Giải chuyên đề vật lí 10 – kết nối tri thức bài (13)

Bài 10: Năng lượng tái tạo và một số công nghệ thu năng lượng tái tạo
Trang 72
A/ Câu hỏi đầu bài
Câu hỏi trang 72 Chuyên đề Vật lí 10: Sự phát triển của kinh tế - xã hội đòi hỏi ngày
càng nhiều năng lượng, kéo theo sự biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường đang tăng
theo. Ngày càng xuất hiện nhiều dự án năng lượng tái tạo. Làm thế nào khai thác được
nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hóa thạch?
Lời giải:
- Để khai thác được nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hóa thạch:
+ Xây dựng các nhà máy sản xuất pin mặt trời.
+ Xây dựng các trạm tuabin gió.
+ Xây dựng nhà máy thủy điện.
B/ Câu hỏi giữa bài
I. Năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo
Câu hỏi trang 72 Chuyên đề Vật lí 10: Em hãy kể tên một số dạng nhiên liệu hóa thạch
và giải thích tại sao nguồn nhiên liệu này lại là nguồn năng lượng không tái tạo.
Lời giải:
- Một số dạng nhiên liệu hóa thạch:
+ Than đá

+ Dầu mỏ


- Nguồn nhiên liệu này là nguồn năng lượng không thể tái tạo vì chúng khơng thể được
bổ sung, làm lại trong một thời gian ngắn mà phải mất hàng triệu năm mới có thể hình
thành.
II. Vai trị của năng lượng tái tạo
III. Các loại năng lượng tái tạo
Trang 73, 74
Câu hỏi trang 73 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu và thảo luận
1. Có những loại năng lượng tái tạo nào? Ưu và nhược điểm của chúng là gì?

2. Làm thế nào thu được năng lượng tái tạo?
Lời giải:
1.
Các loại năng lượng tái tạo:
- Năng lượng Mặt Trời

- Năng lượng nước


- Năng lượng địa nhiệt

- Năng lượng gió

- Năng lượng từ sóng biển, đại dương

- Năng lượng sinh khối


Ưu điểm

Nhược điểm

- Là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với - Chi phí đầu tư ban đầu cao.
mơi trường, ít gây ơ nhiễm. Có nhiều ứng - Hiệu suất hoạt động có thể bị ảnh
dụng từ nguồn năng lượng này rất hữu ích, hưởng bởi các yếu tố thời tiết, thiên
giúp tiết kiệm điện năng cho hộ gia đình, nhiên.
doanh nghiệp.

- Rất khó khăn để sản xuất 1 lượng điện

- Là nguồn năng lượng khơng sợ cạn kiệt, có lớn.
thể sử dụng cho nhiều nhu cầu và vị trí khác
nhau.
- Chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, độ bền
cao hơn nhiều lần.
2. Để thu được năng lượng tái tạo phải xây dựng các hệ thống, thiết bị phù hợp với từng
loại năng lượng:
+ Thu năng lượng gió cần hệ thống có tua bin gió.


+ Thu năng lượng Mặt Trời cần hệ thống có pin mặt trời.

+ Thu năng lượng nước cần hệ thống nhà máy thủy điện.

+ Thu năng lượng sinh khối cần hệ thống phân hủy xác thực vật.


IV. Một số công nghệ cơ bản thu được năng lượng tái tạo
1. Thủy điện
Câu hỏi trang 74 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu một số nhà máy thủy điện ở Việt
Nam:
1. Kể tên ba nhà máy thủy điện có cơng suất lớn. Nhận xét lợi ích các nhà máy thủy điện
mang lại và nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thủy điện có thể gây ra.
2. Tại sao các nhà máy thủy điện chủ yếu được xây dựng ở miền núi?
Lời giải:
1.
- 3 nhà máy thủy điện có cơng suất lớn:
+ Nhà máy thủy điện Sơn La (2400 MW)

+ Nhà máy thủy điện Hịa Bình (1920 MW)

+ Nhà máy thủy điện Lai Châu (1200 MW)

- Lợi ích các nhà máy thủy điện:
+ Khơng sử dụng năng lượng hóa thạch, sử dụng nguồn năng lượng gần như vô hạn.
+ Tuổi thọ của các nhà máy thủy điện lớn hơn các nhà máy nhiệt điện.
+ Chi phí nhân cơng để vận hành nhà máy thấp.
- Nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thủy điện có thể gây ra:


