giáo trình tiết kiệm năng lượng

1


Mu ̣c lu ̣c

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................................... 2
Chương 1: Năng lượng và vai trò của năng lượng đố i với đời số ng con người ................ 5
1.1. Năng lượ ng là gı̀.............................................................................................................. 5
1.1.1 Khái niệm................................................................................................................... 5
1.1.2 Lich
̣ sử sử dụng năng lượ ng của con người .............................................................. 5
1.1.3 Vai trò của năng lượng đối với cuộc sống con người................................................. 6
1.2 Biến đổi năng lượng ......................................................................................................... 9
1.2.1 Khái niệm................................................................................................................... 9
1.2.2 Các bộ biến đổi năng lượng....................................................................................... 9
1.3. Các dạng năng lượng .................................................................................................... 11
1.3.1 Phân loại theo bản chấ t việc tạo ra năng lượ ng ....................................................... 11
1.3.2 Phân loại theo nguồ n năng lượ ng sử dụng .............................................................. 12
1.3.3 Phân loại theo chın
́ h sách năng lượ ng..................................................................... 13
1.4 Các dạng năng lượng mới .............................................................................................. 14
1.4.1 Giới thiệu các nguồ n năng lượ ng mới...................................................................... 14
1.4.2 Khả năng khai thác và sử dụng các nguồ n năng lượ ng mới trong sinh hoạt và sản
xuấ t .................................................................................................................................. 15
1.4.2.1 Năng lượ ng mặt trời.......................................................................................... 15
1.4.2.2 Năng lượ ng khı́ Hydro ....................................................................................... 19
1.4.2.4 Năng lượ ng gió ................................................................................................. 27
1.4.2.5 Nhiên liệu sinh học ............................................................................................ 30
1.4.2.6 Năng lượ ng điạ nhiệt ........................................................................................ 32
1.4.2.7 Năng lượ ng hạt nhân ........................................................................................ 39

1.4.3 Giới thiệu một số mô hın
̀ h sử dụng năng lượ ng mới................................................ 40
Chương 2: Sử dụng năng lượng tiế t kiê ̣m hiê ̣u quả............................................................ 43
2.1. Hiện trạng sử dụng năng lượng hiện nay ...................................................................... 43
2.1.1 Thực trạng sử dụng nguồn tài nguyên, nhiên liệu .................................................... 43
2.1.2 Những vấn đề ô nhiễm môi trường do sử dụng năng lượng gây ra ......................... 44
2.2 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ..................................................................... 46
2.2.2 Chỉ số sử dụng năng lượ ng hiệu quả....................................................................... 47
2.2.3 Chỉ số hiệu suất sử dụng năng lượng hiệu quả ....................................................... 48
2.2.4 Cường độ tiêu thụ năng lượng cuối cùng ................................................................ 50
2.2.5 Phân tích tình hình sử dụng hiệu quả năng lượng trên thế giới ............................... 50
Chương 3: Chı́nh sách sử dụng năng lượng ....................................................................... 58
3.1 Khái niệm ....................................................................................................................... 58
3.2 Chın
́ h sách năng lượ ng quố c gia .................................................................................... 58

2


3.2.1 Những tiêu chuẩ n đượ c sử dụng để đưa ra một chın
́ h sách năng lượ ng................. 58
3.2.2 Các yế u tố bên trong chın
́ h sách năng lượ ng .......................................................... 59
3.3 Chın
́ h sách năng lượ ng của một số vùng, quố c gia trên thế giới .................................... 59
3.3.1 Chın
́ h sách năng lượ ng của Mỹ ............................................................................... 59
3.3.2 Chın
́ h sách năng lượ ng của châu Âu ....................................................................... 60
3.3.2.1 Chın

