Các nguồn năng lượng cho thế kỷ XXI docx

Các nguồn năng lượng cho
thế kỷ XXI
Nguồn năng lượng chủ yếu của con người cho đến hôm nay vẫn là dầu
mỏ, khí đốt và than. Các nguồn năng lượng hoá thạch này đang ngày một cạn
kiệt, và việc sử dụng chúng gây nhiều ảnh hưởng xấu tới môi trường. Vậy
những nguồn năng lượng nào sẽ được khai thác và sử dụng chủ đạo trong
thế kỷ XXI? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các nguồn năng lượng để có thêm
thông tin về vấn đề này.
Trái đấtđangnóng lên và dân số thế giới tăngvọt.Trongvòng 100năm qua,
dân số thế giới đã tăng 3,6 lần. Cùngvới việctăng dân số và các yêu cầu về tiện
nghi, nhucầu sử dụngnăng lượng ngàycàng tăng cao. Mứcnăng lượng tiêu thụ
trên toàn thế giới trong25 năm cuối củathế kỷ XX đã tăng gấp đôi và dự đoán
trong 20năm tới sẽ tăng 50%so với hiện nay.Cầu về nănglượng tăng cao, nguồn
cung ngày càngkhan hiếmlà nguyênnhân của các cuộc khủng hoảng.Điều gì sẽ
xảy ra khinguồn dự trữ nhiên liệu trong lòngđấtcạn kiệt?Liệunhân loại còn có
khả năng tìmthấy dầu và khí (ở Nam cực, Bắc cực) nữa không? Khả năngcung cấp
của cácloại năng lượng trongtương lai như thế nào?
Theo thống kê của các tổ chức nghiên cứu năng lượng thế giới, trữ lượng
dầu mỏ được xác minh trên toàn thế giới dao động trong khoảng 2.050-2.390 tỷ
thùng,tươngđương 270-323 tỷ tấn(đã khaithác hết 50%,cóthể khaithác40 năm
nữa);khí thiên nhiên là161 tỷ tấn,có thể khaithác 57năm nữa; than đá 800 tỷ tấn,
có thể khai thác 262 năm nữa; Urani dùng cho phát điện nguyên tử: 42 tỷ tấn, có
thể khai thác 60 năm nữa, nếu dùng phản ứng nơtron thì có thể kéo dài thời gian
sử dụng 60 lần; tổng lượng tài nguyên Doteri cho phản ứng nhiệt hạch (năng
lượng phátra khi tổng hợp hạt nhân chứ không phảinăng lượngphân rã hạt nhân
như trong các nhà máy điện nguyên tử hiện nay) là 44 tỷ tấn, tương đương với
năng lượng của 52 triệu 800 ngàn tỷ tấnthan nguyên chất,đảm bảo cho nhân loại
đủ dùng 10.000 năm. Vì vậy, có thể dự đoán việc khai thác năng lượng phản ứng
nhiệt hạch với sự phát triển công nghệ sẽ là nguồn chính cung cấp năng lượng
trong tương lai.
Theo dự báo, trong nửa đầu của thế kỷ XXI, dầu mỏ, khí đốt và than vẫn là

