuất khẩu than tăng 23,9%. Từ năm 2007 chính phủ hạn chế xuất khẩu than nên sản xuất than năm 2008 có xu hướng giảm. Tác động của việc sử dụng năng lượng đến môi trường Năng lượng hóa thạch gây ô nhiễm môi trường. Quá tr ình cháy của nhiên li ệu hóa thạch tạo nên điôxit cácbon CO2 và mêtan CH2 cả hai là chất khí gây hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân thay đổi khí hậu và làm nóng toàn c ầu. Theo thống kê trong số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính CO2 chiếm 54%, metan 12%, Ozon 7%. Bức xạ từ mặt trời một phần bị phản xạ bởi bầu khí quyển nhưng đa số bị bề mặt trái đất hấp thụ làm mặt đất bị nóng lên. M ột số bức xạ hồng ngoại qua lớp không khí và một số bị các phân tử khí gây hi ệu ứng nhà kính, chủ yếu là CO2 bức xạ lại theo mọi hướng Kết quả là bề mặt trái đất và lớp không khí tầm thấp bị đốt nóng nhiều hơn. Đây chính là hiệu ứng nhà kính gây phát nóng toàn cầu. Năng lượng mặt trời, một dạng năng lượng sạch Từ thế kỷ XIX đến nay do sự phát triển của công nghiệp và sự phá rừng nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất tăng 0,5-10C, mức nước biển tăng 101-253 mm. Than là loại nhiên liệu phát thải CO2 nhiều nhất. Trung bình 1 kg than phát th ải 1,83 kg CO2. Như vậy các nhà máy nhiệt điện than trên thế giới hàng năm tạo nên 3,7 tỷ tấn cacbon đioxit (CO2), 10000 tấn sunfua đioxit (SO2) nguyên nhân chính gây mưa axit, 10200 tấn NOx. • Xăng phát thải 2,22 kg CO2/lít nhiên liệu. • Dầu điêzen phát thải 2,68 kg CO2/lít nhiên liệu. • Khí hóa lỏng phát thải 1,66 kg CO2/lít nhiên liệu. Các nguồn năng lượng hoá thạch phát thải tro bụi chứa thủy ngân, uranium, thorium, asen và các kim loại nặng khác là nguyên nhân gây ung thư và các bệnh hô hấp. Ngoài ra việc sử dụng năng lượng còn gây ô nhiễm môi trường nước thải, gây tiếng ồn. Ở Việt Nam theo số liệu của Tổng cục Khí tượng thủy văn trong vòng 50 năm qua nhiệt độ trung bình tăng 0,70C, mực nước biển tăng 20 cm, nhiều khu vực bị khô hạn trong khi đó thiên tai lụt lội với cường độ ngày càng tăng. . tổng năng lượng luôn không đổi. Cân bằng năng lượng Cân bằng năng lượng là quá trình mô tả và lượng hóa sự biến đổi năng lượng từ khâu sản xuất năng lượng. suất biến đổi năng lượng Các quá trình sản xuất sử dụng năng lượng trong đó năng lượng đầu vào được biến đổi thành một hoặc nhiều dạng năng lượng khác nhau