́ h sách năng lượ ng của liên minh châu Âu (EU)......................................... 60
3.3.2.2 Chın
́ h sách năng lượ ng của Anh....................................................................... 62
3.3.2.3 Chın
́ h sách năng lượ ng của Nga ...................................................................... 63
3.3.3 Các quố c gia châu Á ................................................................................................ 63
3.3.3.1 Chın
́ h sách năng lượ ng của Thái Lan ............................................................... 63
3.3.3.2 Chın
́ h sách năng lượ ng của Ấn Độ ................................................................... 64
3.3.3.3 Chın
́ h sách năng lượ ng của Trung Quố c .......................................................... 64
3.4 Chın
́ h sách sử dụng hiệu quả năng lượ ng của Việt Nam ............................................... 64
3.4.1 Chương trình mục tiêu quốc gia............................................................................... 64
3.4.2 Dự án Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả............................................ 66
Chương 4: Sử dụng điê ̣n năng an toàn, tiế t kiê ̣m và hiê ̣u quả ........................................... 70
4.1 Các ứng dụng của điện năng.......................................................................................... 70
4.2 Sử dụng các thiế t bi ̣ điện tiế t kiệm và hiệu quả ............................................................... 71
4.2.1 Các thiế t bi ̣điện tại gia đın
̀ h ..................................................................................... 71
4.2.1.1 Những nguyên tắ c chung khi sử dụng thiế t bi ̣ điện gia dụng ............................. 71
4.2.1.2 Sử dụng các thiế t bi ̣ điện tại phòng khách, phòng ngủ, phòng làm việc ............ 71
4.2.1.3 Sử dụng các thiế t bi ̣ nhà bế p ............................................................................ 73
4.2.1.4 Sử dụng các thiế t bi ̣ điện trong phòng tắ m ........................................................ 75
4.2.2 Các thiế t bi ̣điện tại công sở và nơi sản xuấ t............................................................ 78
4.2.2.1 Các thiế t bi ̣ văn phòng ...................................................................................... 78
4.2.2.2 Hệ thố ng động cơ điện ...................................................................................... 80
4.2.3 Hệ số công suấ t cosφ và vấ n đề tiế t kiệm điện năng ............................................... 83
4.2.3.1 Hiệu quả của việc nâng cao hệ số cosφ............................................................ 84

4.2.3.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suấ t ......................................................... 84
4.2.4 Một số thiế t bi ̣ điện hiệu suấ t cao ............................................................................. 87
4.2.4.1 Động cơ hiệu suấ t năng lượ ng cao ( High Efficiency Motor – HEMs) ................ 87
4.2.4.2 Bóng đèn huỳnh quang compact ....................................................................... 88
4.2.5 Giới thiệu mô hình tự động quản lý việc sử dụng các thiết bị điện trong gia đình một
cách tiết kiệm và hiệu quả ................................................................................................ 90
4.3 Sử dụng điện năng an toàn ............................................................................................ 92
4.3.1 Khái niệm chung về an toàn điện ............................................................................. 92
4.4.2 Tác dụng của dòng điện đố i với cơ thể con người ................................................... 93
4.4.3 Các tai nạn do dòng điện gây ra .............................................................................. 94

3


4.4.3.1 Điện giật............................................................................................................ 94
4.4.3.2 Đố t cháy điện .................................................................................................... 97
4.4.3.3 Hỏa hoạn và nổ ................................................................................................. 98
4.4.4 Các biện pháp cơ bản phòng tránh tai nạn điện giật ................................................ 98
4.4.4.1 Các biện pháp tránh tai nạn khi tiế p xúc trự c tiế p.............................................. 98
4.4.4.2 Các biện pháp tránh tai nạn khi tiế p xúc gián tiế p ............................................. 99
4.4.4.3 Bảo vệ nố i đấ t ................................................................................................... 99
4.4.4.4 Bảo vệ nố i dây trung tın
́ h ................................................................................ 100
Chương 5: Sử dụng xăng dầ u-khı́ đố t an toàn, hiê ̣u quả, tiế t kiê ̣m .................................. 101
5.1 Khai thác, sản xuất xăng dầu-khí đốt ............................................................................ 101
5.1.1 Quá trın
̀ h sản xuấ t xăng dầ u-khı́ đố t từ dầ u mỏ ..................................................... 101
5.1.1.1 Sơ lượ c về dầ u mỏ ......................................................................................... 101
5.1.1.2 Phân loại dầ u mỏ ............................................................................................ 102
5.1.1.3 Chế biế n dầ u mỏ............................................................................................. 103