các nguồn năng lượng chủ đạo. Theo đánh giá của các nhà khoa học, trong tương
laingườitacóthể tìmthêm đượckhoảnghơn1.000tỷ thùngdầudự trữ nữa, bằng
với trữ lượng chúng ta đang có. Mặt khác, sự phát triển của công nghệ sẽ làm cho
hệ số thuhồidầu ở cácmỏ tăng cao và việcsử dụngnhiênliệu sẽ tiếtkiệm vàhiệu
quả hơn. Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu sâu thêm về tương lai của một số nguồn
năng lượng.
Thủy điện - “vàng trắng”
Với những lợi thế của “vàng trắng”, do lợi ích trước mắt, các quốc gia đang
khai thác những con sông thành những bộ máy phát điện khổng lồ. Việc xây dựng
các con đập thủy điện trên sông sẽ dẫn đến hàng loạt nguy cơ như: Hồ địa chấn,
động đất; phá hủy tài nguyên rừng (để có được các công trình thuỷ điện, người ta
phải phá hủynhiều khu rừng lớn, làm biến dạng cuộc sống hoang dã, làm thay đổi
nơi sinhsốngcủa hàngchục ngàn dân cư nghèo);ngànhnôngnghiệp sẽ bị thiệt hại,
dulịch sútgiảm. Trong tươnglai,thủyđiệnkhông nên và không thể lànguồnnăng
lượng chính.
Công nghệ năng lượng hạt nhân tiếp tục phát triển theo hướng an toàn,
hỗn hợp và hiện đại
Việc nghiên cứu và sử dụng năng lượng hạt nhân đã có lịch sử gần 60 năm.
Về mặt công nghệ, có 3 loại lò đã được kiểm chứng (lò phản ứng nước áp lực, lò
phảnứngnước sôi,lò nước nặngkiểuCandu)và mộtsố dạnglò phảnứngkiểu mới
đangđượcnghiêncứu.Chúngsẽ lànhữngloạilò chủ đạo trongviệcứng dụngcông
nghệ năng lượng hạt nhân ở thế kỷ XXI. Hiện nay, điện hạt nhân đóng góp trên
15%sảnlượngđiệnhàngnămtrêntoànthế giới. Dự kiến đếnnăm2030,công suất
các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới đạt mức 748 GW, tăng gấp 2 lần so với
hiện nay. Chính phủ Mỹ đang xúc tiến xây dựng 4 nhà máy điện hạt nhân mới và
cấp phép gia hạn sử dụng thêm 20 năm đối với 100 lò sắp hết hạn sử dụng. Chính
phủ Anhdự địnhxây dựng20lò phảnứnghạt nhânmới;NhậtBảndự kiếnnângtỷ
lệ sử dụng năng lượng nguyêntử từ 30% hiện naylên40% vàonăm 2017; Nga dự
định sẽ xây thêm 45-50 lò; Trung Quốc đang tích cực đẩy mạnh xây dựng các nhà
máyđiệnhạtnhânmới, nâng côngsuấtđiệnhạt nhânđạt70 GW vào năm2020 và

trên 100 GWvào năm 2030
Việt Nam là một trong những nước mới gia nhập đội ngũ này và được đánh
giá là nước đang chuẩn bị tích cực cho phát triển điện hạt nhân. Luật Năng lượng
nguyên tử đã được Quốc hội thông qua vào tháng 6.2008 sẽ là cơ sở pháp lý toàn
diệncho hoạt độngnày. Việt Nam dự định xây dựng2 nhàmáyđiện hạtnhân theo
phương thức “chìa khóa trao tay” tại 2 địa điểm thuộc tỉnh Ninh Thuận với tổng
công suất 4.000 MW, sẽ đượcđưa vào vận hành trong giai đoạn 2020-2025.
Công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời sẽ phát triển và có tính đột phá
Đây là nguồn năng lượng không bao giờ cạn. Con người đã biết sử dụng
nguồn năng lượng mặt trời từ rất sớm, nhưng chỉ sau các cuộc khủng hoảng năng
lượng, người ta mới đặc biệt quan tâm đến nguồn năng lượng này. Các nước công
nghiệppháttriểnđã đi tiênphong trongviệc nghiêncứu ứngdụng nănglượngmặt
trời. Công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời chủ yếu dựa vào quá trình biến đổi
quang năng và nhiệt năng. Có ba hình thức ứng dụng: Ứng dụng quang năng (lấy
được năng lượng sạch là hydro), ứng dụng nhiệt năng (được sử dụng trong các
nhà máy nhiệt điện) và ứng dụng quá trình quang hợp (cho phép tạo ra nguồn
năng lượngsinh học).
Công nghệ sử dụng hiệu ứng quang điệ
n
cho phép tạo ra các pin mặt trời, nhờ đó có th
ể
xây dựng các nhà máy phát điện bằng ánh sá
ng
mặt trời. Pin mặt trời là phương pháp sản xuấ
t
điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết b
ị
biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm l
à
gọnnhẹ,cóthể lắpbấtkỳ ở đâu cóánhsáng mặt trời,đặc biệtlàtronglĩnh vựctàu

