CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Mục đích của chương là trình bày tổng qua những vấn đề liên quan về Savonrius Rotor trong hệ chuyển đổi năng lượng sóng. Khái quát tình hình tiêu thụ nguồn năng lượng ở một số nước trên thế giới cũng như mức mức tăng trưởng về nhu cầu sử dụng nhiên liệu đáng báo động thế giới, song song đó là trữ lượng về than đá, dầu mỏ… ngày càng cạn kiệt. Các yếu tố trên dẫn đến sự phát triển mạnh về năng lượng tái tạo để bù đắp lại sự thiếu hụt năng lượng tiêu thụ.
Và trong các dạng năng lượng tái tạo, năng lượng sóng ngày càng được quan tâm phát triển.1 Tổng quan về Savonius Rotor trong hệ chuyển đổi năng lượng sóng 1. Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới Có một luận điểm chắc chắn rằng, cách thức tạo ra nguồn năng lượng và lượng tiêu thụ chúng là một trong những công cụ để đo lường sự phát triển nền kinh tế cũng như sự thõa mãn hay nói cách khác là hạnh phúc của một xã hội. Từ luận điểm này có thể thấy tầm quan trọng của năng lượng trong sự lớn mạnh của nền kinh tế một quốc gia, điều này được phản ánh thông qua tổng sản phẩm quốc gia ( Gross National Product – GNP). GNP bình quân đầu người của một quốc gia tương quan với mức tiêu thụ năng lượng bình quân đầu người.
Nhu cầu sản xuất sản lượng lớn năng lượng trên toàn thế giới tăng lên từ khi mức tiêu thụ năng lượng ngày một tăng mạnh. Nguyên nhân dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng ngày một tăng cao đó là sự phát triển công nghệ mới, cuộc cách mạng công nghiệp và dân số thế giới tăng. Có thể thấy rằng, trong một xã hội hiện đại cùng với tốc độ công nghiệp hóa từng ngày, năng lượng được sử dụng trong mọi hoạt động của con người. Mức tiêu thụ năng lượng ở Mỹ đứng đầu trên toàn thế giới, theo số liệu năm 2005 lượng năng lượng tiêu thụ ở Mỹ là 105 EJ hoặc 29.000 TWh, tương đương 3,3 TW [1].
Nếu công suất tiêu thụ hàng giờ là 3,3 TW, 1 năm tiêu thụ tương ứng với 29.000 TWh, 3,3 TW 24 h 365 ngày. Từ năm 1980 đến 2004, tốc độ tăng trưởng tiêu thụ năng lượng hàng năm trên toàn thế giới là 2%. Tổng mức tiêu thụ trong năm 2004 được đưa ra trong bảng 1.1 theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ [2]. CAO ĐĂNG LONG TRANG 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH Bảng 1.
1 Tổng mức tiêu thụ năng lượng trong năm 2004 Công suất Năng lượng tiêu thụ hằng năm Dạng năng lượng trung bình (EJ) Dầu mỏ 5,6 180 Than đá 3,8 110 Khí hóa lỏng 3,5 120 Thủy điện 0,9 30 Năng lượng hạt nhân 0,9 30 Gió, mặt trời, rừng, địa nhiệt 0,13 4 Tổng 15 471 Tổng lượng tiêu thụ năng lượng toàn cầu khoảng 15TW chủ yếu được khai thác từ các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ và khí đốt, và mức tiêu thụ cụ thể của từng ngành được thể hiện ở hình 1. Khoảng 37% trong tổng số 15 TW dành cho các ngành công nghiệp như sản xuất, khai thác mỏ, xây dựng và nông nghiệp, 20% tổng tiêu thụ dành cho vận tải và dịch vụ, mức tiêu thụ dành cho khu dân cư, sưởi ấm và thiết bị gia dụng chiếm 11% tổng số năng lượng tiêu thụ. Bên cạnh đó, các dịch vụ chiếu sáng thương mại, sưởi ấm, làm mát và cung cấp nước cũng như ngành may mặc chiếm 5%. 27% trong tổng số mức tiêu thụ bị hao hụt trong các giai đoạn phát sinh và truyền tải năng lượng.
