NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ HIỆN NAY pot

1

NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁC NGUỒN
NĂNG LƯỢNG THAY THẾ HIỆN NAY







Năng lượng thay thế ( Alternative energy ) là năng lượng thu được từ những
nguồn ngoài 3 dạng Nhiên liệu hóa thạch ( Fossil Fuel ): Than đá ( coal ), Dầu mỏ
( oil ) và Khí tự nhiên ( Natural gas ). Những nguồn năng lượng thay thế này bao
gồm: Năng lượng hạt nhân ( Nuclear power ), Năng lượng mặt trời ( Solar
power ), Năng lượng gió ( Wind power ), Năng lượng địa nhiệt ( Geothermal
energy ), Năng lượng sinh khối ( Biomass energy ), Năng lượng nước (
Hydropower ) và một số dạng năng lượng khác.

1. Những nguồn năng lượng đang được sử dụng hiện nay
2. Những nguồn năng lượng thay thế hiện nay
2.1 Năng lượng hạt nhân
2.2 Năng lượng nước ( Thuỷ năng )
2.3 Năng lượng gió ( Phong năng )
2.4 Năng lượng mặt trời ( Quang năng )
2.5 Năng lượng địa nhiệt
2.6 Năng lượng thuỷ triều và Nhiệt năng biển
2

2.7 Năng lượng sinh khối
2.8 Những nguồn năng lượng thay thế khác

1. Những nguồn năng lượng đang được sử dụng hiện nay

Đầu thế kỷ 21, Năng lượng hóa thạch ( Dạng năng lượng hình thành hàng triệu
năm trước từ xác các loài động thực vật ) cung cấp hơn 85% tổng năng lượng tiêu
thụ toàn cầu. Ở Mỹ, hai phần ba lượng điện năng hiện nay là từ việc đốt cháy các
nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên. Theo số liệu
thống kê của Bộ Năng Lượng và Cơ quan bảo vệ môi trường Liên bang, những
hoạt động đó đã thải ra môi trường trên dưới 2,3 tỷ tấn carbon dioxide ( 2,5 tỷ tấn
Mỹ ) vào năm 1999. Hơn 150 năm qua, ước chừng 245 tỷ tấn ( 270 tỷ tấn Mỹ )
carbon dưới dạng carbon dioxide đã được thải ra không khí bằng việc đốt cháy các
nhiên liệu hóa thạch.

Nhiên liệu hóa thạch cung cấp năng lượng cho những phương tiện giao thông, các
nhà máy công nghiệp, sưởi ấm
các toà nhà và sản sinh ra điện
năng phục vụ đời sống con
người. Tuy nhiên, sự tồn trữ
các nguồn nhiên liệu này là vô
cùng hạn chế mà thực tế là
không thể thực hiện được. Do
vậy, chúng vẫn thường được
gọi là những nguồn tài nguyên
không thể phục hồi. Đã có rất
nhiều dự đoán được đưa ra
rằng, với tốc độ tiêu thụ năng
lượng toàn cầu hiện nay thì trữ lượng dầu và khí tự nhiên sẽ thường xuyên nằm
trên đà sụt giảm mạnh trong suốt thế kỷ 21. Than đá, nguồn nhiên liệu hóa thạch có
trữ lượng lớn hơn dầu và khí tự nhiên, thì lại là một trong những tác nhân gây ra sự
nóng lên toàn cầu.

Một thực tế không thể tránh khỏi đang diễn ra là nhu cầu năng lượng cho
những nền công nghiệp đang phát triển cũng như các xã hội tân tiến đã phát
triển liên tục tăng, do đó sự chuyển hướng sử dụng sang những nguồn năng
lượng thay thế trong tương lai trở thành tất yếu. Giữ gìn những nguồn năng
lượng hiện có và sử dụng chúng một cách hiệu quả là giải pháp kết hợp để giải
quyết triệt để vấn đề năng lượng, một vấn đề mang tính cấp thiết của thời đại
ngày nay.

