CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG NLTT. Các khái niệm cơ bản: Năng lượng là một dạng vật chất có khả năng sinh công, bao gồm nguồn năng lượng sơ cấp là than, dầu, khí đốt và năng lượng thứ cấp là điện năng, nhiệt năng được sinh ra thông qua quá trình chuyển hóa năng lượng sơ cấp. Phần lớn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống trên Trái Đất đều có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời. Vòng tuần hoàn nước bắt đầu từ sự bốc hơi nước nhờ năng lượng mặt trời , bức xạ mặt trời chuyển thành thế năng của mây và thế năng đó chuyển thành động năng của nước khi mưa rơi.
Các dạng năng lượng gió, đại dương,… đều có những vòng tuần hoàn tương tự như vậy. Năng lượng không tự sinh ra và cũng không tự mất đi, nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, đó là nguyên lý cốt lõi của NLTT. NLTT hay năng lượng tái sinh là dạng năng lượng mà nguồn nhiên liệu của nó liên tục được tái sinh từ những quá trình tự nhiên, tức là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn. Nguồn nhiên liệu vô hạn đó chính là nguồn tài nguyên tái tạo.
Tài nguyên tái tạo gồm sức nước, sức gió, ánh sáng mặt trời, địa nhiệt, nhiên liệu sinh học và các tài nguyên năng lượng khác có khả năng tái tạo. Với tính chất có thể bổ sung hay làm mới trong khoảng thời gian ngắn thì đây là một nguồn tài nguyên hiệu quả về mặt kinh tế, đồng thời đạt hiệu quả về mặt môi trường khi khai thác sử dụng. Có thể kết luận vậy bởi vì khai thác và sử dụng NLTT không tạo ra hoặc tạo ra rất ít khí nhà kính, đặc biệt là CO 2, so với việc sử dụng các nguyên liệu hóa thạch hay tài nguyên không tái tạo để tạo ra điện năng (phụ lục- biểu đồ 1). Hơn nữa, với sự tái sinh liên tục, không phải đối mặt về sự cạn kiệt nguồn tài nguyên khai thác, không mất chi phí kiếm tìm nguồn khai thác mới và không gây ÔNMT, có thẻ nói NLTT mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho các quốc gia sử dụng dạng năng lượng này.
Trên thế giới hiện nay chưa có khái niệm thống nhất về năng lượng sạch vì các góc tiếp cận vấn đề khác nhau. Để phục vụ cho chuyên đề này, tôi xin đưa ra khái niệm như sau: NLS là loại năng lượng không gây ô nhiễm không khí hay sản phẩm phụ nhiễm độc trong tiến trình phát điện. Trước sự cạn kiệt và ngày càng khan hiếm của năng lượng không thể tái tạo, chúng ta cần giảm sự phụ thuộc vào nó SV: Ngô Thu Hương Lớp: Kinh tế quản lý tài nguyên môi trường 5 Chuyên đề tốt nghiệp và kiếm tìm giải pháp trước khi an ninh năng lượng bị đe dọa và tác động của biến đổi khí hậu ngày càng lớn tới đời sống và sức khỏe con người, khi mà đốt nguyên liệu hóa thạch hay một số dạng NLTT vẫn phát thải khí nhà kinh hoặc chưa đựng hiểm họa gây ÔNMT thì thế giới đang hướng tới sạch hơn trong vấn đề năng lượng. NLS bắt đầu được chú ý đến trong bối cảnh như vậy.
Cùng với các khái niệm phát triển bền vững, tăng trưởng xanh, GDP xanh,…, NLS cũng là mối quan tâm của nhiều quốc gia và thế giới. Để chung tay cho một thế giới tốt đẹp hơn, các quốc gia đang nỗ lực cắt giảm phát thải khí nhà kinh, trong đó sử dụng NLS hay NLTT để thay thế dần nhiên liệu hóa thạch đã dần trở thành xu hướng chung toàn thế giới. Các dạng NLTT: Trước khi khai thác than vào giữa thế kỷ 19, gần như tất cả các nguồn năng lượng con người sử dụng là NLTT. Hầu như không có một nghi ngờ việc sử dụng NLTT lâu đời nhất được biết đến, ở dạng sinh khối truyền thống nhiên liệu cháy, có từ 790.000 năm trước đây.
Sử dụng sinh khối để đốt đã không trở nên phổ biến cho đến khi hàng trăm hàng ngàn năm sau đó, vào khoảng 200.Có lẽ việc sử dụng nguồn NLTT lâu đời thứ hai là khai thác gió để chạy các tàu buồm. Việc này đã được thực hiện cách nay 7000 năm, của các tàu trên sông Nin. Cho đến năm 1873, những mối quan tâm về cạn kiệt nguồn than đã thúc đẩy việc thí nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời. Sự phát triển của các động cơ năng lượng mặt trời vẫn tiếp tục cho đến khi nổ ra chiến tranh thế giới lần thứ nhất.