vũ trụ.Ứngdụngnănglượngmặt trờidướidạngnày được pháttriển vớitốcđộ rất
nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay con người đã ứng dụng pin năng
lượng mặt trời để chạy xe,thay thế dần nguồnnăng lượng truyền thống.
Hiện nay người ta còn dùng năng lượng mặt trời để phát điện theo kiểu
“tháp năng lượng mặt trời - Solar power tower “.Australia đang tiến hành dự án
xây dựng một tháp năng lượng mặt trời cao 1 km với 32 tuốc bin khí có tổng công
suất 200 MW. Tháp năng lượng mặt trời này sẽ cung cấp khoảng 650 GWh điện
mỗinăm cho200.000 hộ giađình ở miền tâynam New SouthWales- Australia.
Năng lượng mặt trời còn được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh nông
nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm nhằm giảm tỷ lệ hao hụt và
tăng chất lượng sản phẩm. Các động cơ nhiệt - động cơ Stirling sử dụng năng
lượng mặt trời được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh
hoạt haytưới cây ở các nôngtrại.
Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ
8
0
Bắcđến23
0
Bắc,nằm trong khuvựccócường độ bứcxạ mặttrờitươngđốicao,
với trị số tổng xạ khá lớn, khoảng 100-175 kCal/cm
2
/năm (4,2-7,3 GJ/m
2
/năm).
Dođó, việcsử dụngnănglượng mặt trờiở nướctasẽ đem lại hiệuquả kinh tế lớn.
Tuy nhiên, để ứng dụng năng lượng mặt trời có hiệu quả cần có các công nghệ
thích hợp để giảm giá thành và nâng cao hiệu suất sử dụngthiết bị.
Năng lượng gió (phong điện)
Năng lượng gió là nguồn năng lượng có quy mô lớn, an toàn và sạch. Tổng
trữ lượngnănglượng giótoànthế giới mộtnămlà350 tỷ kW. Việcpháttriểnnăng

lượng giócóba hướng: Trên đất liền, trên biển và hỗn hợp.Hướng phát triển trên
đất liền có công suất mỗi tua bin 2-5 MW với công nghệ chế tạo tua bin đã phát
triển, cho phép giảm giá thành phong điện. Hướng phát triển trên biển bắt đầu từ
những khu vựctương đốicạn, sauđó pháttriển đếnnhững khuvựcnướcsâuhơn.
Cáctuabincócôngsuấtlớn hơn5MW,vớimụctiêuđạt giá thành5 cent/kWh vào
năm2012.Côngnghệ hiệntạichophépxâydựngcáctuabinở mựcnướcthấp hơn
30 m. Càng xa bờ tốc độ gió càng mạnh, nhưng các công nghệ lắp đặt đòi hỏi phải
được nghiên cứu hoàn thiện hơntrong tương lai. Hướng áp dụng hỗn hợp là thiết
kế cáctuabinchocácứngdụng đangànhnhư sản xuấthydro haysảnxuấtvàphân
phối nướcsạch.Hướng phát triển này sẽ có tác động đáng kể vàothị trường trước
năm 2020.
Tốcđộ pháttriểnhiệntạicủaphong điệnđạt mức 32%/nămvới40.300 MW,
đáp ứng nhu cầu về năng lượng cho 47 triệu người với mức tiêu thụ điện bình
quân của châu Âu. Tổng công suất lắp đặt phong điện tại Đức là 2.674 MW, đáp
ứng 5,9% nhu cầu điện quốc gia; Đan Mạch là 1.400 MW, đáp ứng 20% nhu cầu;
Italia và HàLan đạt 900MW…
ViệtNam cótiềmnăngphong điệnđượcxácđịnhlàtốtnhất ĐôngNam Á, có
thể đạt hơn 400 MW vào năm 2020. Hiện nay, hai dự án phong điện lớn tại Bình
Địnhvà Khánh Hòa với tổng công suất 55 MWđangđược thực hiện.
Năng lượng địa nhiệt
Địa nhiệt là nguồn năng lượng thiên nhiên do các tầng nham thạch nằm sâu
trong lòng trái đất cung cấp, càng đi sâu vào lòng trái đất nhiệt độ càng tăng lên.
Trữ lượngtài nguyên nănglượngđịanhiệt củathế giới(cáchvỏ tráiđất 10.000 m)
tương đương khoảng 5.710 tỷ tấn than nguyên chất. Thông thường, để khai thác
nguồnnănglượngđịa nhiệt,ngườita chỉ cầnkhoan cácgiếngsâu 4-5km. Vídụ,tại
nhà máy địa nhiệt ở Soultz (đông bắc nước Pháp), người ta khoan xuống độ sâu
khoảng 5km là tớivùng cónhiệtđộ khoảng200
0
C.Nướcđượcđun sôisẽ theoống
dẫn lênvà làm chạy máy phátđiện.

