Bài giảng quản lý năng lượng chương 1

N I DUNG

N NG L
NG VÀ
NG 1
MÔI TR
NG
1.1 Gi i thi u
1.2 N ng l ng là gì?
1.3 Tiêu th n ng l ng và GDP
1.4 Các v n đ v môi tr ng
1.5 D tr n ng l ng
CH


1.1 Gi i thi u
Nh n th c v n ng l ng:
- N ng l ng c n cho phát tri n;
- N ng l ng có s n và r là c n thi t ơ v n hành b t c
xã h i ơ c g i là công nghi p tiên ti n;
- N ng l ng là ngu n tài nguyên h u h n;
- M t ph n ba dân s th gi i có d và tiêu th ch y u
n ng l ng.Trong khi hai ph n ba còn l I s ng các n c
không ơ m b o ơ n ng l ng ơ phát tri n kinh t . Ví d
nh n c M ,m t n c tiêu th kho ng 26% n ng l ng
th gi i trong khi dân s ch chi m kho ng 4.4% dân s th
gi i;


1.1 Gi i thi u
- S th t là khi kinh t c a các n c ơang phát

tri n t ng tr ng thi nhu c u v n ng l ng c a
h c ng t ng theo. i u này làm t ng áp l c lên
vi c cung c p ngày câng c n ki t ngu n nhiên
li u hóa th ch, và c ng làm t ng hi u ng nhà
kính và ô nhi m khí quy n nói chung.
i h u nh quá t p trung vào tiêu th
-Vì m i ng
n ng l ng mà ơôi khi quên m t là chính cung
c p n ng l ng m i là ph m vi l n và quan tr ng
c a n n kinh t th gi i. Ch ng h n, công nghi p
n ng l ng ANH ch chi m 5% GDP và s
d ng 4% l c l ng s n xu t công nghi p (tài li u
1999), trong khi bi n nó thành ngành công
nghi p l n nh t ANH.


1.1 Gi i thi u
V b n ch t ,cung c p n ng l ng là m t l nh v c ơa
qu c gia.
+ Ch ng h n, d u thô ơ c v n chuy n kh p th gi i ,ch
riêng n m 1999 hàng ngày có t ng c ng 41 048 thùng
ơ c v n chuy n.
+ T ng t , m t s l ng l n khí ga t nhiên d c b m ơi
trên kho ng cách l n đi qua nhi u lãnh th qu c gia và
ơi n ơ c bán gi a các n c hàng ngày.
+ V i quy mô c a công nghi p cung c p n ng l ng, tính
ch t ơa qu c gia và t m quan tr ng c a nó ơ i v i n n
kinh t th gi i, hi n nhiên là có nhi u bên có quy n l i
nh thúc ơ y tiêu th n ng l ng và ơi u dó ơôi khi d n t i
xung ơ t gi a các bên vì lý do môi tr ng

-


1.2 N ng l

ng là gì?

1.2.1 Khái ni m n ng l ng
T t c chúng ta ơ u quen v i thu t ng n ng l ng,nh ng
th t ơáng ng c nhiên khi ch có m t vài ng i hi u ơúng
hoàn toàn b n ch t th c c a nó.
Trong ngôn ng th ng ngày, t n ng l ng ơ c dùng
m t cách r t tùy ti n nh nh ng t nh công, công su t,
nhiên li u hay n ng l ng th ng ơ c dùng hoán ơ i cho
nhau và th ng là dùng sai.

Xem video clip v Xây d ng đ p
trên dòng Mê-Công


1.2 N ng l

ng là gì?

- M t Jun ( J ) là công ơ c th c hi n khi m t l c 1 N tác
ơ ng vào m t v t sao cho nó d ch chuy n 1 m theo h ng
c a l c ơó
- M t Newton (N ) là l c c n thi t ơ làm t ng hay gi m
v n t c c a 1kg c a v t 1m /s cho m i giây. S Newton
c n thi t ơ gia t ng t c ơ cho môt v t có th ơ c tính

b i công th c :
F = m x a


1.2 N ng l

ng là gì?

