CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm năng lượng tái tạo 1.1 Khái niệm Trong cách nói thông thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.[1] Ưu điểm nổi bật của năng lượng tái tạo là có thể sử dụng lâu dài, bền vững và thân thiện với môi trường.2 Lịch sử Trước khi khai thác than vào giữa thế kỷ 19, gần như tất cả các nguồn năng lượng con người sử dụng là năng lượng tái tạo. Hầu như không có một nghi ngờ việc sử dụng năng lượng tái tạo 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 trở nên phổ biến hàng trăm, hàng ngàn năm sau đó, vào khoảng 200.
Khoảng năm 200 trước công nguyên, Người Trung Quốc sử dụng khí thiên nhiên làm bay hơi nước từ nước biển để tạo muối [3] Có lẽ việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo 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 [4]. Khoảng 250 – 400 sau công nguyên người La Mã cổ đại chế tạo thành công cối xay thủy lực 16 bánh với công suất trên 40 mã lực. khoảng 800 – 1500 sau công nguyên năng lượng gió được sử dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 trong hàng hải trong hàng hải.
Khoảng 874 sau công nguyên bắt đầu sử dụng năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm [3] 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. [5] 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. Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời được công nhận trong bài báo khoa học Mỹ năm 1911: "trong tương lai xa các nguồn nhiên liệu tự nhiên sẽ cạn kiệt [năng lượng mặt trời] sẽ là phương tiện duy nhất đối với sự tồn tại của nhân loại" [6] 1898-1988: Tái sử dụng năng lượng từ đốt rác ở New York vừa làm giảm khối lượng rác và tái sử dụng năng lượng thông qua quá trình nhiệt [3] 1900 - 1950: Cối xay gió bơm nước và phát điện ở vùng xa dân cư cộng đồng [3] Lý thuyết về đỉnh dầu được xuất bản năm 1956 [7]. Trong thập niên 1970, các nhà môi trường đã thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo 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.
Năng lượng mặt trời đã được sử dụng từ lâu để nung nóng và làm lạnh, nhưng các tấm pin mặt trời quá đắt để có thể xây dựng những cánh đồng pin năng lượng mặt trời mãi cho đến năm 1980 [8] Lịch sử phát triển năng lượng mặt trời [9] 1860 Auguste Mouchout ( Pháp ), một giảng viên toán học đã chuyển đổi bức xạ mặt trời trực tiếp thành năng lượng cơ học 1878 William Adams ( Anh ) xây dựng phản xạ của gương phẳng - bạc những tấm gương sắp xếp theo hình bán nguyệt. Để theo dõi sự chuyển động của mặt trời, toàn bộ giá đã được cuộn quanh một đường bán nguyệt, chiếu bức xạ tập trung vào nồi hơi cố định LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 1883 Charles Fritts ( Hoa Kỳ ) xây dựng pin mặt trời thực sự đầu tiên với tỉ lệ hiệu suất khoảng 1% đến 2%. 1883- John Ericsson ( Hoa Kỳ ) phát minh và chế tạo nên động cơ mặt 1984 trời sử dụng xây dựng máng parabol 1921 Albert Einstein đoạt giải Nô-ben vật lý năm 1921 cho lý thuyết của ông ấy giải thích hiệu ứng quang điện. 1947 Năng lượng là khan hiếm trong thế chiến thứ 2 nên tòa nhà năng lượng mặt trời trở nên phổ biến ở Hoa Kỳ.
Libbey-Owens-Ford Công ty Thủy tinh đã xuất bản một cuốn sách có tiêu đề, nhà năng lượng mặt trời của bạn, mô tả sơ lược tiểu sử của 49 kiến trúc sư mặt trời vĩ đại nhất của quốc gia. Giữa Frank Bridgers ( Hoa Kỳ ) thiết kế tòa nhà văn phòng thương mại những đầu tiên trên thế giới có hệ thống sưởi năng lượng mặt trời và thiết năm 50 kế thụ động. Toà nhà Bridgers-Paxton được liệt kê trong National Historic Register như tòa nhà văn phòng năng lượng mặt trời nước nóng đầu tiên của thế giới. 1969 " Lò năng lượng mặt trời" được xây dựng ở Odeillo, Pháp ; nó đặc trưng cho gương parabot tám tầng 1974 Hiệp hội ngành công nghiệp năng lượng mặt trời (SEIA) được thành lập.
Các tổ chức đại diện cho lợi ích của ngành công nghiệp mặt trời và hoạt động như một nhóm vận động hành lang ở Washington, DC. 1977 Viện nghiên cứu năng lượng Mặt trời ( SERI ) được thành lập.( nay là Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo Quốc gia [ NREL ] ), phòng thí nghiệm quốc gia cung cấp nghiên cứu và phát triển ủng hộ mặt trời và quang điện 1978 Đạo luật Policies Điều chỉnh dịch vụ công cộng ( PURPA ) năm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 1978 quy định việc mua điện từ các cơ sở đủ điều kiện đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định về nguồn năng lượng và hiệu suất. 15% Năng lượng khấu trừ thuế được thêm vào 10% đầu tư khấu trừ thuế hiện có, cung cấp ưu đãi đối với đầu tư vốn vào cơ sở sản xuất nhiệt năng lượng mặt trời để sản xuất điện độc lập 1981 California ban hành một tín dụng thuế suất 25% cho chi phí vốn của các hệ thống năng lượng tái tạo. 1982 Pin mặt trời công suất 10 – megaoat , lần đầu tiên đã được vận hành và thiết lập tính khả thi của hệ thống tháp dùng điện.