3

2. Những nguồn năng lượng thay thế hiện nay

2.1 Năng lượng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng thay thế có được bằng một trong hai
cách: Phân rã hạt nhân các nguyên tử ( Nuclear fission: Sự phân hạch ) hoặc kết
hợp hạt nhân các nguyên tử ( Nuclear fusion: Sự tổng hợp hạt nhân ). Dù là cách
nào trong hai phương pháp trên thì đều mang lại nguồn năng lượng khổng lồ. Nhà
máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng hạt nhân, trong đó xảy ra sự phân tách các
nguyên tử uranium hoặc plutonium, nhằm điều khiển phản ứng phân hạch. Nhiệt
năng giải phóng từ phản ứng phân hạch được thu lại và được sử dụng để sản sinh
ra điện năng. Cho đến năm
2000, đã có 110 nhà máy điện
nguyên tử được xây dựng và
vận hành tại Mỹ. Trong khi đó,
trên 70% lượng điện năng tiêu
thụ ở Pháp là từ năng lượng hạt
nhân.

Rất nhiều nhà khoa học trên thế

giới cho rằng, phản ứng tổng
hợp hạt nhân sẽ là giải pháp tối
ưu cho vấn đề năng lượng toàn
cầu trong tuơng lai. Phản ứng
tổng hợp hạt nhân mang lại
lượng năng lượng lớn gấp bội so với phản ứng phân hạch. Tuy nhiên, cho đến nay,
khoa học hiện đại vẫn chưa tìm ra cách điều khiển sự xảy ra của phản ứng này.

Mặc dù năng lượng hạt nhân là dạng năng lượng sạch, rẻ tiền và tương đối an toàn,
nhưng công chúng khắp thế giới ngày nay vẫn đang dấy lên mối quan ngại sâu sắc
với khía cạnh mất an toàn mà việc xây dựng và vận hành các nhà máy điện hạt
nhân đem tới. Những sự cố tại các nhà máy điện hạt nhân như Three Miles Island,
Pennsylvania năm 1979 hay điển hình là Chernobyl, Ukraine năm 1986 đã thải ra
bầu không khí một lượng lớn chất phóng xạ và đồng thời gieo giắc nỗi kinh hoàng
về sự xảy ra của các thảm họa tương tự. Thêm vào đó, vấn đề xử lý rác thải phóng
xạ một cách an toàn cũng cần được quan tâm một cách đúng mực.

2.2 Năng lượng nước ( Thuỷ năng )

Năng lượng từ các dòng nước lưu động là một giải pháp sản sinh điện năng sạch và
4

hiệu quả. Nước tràn xuống từ đập nhà máy thuỷ điện làm quay tuốc bin nối với
máy phát điện. Năng lượng sản sinh ra sau đó được phân bổ tới những mạng lưới
điện lớn, phục vụ đời sống con người. Canada, Mỹ và Brazil hiện đang là 3 quốc
gia dẫn đầu thế giới về sản lượng điện từ thuỷ năng.
Mặc dầu đem lại những lợi ích to lớn, nhưng việc xây dựng các con đập cho những
nhà máy thuỷ điện lại ảnh hưởng sâu sắc tới môi trường xung quanh. Lý do là các
con đập này đã gây ngập úng cho các vùng đất phía trên cũng như phá vỡ dòng
chảy tự nhiên của các nguồn nước bên dưới nền móng của chúng. Điều này đương

nhiên sẽ tác động đến hệ sinh thái và gây nên những hậu quả khó có thể lường
trước được.

2.3 Năng lượng gió ( Phong năng )

Phong năng là một trong những hình thức sử dụng năng lượng được hình thành
sớm nhất của con người. Vào đầu thế kỷ 20, rất nhiều nông trang đã sử dụng cối
xay gió để bơm nước và phát điện. Ngày nay, được coi
như là một nguồn năng lượng thay thế, phong năng đã
và đang được khai thác bởi các nhà máy điện hiện đại,
với những bộ lá cánh tuốc bin nhẹ hơn và hoạt động
hiệu quả hơn. Ở Mỹ, tại những tiểu bang như
California, New

Hampshire, Oregon hay Montana, vài trăm máy phát
điện sức gió được hoạt động đồng thời trên những vùng
đất trống trải và có gió mạnh không ngừng thổi qua.
Một nhà máy điện từ sức gió lớn có thể cung cấp điện năng sử dụng cho vài nghìn
hộ dân tại Mỹ mỗi năm. Một số công ty điện nước này hiện nay cũng đang lên kế
hoạch xây dựng những tổ hợp máy phát điện sức gió ( Wind farm ) lớn tại Texas,
New Jersey, Massachusetts, Minnesota và một số tổ hợp nhỏ hơn tại Pennsylvania,
Connecti-cut, New York trước năm 2020. Tới thời điểm đó, Bộ năng lượng Mỹ hy
vọng sản lượng điện từ năng lượng gió sẽ đạt 5% tổng sản lượng điện Liên Bang.
Với những công nghệ mới được phát triển cho mục đích tăng hiệu năng khai thác,
năng lượng gió là dạng năng lượng thay thế sạch, rẻ, hứa hẹn và vô cùng dồi dào
cho tương lai.