Mỹ đang là quốc gia đi đầu (trong số 24 quốc giađược thống kê) trong việc
sản xuất địa nhiệt. Công suất địa nhiệt của Mỹ hiện chiếm 32% tổng công suất địa
nhiệt của các nhà máy trên thế giới. Trong thời gian tới, nước Mỹ có thể sản xuất
tới 100.000 MW điện địa nhiệt, đủ cung cấp cho 25 triệu hộ dân cư trong 50 năm
(chi phí khoảng 40triệu USD/năm, trong khi chiphí ban đầu chỉ vào khoảng 0,8-1
tỷ USD). Các nhà máy điện địa nhiệt không cần nhiên liệu nên sạch đối với môi
trườnghơnmọi nhàmáyđiệnkhác. Đếnnăm 2050,Mỹ có thể sảnxuất nguồn điện
địa nhiệt đáp ứngđược10% nhucầu điệntrong nước.
ViệtNamlàmột quốcgiacó hàngtrăm điểmnước khoáng đã đượcpháthiện,
trong số này hơn một nửa là những điểm nước nóng, phần lớn tập trung ở các
vùngTâyBắcvàNamTrungBộ.Có72nguồn nước cónhiệtđộ khoảng41-60
o
C,36
nguồnnướccó nhiệt độ 61-100
o
C và64nguồnnướccónhiệt độ 30-40
o
C. Tậpđoàn
Kỹ nghệ Essential Innovation (Canada) đã đến ViệtNam tổ chức Hội thảo nhằm
giới thiệucông nghệ địanhiệt. Tập đoàn Ormat của Mỹ - chuyên xâydựng các nhà
máy điện địa nhiệt trên khắp thế giới, cũng đã đến Việt Nam và xin giấy phép đầu
tư xây dựng 5 nhà máy điện địa nhiệt tại Lệ Thủy (Quảng Bình), Mộ Đức, Nghĩa
Thắng(QuảngNgãi),HộiVân(Bình Định)vàTuBông(KhánhHòa).Tổngcôngsuất
các nhà máy điện địa nhiệt này dự kiến lên đến 150-200 MW. Sở dĩ các nhà máy
nàychưakhởi công được(mặcdù 100% vốn đầutư trựctiếpnước ngoài) làvì giá
mua điện của Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) chỉ giới hạn có 4 cent/kWh.
Chính phủ Việt Nam cũng đã có định hướng xây dựng nhà máy điện địa nhiệt 20-
25 MWtại xã Cát Hiệp, huyện Phù Cát (BìnhĐịnh).
Năng lượng biển
71% diện tích bề mặt trái đất là biển. Biển có thể cung cấp một lượng năng

lượng khổnglồ. Nănglượngbiểnbaogồmnănglượng thủytriều,nănglượngsóng,
sự chênh lệch về nhiệt độ tronglòng biển, năng lượng thủy lưu vàcác nguồn năng
lượng có thể tái sinh khác. Tổng trữ lượng năng lượng biển trên toàn thế giới là
khoảng 373tỷ kW.Côngnghệ phátđiệnbằngnănglượng thủy triềuphát triểnkhá
nhanh. Công nghệ sử dụng năng lượng sóng biển đã được thương mại hóa. Tiềm
năng khai thác năng lượng từ sóng biển đang được Trường Đại học bang Oregon
(Mỹ), các cơ quan ở các Bang và Liên bang tập trung nghiên cứu dọc theo bờ biển
Bang Oregon. Theo Giáo sư Annette von Jouanne thuộc Đại học Oregon, các đại
dương có tiềm năng rất lớn trong việc cung cấp năng lượng, nếu 0,2% tiềm năng
của biển được khai thác để sản xuất điện, nó có thể cung cấp đủ năng lượng cho
toànthế giới.
Hiện tạiở châu Âu có hai trung tâm nghiên cứu đang tập trung pháttriển và
thương mại hóa các công nghệ năng lượng từ biển, đó là Trung tâm Năng lượng
biển châu Âuở Orkney(Scốtlen) và Trung tâm Năng lượngsóng (Bồ Đào Nha).
Năng lượng hydro
Hydro là nguồn năng lượng mới vàlý tưởng.Hydro khihoá hợp vớioxy cho
năng lượng cao nhất trên một đơn vị khốilượng:120,7 GJ/T, tương ứng25 lầngiá
trị phát nhiệt của xăng. Đặc điểm quan trọng của hydro là sản phẩm cháy của nó
chỉ lànước(H
2
O)nênđượcgọilà nhiênliệusạchlýtưởng. Hydrođượcsản xuấttừ
nướcbằngnănglượngmặttrời.Cóhaicôngnghệ sảnxuấtđược ứngdụnglà:Công
nghệ điện phân nước nhờ năng lượng mặt trời thôngqua các pin mặt trời và công
nghệ quang điện hóa phân rã nước nhờ năng lượng bức xạ của ánh nắng mặt trời
với sự có mặtcủa chấtxúc tác quang.
Từ năm 1960, Công ty General Electric đã sản xuất hệ thống cung cấp điện
bằng pin nhiên liệuhydro cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng chotàuApollo
- Soyuz, Skylab. Ngày nay, điện năng trong các tàu con thoi và trạm nghiên cứu
không gian củaNASAđều được cácpin nhiênliệucungcấp, vì trên tàu khônggian,
hydro và oxy được mang theo sẵn. Pin nhiên liệu không chỉ cung cấp điện mà còn