- Th n ng = m x g x h
đây m là kh i l ng c a v t (kg); g
là gia t c c a tr ng l c ( t c là 9.81 m/s2
); h là chi u cao mà v t đ c nâng lên (m )
- Khi m t v t r i xu ng ,nó s s h u
n ng l ng do chuy n đông c a nó, n ng
l ng đó đ c đ nh ngh a là đ ng n ng.
ông n ng có th đ c tính theo :
ng n ng = 0.5 x m x v2
đây v là v n t c c a v t ( m/s )


1.2 N ng l
1.2.2

n v n ng l

ng là gì?

ng

KILOWATT---GI (kwh )

n v Kilowat-gi (kwh ) là ơ n v ơ c bi t h u ích c a n ng l ng, nó
th ng ơ c dùng trong ngành cung c p đi n và v i ph m vi nh h n là trong
ngành cung c p khí gas. Nó liên quan ơ n giá tr n ng l ng tiêu th trong 1
gi b ng cách v n hành m t thi t b có công su t 1 kw . Do v y :
1 kwh = 3.6 x 106 jun
BRITISH THERMAL UNIT (Btu)
n v nhi t Anh ( Btu ) là ơ n v thu c h th ng ơo l ng c c a Anh. Cho
ơ n gi nó v n ơ c s d ng r t nhi u và nh t là ph bi n
M
1 Btu = 1.055 x 103 jun
THERME
Therme là ơ n v ơ c t o l p trong ngành cung c p khí gas. Nó t ng
ơ ng v i 100 000 Btu.
1 therme = 1.055 x 108 jun


1.2 N ng l

ng là gì?

T N D U T
NG
NG ( toe )
T n d u t ng ơ ng (toe ) là m t ơon v n ng l ng ơ c s d ng
ttrong ngành d u l a .
1 toe = 4.5 x 1010 jun
THÙNG
Thùng là m t ơ n v khác c a n ng l ng ơ c dùng trong ngành
d u l a. Có 7.5 thùng trong 1 toe .
1 thùng = 6 x 109 jun

CALO
Trong ngành công nghi p th c ph m , calo là ơon v n ng l ng
thông d ng nh t. Th c t nó là l ng nhi t n ng c n thi t ơ ơun 1
gram n c lên 1oC
1 calo = 4.2 x 103 jun


1.2 N ng l

ng là gì?

1.2.3 Các ơ nh lu t nhi t h c
NH LU T 1 NHI T
NG H C
nh lu t 1 c a nhi t đ ng h c, c ng đ c g i là đ nh lu t b o toàn
n ng l ng. Phát bi u là : n ng l ng trong m t h th ng không t
nhiên sinh ra c ng không t nhiên m t đi. Th c t , n ng l ng ho c
chuy n đ i t d ng này sang d ng khác, ho c truy n t h th ng này
sang h th ng khác
NH LU T 2 NHI T
NG H C
Trong khi đ nh lu t 1 nhi t đ ng h c đ c p t i s l ng n ng l ng
trong h th ng, nó l i không đ c p v h ng truy n đi c a dòng
n ng l ng. nh lu t 2 liên quan đ n h ng t nhiên c a quá trình
n ng l ng . Ch ng h n, theo đ nh lu t 2 c a nhi t đ ng h c , nhi t
luôn luôn truy n ch t v t nóng t i v t l nh h n. Theo m t cách nói
khác, nó gi i thích t i sao nh u quá trình t nhiên l i x y ra nh th .
NH LU T 3 C A NHI T
NG H C
nh lu t 3 c a nhi t đ ng h c đ c p đ n đ không tuy t đ i ( t c là

-273 0C ).đ nh lu t này phát bi u m t cách đ n gi n là không th
gi m nhi t đ c a b t c h th ng nào t i đ không tuy t đ i


ng và GDP

1.3 Tiêu th n ng l
Th i k và đ a đi m

Các đ c đi m

Ki u xã h i

R ts m

Hái l

m

1000 000 BC

S n b t –Hái l

4000 BC
Trung ông

Hái l
d i
m

m qu ,c rau

M c tiêu th n ng
l ng theo đ u ng i
hàng ngày ( c tính )
2000kcal
(8.2 M J )

Hái l m qu d i ,s n
b t, n u th c ph m

4000 kCal
( 16.4 M J )

Nông dân đ nh c

Tr ng tr t và ch n nuôi

12 000 kCal (49.2MJ )