Năng Công lượng mất nghiệp mát 37% 27% Dịch vụ Hộ gia5% Vận tải đình 20% 11% Hình 1. 1 Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng tổng thể theo ngành CAO ĐĂNG LONG TRANG 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH Để tạo ra 2 TW công suất điện, cần khoảng 5 TW công suất. Điều này là thực tế hiệu quả hoạt động của một nhà máy điện điển hình, chỉ đạt được khoảng 38% hiệu suất truyền tải điện tới nơi tiêu dùng [3]. Một phần tư năng lượng được sản xuất ra bị hao hụt trong các hệ thống chuyển đồi thông thường và đường dây truyền tải hiệu quả thấp cũng được thể hiện ở hình 1.
Vấn đề này cho thấy cần phải tập trung vào các hệ thống hoạt động với hiệu suất cao khi tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, làm giảm thiểu hoặc loại bỏ bớt tổn thất mất mát năng lượng trên đường dẫn tới các điểm tiêu thụ. So với các nhà máy điện truyền thống, các nhà máy điện sử dụng tuabin hoặc microturbines cải tiến có thể đạt hiệu quả cao đáng kể 55%; tuy nhiên, nguyên liệu để tạo ra điện năng vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạc, khí thiên nhiên [4]. Sau khi phát minh ra động cơ hơi nước, than đá được coi nguồn năng lượng chính ở các thế kỷ mười tám và mười chín. Kể từ khi ô tô được phát minh và sử dụng điện trở nên phổ biến hơn, than đá vẫn còn được sử dụng ở những năm đầu thế kỷ XX.
Từ 1920 - 1973, dầu hỏa là nguồn năng lượng chính phục vụ sự phát triển các ngành công nghiệp và giao thông vận tải, và giá dầu giảm dần trong thời gian này, dầu mỏ vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến những năm 1970. Hậu quả cuộc khủng hoảng dầu mỏ 1973-1979 đẩy giá dầu mỗi thùng từ 5 trở thành 45 đô la, và nó không còn là nguồn năng lượng ưu tiên và phổ biến nhất nữa [5]. Sau đó, than đá và năng lượng hạt nhân trở thành nhiên liệu tạo ra nguồn phát điện năng. Trong những năm đó, những vấn đề về năng lượng và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng được quan tâm nhiều hơn trong những cuộc hội thảo.
Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch vẫn tiếp tục trong 30 năm qua, và sự đóng góp của những loại nhiên liệu đó cho sản xuất năng lượng tổng thể đã tăng lên. Trong 3 năm sau đó, than đá đã trở thành nhiên liệu hóa thạch sử dụng nhiều nhất, vì nó có trữ lượng tồn lớn. Bên cạnh đó, các nguồn năng lượng tái tạo đã bắt đầu được quan tâm do sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, giá dầu tăng cao, và những lo ngại về biến đổi khí hậu liên quan đến lượng khí thải cacbon. Do đó, chính phủ cần có sự hỗ trợ về phát triển, triển khai và thương mại hóa các nguồn năng lượng tái tạo đang ngày càng tăng lên.
Một hoạt động minh chứng cho nguồn năng lượng tái tạo được quan tâm đó là, vào tháng 3 năm 2007, các thành viên Liên minh châu Âu đã đặt mục tiêu rằng ít nhất 20% năng lượng của các quốc CAO ĐĂNG LONG TRANG 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH gia của họ phải được sản xuất từ các nguồn tái tạo vào năm 2020. Đây cũng là một phần của các vấn đề môi trường như sự nóng lên toàn cầu và cần phải xây dựng năng lượng bền vững bằng cách giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch được nhập khẩu từ các quốc gia khác. Mặc dù tiềm năng về cung cấp năng lượng tái tạo là rất lớn nhưng vẫn chưa thể thay thế những nguồn năng lượng cũ như trình bày ở trên. Ở các nước phát triển như Đức và Nhật Bản, mức tiêu thụ bình quân theo đầu người là 6 kW / người và 11,4 kW / người ở Hoa Kỳ.