5.1.2. Hiện trạng khai thác và sản xuất dầu mỏ, khí đốt trên thế giới .............................. 106
5.1.3 Hiện trạng khai thác và sản xuất dầu mỏ, khí đốt ở Việt Nam ................................ 108
5.2 Sử dụng xăng dầu, khí đốt............................................................................................ 110
5.2.1 Các ứng dụng của xăng dầu, khí đốt ..................................................................... 110
5.2.2 Hiện trạng sử dụng xăng dầu-khí đốt trên thế giới và Việt Nam ............................. 112
5.2.3 Các vấn đề xảy ra khi sử dụng xăng dầu-khí đố t ................................................... 113
5.3 Sử dụng xăng dầu-khí đốt tiết kiệm, hiệu quả và an toàn ............................................. 115
5.3.1 Vấn đề tiết kiệm và hiệu quả .................................................................................. 115
5.3.2 Vấn đề an toàn ...................................................................................................... 121
5.3.2.1 An toàn tại nơi cung cấp, phân phối xăng dầu-khí đốt..................................... 121
5.3.2.2 An toàn trong sinh hoạt ................................................................................... 124
PHỤ LỤC ............................................................................................................................... 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................... 146

4


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người
1.1. Năng lươ ̣ng là gı ̀
1.1.1 Khái niêm
̣
Năng lượng là khả năng thực hiện công của một hệ thống vật lí. Năng lượng tồn tại
ở một số dạng như nhiệt, cơ năng, ánh sáng, thế năng, điện năng hay một số dạng
khác
Tuy nhiên, theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tổng cộng của một hệ kín là
không đổi mà năng lượng chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Ví dụ khi hai quả bi-a
va vào nhau, kết quả cuối cùng là chúng đứng yên hay năng lượng bằng 0, đó là do năng
lượng đã chuyển thành âm thanh (tiếng va đập của hai quả bi-a) hoặc thành nhiệt làm

nóng điểm va chạm của hai quả bi-a.
1.1.2 Lich
̣ sử sử du ̣ng năng lươ ̣ng của con người
Con người đã sử dụng năng lượng từ rất lâu. Phát minh đầu tiên của con người về năng
lượng đó chính là lửa. Kể từ trước khi con người biết đọc, biết viết thì lửa đã được sử
dụng để nấu thức ăn, sưởi ấm và xua đuổi thú dữ. Nếu nghiên cứu lịch sử sử dụng năng
lượng của con người dựa trên việc sử dụng nguồn nhiên liệu, ta có thể thấy các sự kiện
chính sau:
* Gỗ
- Trước năm 1885: gỗ là nguồn nhiên liệu chính để con người nấu, sưởi ấm, chiếu sáng,
đi lại. Việc khai thác gỗ để dùng rất tốn thời gian và công sức.
* Điện
- Những năm 1700: Ben Franklin đã khám phá ra sự giống nhau của tĩnh điện và tia chớp,
nhờ đó đã xóa bỏ những hiểu biết mê tín về điện trong một thời gian dài trước đó.
- Từ 1830-1839: Micheal Faraday đã phát minh ra máy phát điện cảm ứng dựa trên các
định luật về điện từ trường, cảm ứng điện từ, phát và truyền dẫn điện.
- Những năm 1860: Lý thuyết toán học về Trường điện từ được Maxwell công bố đã
đồng nhất từ trường, điện trường và ánh sáng. Đây được coi là sự kiện quan trọng nhất
của thế kỉ 19 và là cơ sở dẫn tới việc ứng dụng rộng rãi điện năng, sóng vô tuyến và tivi.
* Than
- Từ 1763-1774: Việc bơm nước từ những mỏ than là một vấn đề khó và tốn kém nhất.
Động cơ hơi nước được phát triển bởi James Watt trong giai đoạn này đã cung cấp giải
pháp cho vấn đề đó. Cho tới thế kỷ tiếp theo, động cơ hơi nước của James Watt vẫn được
5


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

duy trì và việc sử dụng nó đã thay đổi toàn bộ bản chất của ngành công nghiệp và vận tải
trên thế giới.