AD 1500
Châu Âu

Nông nghi p và công
nghi p quy mô nh

Xã h i nông nghi p
cùng công nghi p riêng
l s n xu t kim lo i và
th y tinh.v.v…

21 000 kCal (88.2 MJ )

AD 1900
Châu Âu

Công nghi p hóa

Công nghi p quy mô
l n
S n xu t hàng lo t
Các thành ph l n

90 000 kCal
(378 MJ )

AD 1990
USA, Tây Âu , v.v

Công nghi p tiên ti n

Xã h i tiêu dùng
,chuyên ch hàng lo t,
nhi u thi t b tiêt ki m
lao đ ng

250 000 kCal
( 1 GJ )

1.3 Tiêu th n ng l

ng và GDP

T b ng có th th y r ng m c tiêu th n ng l ng tính theo
đ u ng i t ng d n (h u nh là theo hàm m ) khi các xã h i
t nên tiên ti n và công nghi p hóa h n;


1.3 Tiêu th n ng l

ng và GDP

Nh ng hình này minh h a quan h gi a t ng s n ph m qu c gia tính
theo đ u ng i ( GNP ) ( Có quan h r t g n v i GDP ) và m c tiêu
th n ng l ng cho m t vài n c nghèo h n và giàu h n t ng ng
c a th gi i. M c dù m c tiêu th n ng l ng ch u nh h ng c a
các y u t nh là: m t đ dân s , th i ti t và đ a đi m. C ng có th
th y đ c t các hình trên là đ i v i ph n l n các qu c gia nh t là
v i các n c đang phát tri n, v n có m i liên h m nh m gi a GNP
và m c tiêu th n ng l ng. Nói chung , h u h t các xã h i m c
tiêu th n ng l ng và t ng tr ng kinh t có xu th phát tri n song
song v i nhau


1.3 Tiêu th n ng l

ng và GDP

T s gi a n ng l ng s d ng v GDP (E/GDP) đ c bi t nh

là c ng đ n ng l ng c a n n kinh t . Nó là th c đo đ u ra
c a n n kinh t so v i đ u vào n ng l ng c a nó, th c t ,nó là
th c đo hi u qu n ng l ng đ c s d ng. Các qu c gia s n
xu t, v i h t ng khá là nghèo nàn ho c l c h u cho th y c ng
đ n ng l ng r t cao,trong khi đó v i hi u qu n ng l ng cao
h n thì các n c “ h u công nghi p hóa “ l i có m t đ th p h n
nhi u.
Trong khi c ng đ n ng l ng ch u nh h ng m nh m c a
giá n ng l ng, nó c ng b tác đ ng c a các y u t gián ti p
làm nh h ng đ n giá c . Ví d ,các thay đ i trong công ngh
và thay đ i trong c c u th ng m i th gi i có th
nh h ng
đ n c ng đ n ng l ng. V trí đ a lý có nh h ng m nh m ;
Các n c ph ng b c l nh l o có xu th th hi n c ng đ n ng
l ng cao. Các y u t khác bao g m c nh ng thay đ i trong th i
trang và s thích. Ch ng h n, n u công vi c chu k tr nên ph
bi n v i nhi u ng i, thì có th là đi u đó s
nh h ng đ n m t
đ n ng l ng c a n n kinh t . Tóm l i có r t nhi u y u t
nh
h ng đ n c ng đ n ng l ng.


HÖ sè ®μn håi vμ c−êng ®é ®iÖn n¨ng

1.6

12000

1.4

10000

GDP/ng−êi

8000

1.0
0.8

6000

0.6

4000

C−êng ®é(Kwh/$)

1.2

0.4

GDP/ng−êi-USD/ng−êi

2000

0.2

C−êng ®é-kWh/$
0

2008

C

0.0
2010

2012

2014

2016

2018

ng đ đi n n ng, GDP/ng

2020

2022

2024

2026

2028

2030

i, Tiªu thô ®iÖn/ng−êi

2010

2015

2020

2025

2030

kWh/USD(2005)

1,36

1,39

1,28

1,07

0,87

USD/ng

i

1170

2100

3400

5000

10000

kWh/ng

i/n m

985

1720

2600

3800

5400


c−êng ®é ®iÖn n¨ng – so s¸nh quèc tÕ

1.20

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

Korea, Rep.