Bangladesh có mức tiêu thụ thấp với 0,2 kW/người, trong khi đó là khoảng 0,7 kW / người cho một nước đang phát triển như Ấn Độ. 25% năng lượng của tổng thể thế giới được tiêu thụ bởi Hoa Kỳ. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ mức tiêu thụ năng lượng tại Hoa Kỳ cũng phân bố cho 4 ngành tương tự như tiêu thụ năng lượng của thế giới, công nghiệp tiêu thụ năng lượng lớn nhất và chiếm 33% tổng năng lượng. Vận tải đứng thứ 2, tiếp đến dành cho hộ gia đình và thương mại - dịch vụ.
Tỉ lệ tiêu thụ năng lượng của Hoa Kỳ cho hai lĩnh vực tiêu thụ năng lượng chính là công nghiệp, giao thông vận tải được thể hiện trong hình 1. Công nghiệp: Chiếm 33% mức tiêu thụ năng lượng Sản xuất hóa chất 22% lớn cho chế tạo, sản xuất Lọc dầu Dịch vụ khác 48% hàng hóa như 16% hóa chất, sản xuất kim loại, Luyện kim 14% giấy và xi măng Hình 1.2 Tỉ lệ tiêu thụ năng lượng của Hoa Kỳ cho lĩnh vực công nghiệp CAO ĐĂNG LONG TRANG 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH Vận tải: Chiếm 28% trong Xăng Dầu tổng số 6% 12% tiêu thụ năng lượng, phục vụ trên đất Hàng không liền, biển, Dịch vụ khác 21% 61% hàng không để vận chuyển người và hàng hóa Hình 1.3 Tỉ lệ tiêu thụ năng lượng của Hoa Kỳ cho lĩnh vực vận tải Nhu cầu sử dụng năng lượng của thế giới đang tăng lên nhanh chóng và đều đặn. Năm 2007, nhu cầu điện năng của Hoa Kỳ là 783 GW vào mùa hè và 640 GW vào mùa đông. Nó được dự báo bởi Tổng công ty Điện lực Độ tin cậy Bắc Mỹ (NERC) rằng nhu cầu điện năng của Hoa Kỳ sẽ tăng lên 925 GW vào mùa hè và 756 GW vào mùa đông năm 2017 [6].
Một trong những hậu quả của nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng cao đó là những ảnh hưởng đến môi trường như sự nóng lên toàn cầu, bên cạnh đó sự canh tranh trong nguồn cung (xuất khẩu) cho các nước với trữ lượng nhiên liệu thấp ngày một giảm dẫn đến những cán cân chính trị. Ngày nay, nhiều nhà nghiên cứu và chính trị gia kêu gọi hành động ngay lập tức cho các giải pháp năng lượng bền vững lâu dài. Tất cả các chuyên gia đều đưa ra một quan điểm chung đó là trữ lượng dầu có thể cạn kiệt trong tương lai gần, và điều này sẽ dẫn đến việc giá dầu tăng mạnh [7]. Nếu như không có một giải pháp mang tính lâu dài được phát triển trước khi giá dầu tăng lên đỉnh điểm, nền kinh tế thế giới có thể phải gánh chịu một cuộc khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng.
Do đó, bằng cách sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng thông thường và sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, trữ lượng của các nguồn năng lượng thông CAO ĐĂNG LONG TRANG 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.TRƯƠNG QUỐC THANH thường có thể kéo dài lâu hơn, sự nóng lên toàn cầu có thể bị chậm lại và ô nhiễm môi trường có thể giảm [8]. Tình hình tiêu thụ năng lượng ở châu Á Nhiên liệu hóa thạch, như: than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên, là nguồn nguyên liệu chính tạo ra năng lượng trong hai thập kỷ qua.