- 1885-1950: Than đã trở thành nguồn nhiên liệu quan trọng nhất trong thời kì này. Một
nửa tấn than đã tạo ra năng lượng tương đương với 2 tấn gỗ mà chỉ mất một nửa chi phí.
-1982: Than được sử dụng để tạo ra một nửa lượng điện năng được sử dụng trên toàn thế
giới và than đã được sử dụng ít hơn ở trong nhà.
* Xăng dầu
- Trước 1890: Ô tô đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi dẫn đến nhu cầu sử dụng xăng ngày
càng tăng. Trước đây, dầu hỏa (sản phẩ m từ dầ u thô) được sử dụng chủ yếu để thắp sáng.
- Từ 1951 đến nay: Xăng dầu đã trở thành nguồn cung cấp năng lượng chính của chúng
ta. Việc sử dụng ô tô đã làm gia tăng nhu cầu sử dụng xăng dầu trên thế giới.
- 1960: Tổ chức của các quốc gia xuất khẩu dầu lửa OPEC (The Organization of
Petroleum Exporting Countries) đã được thành lập bởi Iran, Iraq, Kuwait, Saudi Arabia,
và Venezuela. Hiện nay tổ chức này đã lên đến 11 thành viên.
* Năng lượng hạt nhân
- 1906: Albert Einstein đã đưa ra Thuyết tương đối để thống nhất các khái niệm khối
lượng, năng lượng, từ trường, điện trường và ánh sáng. Lý thuyết này đã mở ra khả năng
ứng dụng công nghệ vũ trụ và việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử.
- 1942: Các nhà khoa học đã sản xuất ra năng lượng nguyên tử từ phản ứng hạt nhân dây
chuyền.
- 1957: Nhà máy điện nguyên tử thương mại đầu tiên đi vào hoạt động.
1.1.3 Vai trò của năng lượng đối với cuộc sống con người
Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người. Ngay từ thời nguyên
thủy, con người đã biết sử dụng lửa (loại hình năng lượng đầu tiên) để nấu chín thức ăn,
sưởi ấm và xua đuổi thú dữ. Cho đến ngày nay, năng lượng được sử dụng trong mọi lĩnh
vực liên quan đến cuộc sống của con người.
* Giao thông vận tải
Đại đa số những phương tiện chuyên chở dùng những sản phẩm dầu thô (xăng, dầ u
diesel) làm nhiên liệu, ngành giao thông vận tải tiêu thụ 60 % sản lượng dầu đã được
thanh lọc, sản phẩm dầu chiếm 95 % thị phần năng lượng của ngành giao thông vận tải.

6

Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Sau đây là biể u đồ mô tả nhu cầu năng lượng để chở người và hàng hóa do Cơ quan quản
lý Môi trường & Năng lượng Pháp cung cấ p. Qua đó cho thấy nhu cầu về năng lượng
biến động rất nhiều tùy ở phương tiện chuyển chở.

Hình 1.1: Mức tiêu thụ năng lượng để chở khách của các phương tiê ̣n giao thông
(Nguồn: Cơ quan quản lý Môi trường & Năng lượng Pháp - ADEME)

Hình 1.2: Mức tiêu thụ năng lượng để chở hàng của các phương tiê ̣n giao thông
(Nguồn: Cơ quan quản lý Môi trường & Năng lượng Pháp - ADEME)

* Công nghiệp
Nhu cầu năng lượng trong các ngành công nghiệp được mô tả ở biể u đồ sau:
7


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hình 1.3 : Mức đô ̣ tiêu thụ năng lượng khả dụng của các ngành công nghiệp
(Tính từ số liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế - IEA, 2005)