China

Thailand

Vietnam

Malaysia

Philippines

India

0.00
90
19

91
19

92
19

93
19

Nguån: IMF 2007

94
19

95
19

96
19

97
19

98
19

99
19

00
20

01
20

02

20

03
20

04
20

05
20


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

Quan tâm đ n môi tr ng, đ c bi t đ i v i m i đe d a
c m nh n đ c c a s
m lên toàn c u, là nh h ng t i
vi c đ nh hình chính sách n ng l ng c a nhi u n c, nên
th o lu n v n đ này m c đ chi ti t nào đó là c n thi t.
M c d u có nhi u cu c tranh cãi khoa h c v tính ch t
đúng đ n và ph m vi c a m i đe d a kép là s
m lên
toàn c u và c n ki t t ng ôzon. ó là m i đe d a đã đ c
c m nh n v thay đ i khí h u trên b t k v n đ nào
khác, đang thay đ i thái đ đ i v i tiêu th n ng l ng..
Các khái ni m nh là m lên toàn c u và c n ki t t ng
ôzon đôi khi b l n l n và đ c dùng thay th cho nhau.

1.4 Các v n đ v môi tr

ng

1.4.1 m lên toàn c u
- Có b ng ch ng khoa h c ngày càng t ng là hi u ng nhà kính
gây ra b i ho t đ ng c a con ng i đang có tác đ ng t i khí h u
trái đ t. B ng ch ng đ ngh ch p nh n r ng khí h u trái d t
đã nóng lên h u nh 0.70C t cu i th k 19


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

-Hi u ng nhà kính là m t hi n t ng t nhiên c n thi t đ gi “
m “ cho hành tinh.Nó đ c gây ra b i l p khí t ng khí quy n
cao h n ng n ch n các b c x h ng ngo i sóng dài phát ra t
b m t trái đ t. Khí quy n c a trái đ t cho phép các b c x m t
tr i sóng ng n đi qua m t cách khá t do.Tuy nhiên, b c x
sóng dài đ c t o nên b i s t ng nhi t b m t trái đ t b h p
th t ng ph n và r i đ c ph n x
xu ng nh khí nhà kính
trong khí quy n. B ng cách này, m t cân b ng n ng l ng đ m
b o làm cho trái đ t nóng lên h n. Không có hi u ng nhà kính,
ng i ta d tính r ng b m t tái đ t có th là l nh h n kho ng
330C và h u nh không th c trú đ c
-M c dù hi u ng nhà kính là c n thi t cho s t n t i c a con
ng i, n u m c đ khí nhà kính cao h n m c t nhiên c a

chúng thì h u qu nóng lên thêm có th đe d a tính b n v ng
c a toàn b hành tinh.


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

- Các khí nhà kính ch y u xu t hi n m t cách t nhiên
trong khí quy n trái đ t là h i n c và CO2 . Trong đó h i n c
có ho t đ ng nhà kính l n nh t.Trong khi n ng đ CO2 ch u
nh h ng m nh m b i các ho t đ ng c a con ng i,h i n c
trong khí quy n h u nh đ c xác đ nh hoàn toàn b i các đi u
ki n khí h u và các ho t đ ng không ph i do con ng i.
- Các ho t đ ng c a con ng i ch u trách nhi m vè vi c s n sinh
ra m t s khí nhà kính m nh khác, bao g m mê tan, nito ôxít
,Clo-fluorua-carbons (CFCs ) và hydro- clo-fluorua-carbons (
HCFCs).
- Ví d , n ng đ CO2 đã t ng t 280 ppm gi a th k 18, t i
x p x 353ppm n m 1990: t ng kho ng 26%, d n t i t c đ t ng
kho ng 0.5 % m t n m. Th c v y, ban liên chính ph v thay
đ i khí h u ( IPCC ) dã d báo r ng vi c t ng g p đôi CO2 khí
quy n s x y ra vào n m 2050, d n t i vi c nhi t đ trung bình
toàn c u s t ng trong kho ng t 1.5 0 C đ n 4.50 C


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

ÓNG GÓP CHO VI C NÓNG LÊN TOÀN C U C A CÁC LO I
KHÍ KHÁC NHAU.