Vào năm 1988, những năm cuối cùng của hoạt động, hệ thống đạt được hiệu suất 96% 1983 California cung cấp hệ thống năng lượng điện tái tạo với một công ty tương đối, thị trường ổn định cho đầu ra của họ. Hệ thống này cho phép các nhà tài trợ của các công nghệ nặng vốn như là mặt trời nhiệt - điện.8 - megaoat ) đã được xây dựng. Nhà máy SEGS sử dụng công nghệ máng mặt trời để tạo ra hơi nước trong máy phát điện tua - bin hơi thông thường. Khí thiên nhiên được sử dụng như một loại nhiên liệu bổ sung lên đến 25% dữ liệu nhập vào sức nóng.
1991 Luz quốc tế đã bị phá sản khi xây dựng nhà máy SEGS thứ mười của nó. SEGS I đến IX vẫn hoạt động. 1992 Một hệ thống nguyên mẫu đĩa 7,5-kilowatt đi vào hoạt động, sử dụng một bộ tập trung kéo dài màng tiên tiến, thông qua một liên doanh của Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia và Cummins Power Generation. Đạo luật chính sách năng lượng của 1992 khôi phục lại 10% đầu tư khấu trừ thuế cho nhà sản xuất dùng điện độc lập, sử dụng công LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 nghệ năng lượng mặt trời.
1994 Máy phát điện năng lượng mặt trời đầu tiên, sử dụng miễn phí piston động cơ Stirling, được đưua vào với lưới tiện ích. Tổng công ty năng lượng mặt trời công nghệ và Tài nguyên tái tạo, một công ty công cộng, được thành lập để tạo điều kiện phát triển năng lượng mặt trời tại các trang web thử nghiệm Nevada. Công ty 3M giới thiệu một bộ phim nhựa bạc mới cho các ứng dụng năng lượng mặt trời. 1995 Ủy ban Điều chỉnh Năng lượng liên bang ( FERC ) nghiêm cấm các hợp đồng cơ sở đủ điều kiện trên tránh chi phí 2000 Một hệ thống điện năng lượng mặt trời 12-kilowatt, ở Colorado, là xây dựng trong nhà lớn nhất ở Mỹ được đăng ký tại Sáng kiến Roofs của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
2001 Home Depot đã bắt đầu bán các hệ thống năng lượng mặt trời ở tại ba cửa hàng tại San Diego, California. Máy bay năng lượng mặt trời của NASA, Helios, thiết lập một kỷ lục độ cao thế giới mới cho nghề không tên lửa-powered: 96. 2002 Sinh viên đến từ Đại học Colorado xây dựng một ngôi nhà năng lượng mặt trời tiết kiệm năng lượng cho Solar Decathlon, một cuộc thi được tài trợ bởi Bộ Năng lượng. Các đội sinh viên tích hợp tính thẩm mỹ và tiện nghi hiện đại với sản xuất năng lượng tối đa và hiệu quả tối ưu.
Những ngôi nhà được chuyển đến National Mall ở Washington, DC, nơi mà các nhóm học sinh thi giải nhất tổng thể 2007 Technische Universität Darmstadt giành chiến thắng trong 2007 Solar Decathlon. các đội giành chiến thắng trong cuộc thi kiến trúc, chiếu sáng, và cuộc thi về kỹ thuật. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Thực trạng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo Với điều kiện thiên nhiên và thổ nhưỡng, Việt Nam được đánh giá là một trong các quốc gia có nguồn năng lượng hết sức dồi dào và phong phú. Năng lượng cơ bản ở đây là những dạng năng lượng có sẵn ngoài tự nhiên: Than đá, dầu thô, khí tự nhiên, thủy năng… Dựa trên các nguồn năng lượng này, Việt Nam đã xây dựng lên hệ thống các nhà máy: thủy điện, nhiệt điện… và bước đầu xây dựng nhà máy điện nguyên tử… để tạo ra nguồn điện phục vụ cho sản xuất, sinh hoạt của con người.
Tuy nhiên, thực tế cho thấy mặc dù đã và đang khai thác triệt để các nguồn năng lượng: thủy năng, năng lượng hóa thạch… nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu về điện đang ngày càng tăng và nếu tiếp tục nhịp độ khai thác như hiện nay thì các nguồn năng lượng này sẽ ngày càng trở nên cạn kiệt. Còn với năng lượng hạt nhân vì nước ta mới bắt đầu xây dựng nên hiệu quả đem lại của nguồn năng lượng này chưa cao và tiềm ẩn nhiều nguy cơ lớn do phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện kinh tế và kỹ thuật cao. Như vậy nếu không đáp ứng được nhu cầu về điện sẽ dẫn tới không đảm bảo kinh tế phát triển một cách bền vững.