* Sinh hoa ̣t hàng này
Năng lượng dùng cho sinh hoa ̣t hàng ngày bao gồ m :
 nấu ăn,
 đun nước nóng sinh hoạt và điều hoà không khí,
 chạy những thiết bị điện gia du ̣ng
Thống kê về tiêu thụ năng lượng cho sinh hoa ̣t hàng ngày của những nước công nghiệp

cũng như của những nước khác đều không chính xác. Tuy nhiên, các chuyên gia nhất trí
rằng trên toàn thế giới, năng lượng tái tạo chiếm ít nhiều một nửa thị phần năng lượng
dùng cho sinh hoa ̣t hàng ngày, sau đó là khí đốt và điện (hình 1.4 ).
Nói tóm lại, năng lượng là một nhân tố của chất lượng đời sống con người. Nhưng thực
tế , tiêu thụ năng lượng dẫn đế n ô nhiễm môi trường tự nhiên và nếu tiếp tục khai thác
những nguồn năng lượng không tái tạo như hiện nay thì những nguồn đó sẽ cạn trong vài
thập niên tới. Trước tình hình đó, việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và tiết
kiệm là một việc làm cấp thiết ở mọi quốc gia trên thế giới và nó cũng cần được mọi
người dân ý thức và thực hiện một cách nghiêm túc.

8


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hình 1.4 : Tiêu thụ năng lượng khả dụng cho tiện nghi nhà ở
(Tính từ số liệu của IEA, 2005)

1.2 Biến đổi năng lượng
1.2.1 Khái niệm
Trong vật lý và kỹ thuật, biến đổi năng lượng là một quá trình thay đổi năng lượng từ
dạng này sang dạng khác.
Các da ̣ng năng lượng, nhiên liệu hóa thạch, năng lượng bức xạ mặt trời hay năng lượng
hạt nhân có thể được chuyển đổi thành dạng năng lượng khác như điện năng, cơ năng,
hay nhiệt năng, đây là những dạng năng lượng hữu ích hơn đối với con người.

Hình 1.5 : Sự biến đổi năng lượng

1.2.2 Các bộ biến đổi năng lượng
Quá trình biến đổi năng lượng có thể được thực hiện trong tự nhiên hoặc nhân tạo. Chẳng

hạn, một động cơ đốt trong sẽ biến đổi hóa năng trong nhiên liê ̣u (xăng, dầ u) thành cơ
năng. Một pin mặt trời biến đổi bức xạ mặt trời thành năng lượng điện được sử dụng để
thắp sáng bóng đèn. Người ta thường gọi các thiết bị biến đổi năng lượng từ dạng này
sang dạng khác là bộ biến đổ i
9


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hình 1.6 : Quá trình biến đổi năng lượng khi đốt một cây nến

Sau đây là một số ví dụ về các bộ biến đổi năng lượng.
TT

Tên

Chức năng

TT

Tên

chuyển đổi
1.

2.

3.

4.

Tế bào nhiên

Hóa năng →

liệu

Điện năng

Năng lượng

Nhiệt năng →

điện địa nhiệt

Điện năng

Động cơ đốt

Nhiệt năng →

trong

Điện năng

Đập thủy điện

Cơ năng →

Chức năng

chuyển đổi

8.

Pin mặt trời

Quang năng →
Điện năng

9.

10.

Bộ thu năng

Ánh sáng →

lượng mặt trời

Nhiệt năng

Loa

Điện năng →
Âm thanh

11.

Cối xay gió

Điện năng

Phong năng →
Điện năng hoặc
Cơ năng

5.

Bóng đèn

Hóa năng →

12.

Nhiệt năng và

Động cơ hơi

Nhiệt năng →

nước

Cơ năng

Năng lượng

Nhiệt năng →

điện đại dương

Điện năng

Ánh sáng
6.

Mi-crô

Âm thanh →

13.

Điện năng

(Ocean power)
7.