C bon
dioxide
t ng
đ ngtheo
phân t

n ng đ
tr c---1800

N ng đ
1990

T c đ phat
tri n ( %/
n m )

Th i gian t n
t i trong khí
quy n (n m )

Carbon
dioxide

1

280 ppmv

353 ppmv

0.5

50--200

Metan

21

0.8 ppmv

1.72 ppm

0.9

10

CFC12

7300

0.0 ppmv

484 pptv

4.00

130

CFC11

3500

0.0 ppmv

280 pptv

4.00

65

Nitrous
oxide

290

288 ppbv

310 ppbv

0.25

150

Khí nhà kính


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

Ng i ta d báo là khi s nóng lên toàn c u t ng thì:
- M c n c bi n s t ng kho ng h n 400 mm vào 2080 do có s
k t h p cu các hi u ng dãn n vì nhi t c a các đ i d ng và
tan ch y b ng vùng c c . i u này s đ t cu c s ng c a hàng
tri u ng i vào vòng nguy hi m v i kho ng 80 tri u ng i t ng
thêm đ c bi t b đe d a b i l l t nh ng vùng th p c a mi n
nam và đông nam Á.
-Có th là h n hán s xu t hi n do nhi t đ t ng và r ng Châu
Phi, Trung ông và n
t t c s ph i gi m đáng k s n
l ng mùa màng. H n hán t ng lên có ngh a là vào kho ng 2080
thêm 3 t ng i có th s ph i ch u s c ng th ng c a vi c t ng
nhu c u v n c,v i vùng B c Phi, Trung ông và ti u l c đ a n
s ph i ch u các nh h ng x u.
- Th t không may, đó s là các n c nghèo nh t, th ng có
đóng góp ít nh t cho s nóng lên toàn c u và d ch u t n th ng
nh t b i thay đ i khí h u.


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

M T
CÁC BON C A NGU N N NG L
NG
M t đ các bon là th c đo s l ng CO2 đ c
th i vào khí quy n cho m i đ n v n ng l ng

đ c s n xu t.
Trong khi các ngu n n ng l ng tái t o nh gió
,m t tr i, và th y đi n không th i CO2, thì hàm
l ng carbon c a các lo i nhiên li u hóa th ch
thay đ i khác nhau r t nhi u


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

Kg CO2
theo G J
c a n ng
l ng s
c p
( kg / GJ
)

Hi u su t trung
bình t ng c ng
c a nhà máy
đi n ( % )

Kg c a CO2
theo GJ c a
đi n n ng đ c
truy n t i(kg /
GJ )

Kg c a CO2
theo kwh cu
đi n n ng đ c
truy n t i
(kg / kwh )

Than

90.7

35

259.1

0.93

D u

69.3

32

216.6

0.78

Khí ( chu trình h n
h p CCGT)

49.5

46

107.6

0.39

Nhiên li u s c p

M c th i CO2
trên KWH đi n
n ng truy n t i &
theo khu v c


1.4 Các v n đ v môi tr

ng

PHÁ H Y T NG ÔZON
- Ôzon ( O3 ) t ng bình l u c a trái đ t th c hi n ch c n ng
ch y u là b o v b m t hành tinh kh i b c x t ngo i ( UV ),
lo i b c x đ c bi t có h i đ i v i đ i s ng c a con ng i và
đ ng v t. Bình l u là t ng dày x p x 35km có gi i h n d i đ
cao 8 đ n 16 km . Ôzon đ c t o ra t ng bình l u do h p th
b c x t ngo i m t tr i nh các phân t ô xy (O2 ) đ t o ra
ôzon thông qua m t lo t các ph n ng quang hóa ph c t p.
- T n th t ôzon trung bình trên toàn c u t ng c ng kho ng 5%
t gi a các n m 60, v i t n th t l n nh t x y ra vào mùa đông
và mùa xuân hàng n m. S suy gi m t ng ôzon gây ra h u qu

là các b c x t ngo i UV t i m t đ t m c cao h n. Các b c x
UV đ c t ng lên, đ n l t nó l i d n đ n t l m c các b nh
ung th da, đ c nhân m t, suy gi m h th ng mi n d ch.
Trách nhi m v s suy thoái nhanh chóng g n đây c a t ng ôzon
đ c quy cho các lo i khí thoát ra nh CFCs (CFC—11 và CFC—
12) và nitrous oxide.