+ Thay đổi dòng chảy của nước là nguyên nhân gây nên xói lở bờ sơng, nơi canh tác nơng
nghiệp của người dân.
+ Chất lượng nước vùng hạ lưu bị giảm sút.
+ Người nơng dân khơng có đủ nước cho các hoạt động nông nghiệp.
+ Hệ sinh thái sinh vật dưới nước bị thay đổi.
+ Ở các cửa sông hiện tượng xâm nhập mặn tăng lên.
+ Những thay đổi gây ra các tác động xấu đối với nguồn lợi thủy sản. Một số lồi khơng
thể sống sót và sinh kế của các ngư dân bị đe dọa.
2.
Các nhà máy thủy điện chủ yếu được xây dựng ở miền núi vì đây là vùng có địa hình cao,
bị cắt xẻ mạnh và có nhiều sơng lớn  thuận lợi để xây dựng các nhà máy thủy điện.
2. Công nghệ nhiên liệu sinh học
Trang 75
Câu hỏi trang 75 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu và thảo luận cơng nghệ sản xuất
khí sinh học:
1. Chu trình sản xuất khí sinh học như thế nào?
2. Các u cầu thiết kế cơng trình khí sinh học nhỏ như thế nào? Tại sao cần thực hiện các
u cầu đó?
Lời giải:

1.
Chu trình sản xuất khí sinh học được mơ tả như hình vẽ:


- Năng lượng sinh học bắt nguồn từ quá trình chuyển đổi sinh khối, là các chất hữu cơ dễ
phân hủy có nguồn gốc từ thực vật, động vật.
- Nhiên liệu sinh học thu được nhờ chuyển hóa sinh khối nhiên liệu ở dạng lỏng hoặc khí.
2.
- Các yêu cầu thiết kế cơng trình khí sinh học nhỏ
+ Áp suất khí và chiều dày lớp đất lấp trên vịm bể phân huỷ của thiết bị nắp cố định phải
được tính tốn sao cho vịm bể khơng bị nứt vỡ khi làm việc.
+ Các bể phải chịu được tải trọng di động bằng 200 kg/m2.
+ Tỉ lệ pha loãng đảm bảo sao cho cơ chất có hàm lượng chất khơ là 9 - 10% đối với phân
động vật, 20 - 22% đối với thực vật.
+ Thời gian lưu đối với phân động vật đảm bảo không nhỏ hơn giá trị tương ứng với nhiệt
độ qui định ở bảng sau:
Vùng

Nhiệt độ trung bình về mùa đơng (OC)

Thời gian lưu (ngày)

I

10 - 15

60

II

15 - 20

50

III

> 20

40

+ Thời gian lưu đối với nguyên liệu thực vật được qui định là 100 ngày.
- Cần thực hiện các yêu cầu này nhằm đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường.
3. Công nghệ thu năng lượng mặt trời
Trang 76


Câu hỏi 1 trang 76 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy tìm hiểu và thảo luận
1. Nhận xét lợi ích các nhà máy này mang lại.
2. Giải thích tại sao phần lớn các dự án điện Mặt Trời ở Việt Nam tập trung nhiều ở miền
Trung và miền Nam.
Lời giải:
1. Lợi ích của các nhà máy mang lại:
+ Tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo gần như vô hạn.
+ Tiết kiệm nguồn năng lượng không tái tạo.
+ Bảo vệ, thân thiện với môi trường.
2.
Phần lớn các dự án điện Mặt Trời ở Việt Nam tập trung nhiều ở miền Trung và miền Nam
vì ở đó có số giờ nắng trung bình 2.000 - 2.600 giờ/năm, cao hơn so với số giờ nắng trung
bình ở Miền Bắc (1.500 - 1.700 giờ nắng/năm).
4. Cơng nghệ thu năng lượng gió

Câu hỏi 2 trang 76 Chun đề Vật lí 10: Tìm hiểu một số mơ hình cánh quạt tuabin gió
và nhận xét ưu điểm, nhược điểm của tuabin gió trục đứng và tuabin gió trục ngang.
Lời giải:
- Một số mơ hình cánh quạt tuabin gió:

Tuabin gió trục đứng

Tuabin gió trục ngang


Ưu điểm

- Có thể hoạt động với tốc độ gió - Hiệu suất cao hơn, tạo ra nhiều
thấp và không phụ thuộc vào điện năng hơn.
hướng gió.