Trong thập niên 1970, các nhà môi trường đã thúc đẩy phát triển các nguồn NLTT theo cả hai hướng là thay thế nguồn dầu đang dần cạn, cũng như thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, và các tuốc bin gió phát điện đầu tiên ra đời. Ngoài năng lượng mặt trời và NLGđã đề cập tới, NLTT còn bao gồm bốn dạng khác là thủy điện, năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt và năng lượng thủy triều. Năng lượng mặt trời: Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
Lịch sử sử dụng và phát triển năng lượng mặt trời bắt đầu từ thế kỷ thứ 7 trước công nguyên, thời Ai Cập Cổ Đại, các ngôi nhà được xây dựng để các bức xạ mặt trời có thể được thu thập vào ban ngày và được sử dụng vào ban đêm. Đến thế kỷ thứ 5 trước công nguyên, người Hy Lạp định hướng nhà của họ để họ có thể SV: Ngô Thu Hương Lớp: Kinh tế quản lý tài nguyên môi trường 6 Chuyên đề tốt nghiệp nhận được năng lượng mặt trời vào mùa đông để sưởi ấm ngôi nhà. Theo dòng thời gian, thế kỷ thứ 3 trước công nguyên, Archimedes đã sử dụng những tấm gương để phản chiếu bức xạ mặt trời và để bảo vệ Syracuse từ cuộc xâm lược của người La Mã.Thế kỷ thứ 2 trước công nguyên, các cửa sổ đầu tiên làm từ mica trong suốt đã được chèn vào trong nhà ở miền bắc Ý, với mục đích để tăng việc sử dụng bức xạ mặt trời trong thời gian mùa đông. Lomonossov đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập trung bức xạ mặt trời.
Đến 1830 tại Nam Phi, J. Hershel sử dụng nồi nấu năng lượng mặt trời đầu tiên. Năm 1946, Russell Ohl được xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên với hiệu suất 1%. Theo thời gian, năng lượng mặt trời và pin mặt trời ngày càng được sử dụng phổ biến và phát triển hơn.
Năm 1973 là năm quan trọng của điện mặt trời do cuộc khủng hoảng dầu mỏ, các nước bắt đầu quan tâm nhều hơn tới NLTT. Sau nhiều biến cố và thăng trầm, điện mặt trời đã dần khẳng định được vị thế của mình. Năm 2010, tổng công suất pin mặt trời trên thế giới đạt 37,4GW (trong đó Đức có công suất lớn nhất với 7,6GW). Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch có trữ lượng khổng lồ.
Mặt trời là một “nhà máy” nhiệt hạt nhân khổng lồ công suất 3,865. Tuy nhiên, Trái đất chỉ nhận được một phần rất nhỏ năng lượng đó. Cụ thể là mỗi giây Trái đất nhận được 17,57.1010 MJ, bằng năng lượng khi đốt cháy hết 6 triệu tấn than đá.Ngoài ra, Năng lượng mặt trời còn phân bố rộng khắp trên mặt đất. Mọi quốc gia trên thế giới đều có thể khai thác, ứng dụng nguồn tài nguyên NLTT này.
Theo RT, trong báo cáo Tương lai Năng lượng Mặt trời (FSE) công bố hôm 5/5, các nhà khoa học MIT cho biết, công nghệ năng lượng mặt trời ngày nay đủ đáp ứng cho nhu cầu thế giới. Hiện nay, công nghệ NLMT được phân chia thành 3 loại: (1) Công nghệ quang điện (Solar Photovoltaic, PV); (2) Công nghệ NLMT hội tụ (Concentrating Solar Thermal Power, CSP) hay công nghệ nhiệt điện mặt trời; (3) Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp hay còn gọi là công nghệ nhiệt mặt trời (Solar thermal heating and cooling).1 cho sơ đồ khối các công nghệ NLMT nói trên, trong đó các thành phần thu và chuyển đổi NLMT được đánh dấu và gọi là mô đun thu và chuyển đổi NLMT. SV: Ngô Thu Hương Lớp: Kinh tế quản lý tài nguyên môi trường 7 Chuyên đề tốt nghiệp Sơ đồ 1.1: Mô đun thu và chuyển đổi năng lượng mặt trời Nguồn: nangluongvietnam.vn Năng lượng mặt trời có ví trí quan trọng to lớn do sức ảnh hưởng của nó đến chế độ gió, sự bôc hơi nước, … làm ảnh hưởng tới sự khai thác các dạng NLTT khác như năng lượng gió, thủy điện,… Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có tiềm năng to lớn, có thể khai thác cho các sử dụng như: đun nước nóng, phát điện và các ứng dụng khác như sấy, nấu ăn.(tương ứng với cách thức 3 trong các mô đun thu và chuyển đổi năng lượn mặt trời như trong sơ đồ 1.1 ) Với tổng số giờ nắng cao lên đến trên 2.500 giờ/năm, tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230- 250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam là cơ sở tốt cho phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời. Năng lượng địa nhiệt: Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất.
Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất. Năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng để nung và tắm kể từ thời La Mã cổ đại, nhưng ngày nay nó được dùng để phát điện. Có khoảng 10 GW công suất điện địa nhiệt được lắp đặt trên thế giới đến năm 2007, cung cấp 0,3% nhu cầu SV: Ngô Thu Hương Lớp: Kinh tế quản lý tài nguyên môi trường 8 Chuyên đề tốt nghiệp điện toàn cầu. Thêm vào đó, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt trực tiếp được lắp đặt phục vụ cho sưởi, spa, các quá trình công nghiệp, lọc nước biển và nông nghiệp ở một số khu vực.
Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế, có khả năng thực hiện và thân thiện với môi trường, nhưng trước đây bị giới hạn về mặt địa lý đối với các khu vực gần các ranh giới kiến tạo mảng. Các tiến bộ khoa học kỹ thuật gần đây đã từng bước mở rộng phạm vi và quy mô của các tài nguyên tiềm năng này, đặc biệt là các ứng dụng trực tiếp như dùng để sưởi trong các hộ gia đình.