Lò phản ứng

Năng lượng hạt 14.

hạt nhân

nhân → Điện

Pin áp điện

Cơ năng →
Điện năng

năng

Bảng 1.1 : Mô ̣t số bộ biến đổi năng lượng
10


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

1.3. Các dạng năng lượng
Năng lượng thể hiện dưới nhiều dạng hóa học và vật lý: cơ, hóa, nhiệt, điện, quang,…
Tuy nhiên, dựa trên các tiêu chí khác nhau ta có thể phân loại năng lượng thành các dạng
khác nhau.
1.3.1 Phân loại theo bản chấ t viêc̣ ta ̣o ra năng lươ ̣ng
Nếu dựa vào bản chất của việc tạo ra năng lượng ta có thể chia năng lượng thành hai
nhóm cơ bản: động năng và thế năng.
Động năng

Thế năng

Động năng là năng lượng có được nhờ sự Thế năng là năng lượng được lưu giữ và
chuyển động của sóng, các hạt điện tử, các năng lượng có được do vật có vị trí - hay
nguyên tử, các phân tử, vật chất và các còn gọi là năng lượng hấp dẫn.
vật.
Điện năng: là năng lượng có được do sự Năng lượng hóa học: là năng lượng được
chuyển động của các hạt mang điện. lưu giữ trong liên kết của các nguyên tử
Trong dây dẫn, dưới tác dụng của lực (ví và các phân tử. Năng lượng khí sinh học,
dụ như khi đặt điện áp vào hai đầu dây) dầu khí, khí gas tự nhiên, và pro-pan là
các hạt điện tử chuyển động sẽ tạo ra dòng các ví dụ về năng lượng hóa học.
điện và ta nói có điện năng.
Năng lượng bức xạ: là năng lượng điện Cơ năng lưu giữ: là năng lượng được lưu
từ trường chuyển động dưới dạng các giữ trong vật có tính đàn hồi, chẳng hạn
sóng ngang. Năng lượng bức xạ có thể kể như: lò xo bị nén và miếng cao su bị kéo

đến là ánh sáng nhìn thấy, tia X, tia ga-ma dãn.
và sóng vô tuyến. Ánh sáng là một loại
năng lượng bức xạ. Năng lượng mặt trời
là một ví dụ của năng lượng bức xạ.
Nhiệt năng: là nội năng của vật chất - sự Năng lượng nguyên tử: là năng lượng
dao động và sự dịch chuyển của các được lưu giữ trong hạt nhân của một
nguyên tử, phân tử trong vật chất, chẳng nguyên tử - nó chính là năng lượng liên
hạn như năng lượng địa nhiệt.

kết các hạt nhân lại với nhau. Năng lượng
này được giải phóng khi hạt nhân kết hợp
với nhau hoặc bị phân tách. Các nhà máy
điện nguyên tử sẽ phân chia hạt nhân các
11


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

nguyên tử Uranium theo một tiến trình gọi
là phản ứng phân hạch hạt nhân. Mặt trời
liên kết hạt nhân của các nguyên tử Hydro
theo một tiến trình gọi là phản ứng nhiệt
hạch. Hiện nay các nhà khoa học đang
nghiên cứu việc tạo ra năng lượng nhiệt
hạch ở trên trái đất để có thể tạo ra một
nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai.
Năng lượng chuyển động: là năng lượng Năng lượng hấp dẫn: là năng lượng có
có được do sự chuyển động của các vật và được do vật có độ cao nhất định so với vật
vật chất từ nơi này đến nơi khác. Vật và khác. Nhà máy thủy điện là một ví dụ về
vật chuyển động khi lực tác dụng theo việc tạo ra thế năng bằng cách tạo ra độ

định luật II Newton về chuyển động. Gió chênh mức nước phía trong và ngoài đập.
là một ví dụ điển hình về năng lượng
chuyển động.
Bảng 1.2 : Phân loại năng lượng theo bản chất

1.3.2 Phân loại theo nguồ n năng lươ ̣ng sử dụng
Nếu dựa vào nguồn năng lượng mà con người sử dụng hàng ngày ta có thể chia năng
lượng thành hai dạng cơ bản: năng lượng không tái tạo (nguồn năng lượng mà khi sử
dụng hết thì không thể tái tạo trong một thời gian ngắn) và năng lượng tái tạo hay còn gọi
là năng lượng tái sinh (nguồn năng lượng có thể được bổ sung trong một thời gian ngắn).