2.4 Năng lượng mặt trời ( Quang năng )

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên không gây ô nhiễm và vô cùng

dồi dào. Nguồn quang năng này có thể được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà, đun
nóng nước hoặc sản sinh ra điện năng. Tuy nhiên, hạn chế của nó là sự khó khăn
5

trong việc thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù, và bên
cạnh đó là chi phí sản xuất còn khá cao.

Có hai loại hệ thống máy năng lượng mặt trời, đó là hệ thống chủ động và hệ thống
thụ động. Hệ thống thụ động thu thập và lưu giữ năng lượng mặt trời vì chính vật
liệu, cấu trúc thiết kế của nó. Một ví dụ điển hình cho hệ thống kiểu này là những
tòa cao ốc với mặt ngoài hoàn toàn bằng kính, giúp cho ánh nắng được hấp thụ và
bên trong là những bức tường dày, nhằm lưu lại nhiệt năng và giải phóng lượng
năng lượng đó về đêm.

Hệ thống máy năng lượng mặt trời chủ động sử dụng quạt hoặc máy bơm để luân
chuyển nhiệt năng mà bộ phận thu quang năng lấy được. Bộ phận thu quang năng
này có chức năng hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển nó thành nhiệt năng đi
sưởi ấm các tòa nhà cũng như làm nóng nước. Bộ phận này thường có dạng tấm
phẳng, gắn trên nóc công trình và được làm từ vật liệu hấp thụ nhiệt như đồng hoặc
nhôm, được bao ngoài bởi chất dẻo hay kính. Nước hoặc không khí luân chuyển
trong hệ thống hấp thụ nhiệt và được
chuyển tới bộ phận lưu giữ nhiệt năng, sau
đó, nhờ hệ thống quạt hoặc máy bơm để
thổi khí hoặc bơm nước nóng tới các
phòng cần được sưởi ấm. Với những nơi
sử dụng hệ thống máy năng lượng mặt
trời, sẽ phải có một hệ thống làm nóng
thông thường khác chạy dự phòng vào
những ngày khó thu thập ánh sáng.

Hiện nay, ánh sáng mặt trời còn được hấp thụ và chuyển trực tiếp thành điện năng
nhờ sự ra đời của pin mặt trời ( Hai hệ thống trước chuyển quang năng thành nhiệt
năng, sau đó mới có thể thành điện năng ). Pin mặt trời là một pin nhạy sáng hay
sự kết hợp của các pin được thiết kế để tạo ra một điện áp nhờ sự chuyển đổi trực
tiếp từ ánh sáng thành điện khi tiếp xúc với nguồn sáng. Pin mặt trời được sử dụng
trong vệ tinh vũ trụ để cung cấp điện, hay trong đồng hồ đeo tay hoặc máy tính bỏ
túi. Những tấm bảng gồm nhiều pin mặt trời hiện cũng đã được lắp đặt tại những
ngọn hải đăng, thuyền bè hay những ngôi nhà ở các vùng hẻo lánh mà lưới điện
khó có thể vươn tới được.

Nhà máy điện từ năng lượng mặt trời, sử dụng quang năng để sản sinh ra hơi quay
tuốc bin, là một giải pháp tiềm năng thay thế cho nhà máy điện chạy bằng nhiên
liệu hóa thạch với nhiều ưu điểm nổi bật như thân thiện với môi trường…. Tại
California, công trình nhà máy điện từ năng lượng mặt trời, sử dụng bộ thu làm
6

bằng những tấm kính lớn có gắn động cơ, chuyển động theo hướng mặt trời đang
cung cấp điện bổ sung cho nhu cầu điện năng của Los Angeles.

2.5 Năng lượng địa nhiệt

Địa nhiệt năng là dạng năng lượng tự nhiên sản sinh ra từ lòng đất và giải phóng ra
ngoài nhờ hoạt động của các núi lửa, suối nước nóng hay giếng phun ở khắp nơi
trên thế giới. Các nguồn nước nóng hoặc hơi ngầm dưới lòng đất có thể được tiếp
cận nhờ việc khoan sâu qua tầng đá. Nước được hâm nóng tự nhiên có thể được sử
dụng để làm nóng các tòa nhà, trong khi hơi làm quay tuốc bin trong nhà máy nhiệt
điện.