- Thiết kế truyền thống nên dễ dàng

- Có trọng tâm thấp, ổn định, an lắp đặt và bảo trì.
tồn, giảm nguy cơ bị lật.
- Chiếm diện tích sử dụng nhỏ
hơn, có thể đặt ở nhiều nơi.
- Tạo ra tiếng ồn nhỏ
Nhược điểm - Mất nhiều thời gian để tạo ra - Tạo ra tiếng ồn lớn.
điện.

- Phải lắp đặt trên cao để không có

- Hiệu suất thấp hơn, tạo ra ít điện vật cản nên dễ bị lật.
năng hơn.

- Cánh quạt lớn chiếm nhiều diện

- Chi phí lắt đặt ban đầu cao.

tích.

5. Năng lượng đại dương
6. Công nghệ thu năng lượng địa nhiệt
Trang 77
Hoạt động trang 77 Chuyên đề Vật lí 10: Dự án chế tạo hệ thống thu năng lượng tái tạo
Em hãy tìm hiểu chế tạo một máy phát điện gió đơn giản.
* Để thiết kế máy phát điện gió, em hãy tìm hiểu và trả lời các câu hỏi sau:
1. Ngun lí hoạt động của máy phát điện gió dựa trên hiện tượng gì?
2. So sánh giữa các mơ hình cánh quạt tuabin gió về hiệu quả làm quay tuabin máy phát
điện.
3. Thiết kế máy phát điện gió như thế nào?
* Để chuẩn bị chế tạo máy phát điện gió cần chuẩn bị những vật liệu sau:
- Một máy phát điện là mơ tơ điện một chiều.
- Bộ xử lí hướng gió.
- Pin và hệ thống điều khiển.


- Cánh quạt: khi có gió thổi qua, cánh quạt quay.
- Trụ đỡ: được làm bằng thép hình trụ hoặc ống nhựa.
* Nhiệm vụ: Sử dụng bộ dụng cụ, tìm hiểu máy phát điện, lắp máy phát điện gió sao cho
bóng đèn phát sáng.
* Chuẩn bị bài báo cáo gồm các nội dung sau:
- Nguyên lí hoạt động và cách sử dụng sản phẩm.
- Bản phương án thiết kế cuối cùng với những cải tiến.

- Kết quả thử nghiệm sản phẩm.
Lời giải:
1. Nguyên lí hoạt động của máy phát điện gió dựa trên sự truyền và chuyển hóa năng
lượng:
- Động năng của gió làm quay tua bin, chuyển hóa động năng đó thành điện năng.
- Tuabin gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc độ quay của tuabin
nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường. Khi có gió, cánh quạt sẽ quay làm quay tuabin
máy phát điện, nhờ đó tạo ra điện năng.
2. So sánh giữa các mơ hình cánh quạt tuabin gió về hiệu quả làm quay tuabin máy phát
điện.
- Một số mơ hình cánh quạt tuabin gió: tuabin gió trục ngang và trục đứng.

- Tuabin gió trục ngang cho hiệu suất lớn hơn so với tuabin gió trục đứng.
3. Sau khi bố trí thiết kế thí nghiệm xong như hình vẽ.


HS tự chuẩn bị báo cáo với các nội dung theo yêu cầu.
Trang 78
Em có thể trang 78 Chuyên đề Vật lí 10: Nói về một số cơng nghệ thu năng lượng tái
tạo và thử chế tạo thiết bị sử dụng năng lượng tái tạo như bếp mặt trời, máy phát điện gió.
Lời giải:
- Cơng nghệ thu năng lượng tái tạo:
+ Thu năng lượng nhiệt của mặt trời để đun nấu, làm nóng nước để sinh hoạt.
+ Thu động năng của gió để làm quay tuabin máy phát điện.
+ Thu động năng của sóng biển để tạo ra điện năng.
- Một số thiết bị sử dụng năng lượng tái tạo..
+ Bếp năng lượng mặt trời: thiết bị là một gương cầu lõm hoặc thấu kính để hội tụ ánh
nắng vào điểm cần đun nấu.

+ Máy nước nóng năng lượng mặt trời.