cung cấp nước uống siêu sạch cho các phi hành gia, vì nước là chất thải của pin
nhiên liệu hydro. Hydro đã được sử dụng thay xăng dầu cho các phương tiện giao
thông vận tải. Hiện nay đã có nhiều mẫu xe chạy bằng hydro và xe kết hợp giữa
động cơ đốt trong bằng hydro và động cơ điện có tên gọi xe lai ghép (gọi chung là
dòng xe hoàn toàn không có khói xả) của các hãng ôtô nổi tiếng như Honda, Ford,
Mercedes Benz Năm 2008, các thế hệ xe không có khói xả đã ra đời ở Nhật Bản
với cácnhãn hiệu Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Ford Escape Hybrid, Honda
Insigh. Năm 2007, Mỹ đã sản xuất thử nghiệm 200 chiếc ôtô và xe buýt chạy bằng
hydro.Hydro cònđược sử dụngthaynhiênliệuhoáthạchtrongsảnxuất điện năng,
thực hiện trong các pin nhiên liệu. Hydro và pin nhiên liệu là chìa khóa giải quyết
vấnđề ônhiễm bầukhíquyển vàsự biếnđổikhíhậu toàn cầu-mốilocủatoànthế
giới hiện nay khi sử dụng nhiên liệuhóa thạch.
Ngày nay, “nền kinh tế hydro” đang trở thành một xu thế không thể đảo
ngược trên thế giới. Đây thật sự là một cuộc cách mạng sâu sắc trong tiến trình
phát triểncủa xã hộiloài người, vàđã được đánh giálà có ý nghĩa to lớn như cuộc
cách mạng công nghiệp trước đây, khi phát minh đầu máy hơi nước với việc sử
dụngnhiênliệu thanđá.
Năng lượng sinh học
Năng lượng sinh học (sinh khối, nhiên liệu sinh học và khí sinh học) đang
đứng vị tríthứ tư, chiếm tới14-15% tổng lượng nănglượngsử dụng trêntoànthế
giới. Nguồndự trữ nănglượng sinh học trên thế giớihiện nay là162tỷ tấn(tương
đương 115 tỷ tấn than đá nguyên chất). Năng lượng sinh học được sản xuất từ các
nguyên vật liệu sinh học có thể đáp ứng được 25% nhu cầu năng lượng toàn cầu
vào năm 2050. Thế giới hiện có khoảng 14 triệu ha (chiếm 1% diện tích đất trồng
trọt) đang được sử dụng cho việc sản xuất năng lượng sinh học vàdiệntíchnày có
thể tăng lên 3,5%hoặc cao hơn trongtươnglai gần.
Hiện nay, ở Việt Nam có 33 nhà máy sử dụng hệ thống nhiệt điện dùng bã
mía với công suất 130 MW. Nguồn năng lượng sinh học chủ yếu ở Việt Nam được
sản xuấttừ trấu,bã mía,sắn ngô,rỉ đường, quả có dầu, gỗ, phân động vật, rác sinh
học đô thị có thể lên tới trên 350 MW. Tiềm năng của khí sinh học là 10 tỉ

m
3
/năm(1 m
3
khí tương đương với 0,5kg dầu)…
Để kết luận bài viết này, xin trích lời của Thomas L. Friedman, nhà báo Mỹ,
tác giả của “Thế giới phẳng”, “Chiếc Lexus và cây Ô liu”, người ba lần đoạt Giải
Putlitzer: “…Giờ đây chúng ta hiểu rằng, nguyên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt, ngày
càng đắt hơn và ảnh hưởng nghiêm trọng lên cả chính trị, sinh thái và khí hậu… Thế
giới này đang hình thành từ ba xu hướng nóng bức, bằng phẳng và chật chội, và nếu
chúng ta không tái chế, tái sử dụng và tái sản xuất nguồn năng lượng sao cho sạch
hơn và hiệu quả hơn, thì cuộc sống của chúng ta ngày càng suy thoái, ngắn ngủi và
hạn chế…”.