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng thay thế quan trọng tại những nơi có
hoạt động địa nhiệt mạnh mẽ, như một phần của Mỹ, Ai xơ len hoặc Ý. Giống như

hầu hết các ngôi nhà tại Ai xơ len, những ngôi
nhà ở Boise, thủ phủ bang Idaho, đã được
sưởi ấm nhờ năng lượng địa nhiệt từ vài năm nay.
Những giếng phun ở California, là nguồn hơi
nóng tự nhiên lớn nhất trên thế giới cũng đã
được sử dụng để chạy máy phát điện từ năm
1960. Không giống như năng lượng mặt trời hay
năng lượng gió, việc sử dụng năng lượng địa
nhiệt có thể mang lại những tác động không
tốt đến môi trường. Những thành phần hóa
học trong hơi nước nóng góp phần không nhỏ làm
ô nhiễm không khí, bên cạnh đó hơi nước nóng
từ các giếng phun kết hợp với nước có thể chứa các muối không hòa tan ăn mòn hệ
thống ống hoặc gây hại cho hệ sinh thái dưới nước.

2.6 Năng lượng thuỷ triều và Nhiệt năng biển

Sự lên xuống của thuỷ triều tiềm ẩn trong nó
một lượng năng lượng khổng lồ có thể được sử
dụng để sản sinh ra điện. Tuy nhiên, chiều cao
tối thiểu giữa đợt thuỷ triều cao nhất và thấp
nhất nhằm mục đích khai thác là 6 mét, và thực
tế là có rất ít nơi trên thế giới đạt được tiêu chí
này.
Cũng như đập nước trong nhà máy thuỷ điện,
nhà máy điện thuỷ triều có những tuốc bin
7

quay khi sóng tràn vào từ cửa vịnh hay cửa sông, làm chạy máy phát điện. Vào
những năm cuối thể kỷ 20, nhà máy điện thuỷ triều đã đi vào hoạt động tại một số

quốc gia như Pháp, Nga, Canada và Trung Quốc.

Nhà máy điện từ nhiệt năng biển sử dụng sự thay đổi nhiệt độ giữa mặt biển, nơi
có nhiệt độ cao hơn, với lòng biển, nơi có nhiệt độ thấp hơn để sản xuất điện.

2.7 Năng lượng sinh khối

Một phần sinh khối ( Tổng lượng động thực vật và vi sinh vật trên một đơn vị diện
tích ) có thể được sử dụng như nhiên liệu sản sinh ra nhiệt năng. Gỗ, cây trồng, phế
phẩm nông nghiệp, khoáng vật hay vật phẩm từ động vật là những bộ phận của
sinh khối. Sinh khối trong rác thải có thể được đốt cháy để tạo ra nhiệt năng hoặc
phân huỷ thành mêtan, một loại khí tự nhiên.
Ở Tây Âu, hơn 200 nhà máy được xây dựng để đốt rác thải nhằm sản sinh ra điện.
Mêtan có thể được chuyển thành nhiên liệu
lỏng là Methanol còn Ethanol được lên men từ
những cây trồng như mía hay cây lúa miến (
Sorghum ). Những tiêu chuẩn kiểm soát độ ô
nhiễm không khí thích hợp cần được đưa ra để
hạn chế lượng carbon dioxide thải vào môi
trường khi đốt các dạng sinh khối.

2.8 Những nguồn năng lượng thay thế khác

Những nguồn năng lượng thay thế khác, bao gồm khí hydro và pin nhiên liệu (
Fuel cell ). Khí hydro là nguồn nhiên liệu tiềm năng cho ô tô cũng như trong lĩnh
vực sưởi ấm các tòa nhà và sản sinh điện năng. Mặc dù hydro không có sẵn dưới
dạng đơn chất trong tự nhiên, con người vẫn có thể tạo ra nó nhờ phản ứng điện
phân nước. Điều bất cập trong sử dụng hydro làm nhiên liệu ô tô là khả năng dễ bắt
lửa của nó.

Pin nhiên liệu là bộ máy sản sinh ra điện nhờ phản ứng giữa khí oxi và hydro. Loại
pin này được sử dụng trong tàu vũ trụ, và là nguồn năng lượng thay thế tiềm năng
cho việc chạy ô tô cũng như sưởi ấm các tòa nhà.