Hình 1.7 : Phân loại năng lượng theo nguồn năng lượng sử dụng
12


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo có thể được sử dụng để tạo ra nguồn năng
lượng thứ cấp bao gồm điện năng và năng lượng hydro.
Nguồn năng lượng tái tạo có thể kể đế n như: năng lượng mặt trời (năng lượng lấy từ mặt
trời, có thể tạo ra điện và nhiệt), gió hay địa nhiệt (năng lượng từ trong lòng đất), năng
lượng sinh khối (năng lượng từ thực vật) và thủy điện hoặc năng lượng đại dương (năng
lượng từ nước).
Hiện nay chúng ta đang sử dụng phần lớn năng lượng từ nguồn năng lượng không tái tạo,
bao gồm nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu, khí tự nhiên, than. Những nhiên liệu hóa
thạch này được hình thành từ hàng triệu triệu năm trước bởi nhiệt năng trong lòng trái đất
và sự hóa thạch của các động, thực vật đã chết. Một năng lượng không tái tạo nữa là
nguyên tố uranium, nguyên tố mà chúng ta dùng trong các nhà máy điện nguyên tử để tạo
ra điện và nhiệt.
1.3.3 Phân loại theo chı́nh sách năng lươ ̣ng

Để thiết kế một chính sách năng lượng người ta phân biệt ba dạng năng lượng:
 Năng lượng cơ bản là dạng năng lượng có sẵn ngoài thiên nhiên: than đá, dầu thô,
khí tự nhiên, uranium, thủy năng, và những năng lượng tái tạo khác.
 Năng lượng trung gian là dạng năng lượng được sản xuất từ những dạng năng
lượng khác. Khí hydrô, khí đốt từ những phản ứng nhiệt phân, dầu đã được thanh
lọc,… là những thí dụ năng lượng trung gian.
 Năng lượng khả dụng là sản phẩm cuối cùng khi sử dụng sẽ mất đi hay không còn
là một dạng năng lượng nữa. Thí dụ: Hơi nước nén, than dùng đốt, củi để đun
bếp,… là những dạng năng lượng khả dụng.
Năng lượng cơ bản được biế n đổ i thành một số dạng năng lượng trung gian hay năng
lượng khả dụng. Năng lượng trung gian được biế n đổ i thành một số dạng năng lượng khả
dụng. Trong quá trình biến đổ i từ năng lượng cơ bản đến những dạng năng lượng khả
dụng đó, một phần năng lượng tổn hao trong những giai đoạn biế n đổ i hay vận chuyển.
Cũng có những dạng năng lượng cùng một lúc vừa được coi là năng lượng cơ bản và
năng lượng trung gian hay năng lượng khả dụng. Ví dụ: khí tự nhiên là năng lượng cơ
bản, khi được nén và làm lỏng để đốt trong một lò hơi để sản xuất điện hoặc hơi nước
nén thì gọi là năng lượng trung gian, còn khi được đưa tới các hộ gia đình để nấu nướng
hay sưởi ấm thì gọi là năng lượng khả dụng. Và cũng có nhiều loại năng lượng vừa được
coi là năng lượng trung gian vừa được coi là năng lượng khả dụng.
13


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Phân biệt năng lượng là năng lượng cơ bản, năng lượng trung gian hay năng lượng khả
dụng chỉ mang tính chất tương đối, chủ yếu để nghiên cứu tính khả thi của một hệ thống
sản xuất và tiêu thụ năng lượng.
1.4 Các dạng năng lượng mới
1.4.1 Giới thiêụ các nguồ n năng lươ ̣ng mới
Với sự phát triể n kinh tế ồ a ̣t ta ̣i các quố c gia trên thế giới, nhân loa ̣i đang đố i mă ̣t với

nguy cơ ca ̣n kiê ̣t các nguồ n tài nguyên. Nguồn điện cung cấp cho thế giới hiện nay chủ
yếu vẫn được sản xuất từ những loại nhiên liệu đào dưới lòng đất lên như dầu lửa, than đá
và khí đốt. Nguồn nhiên liệu ấy không phải là vô tận, cho nên việc bảo toàn chỉ có thể
kéo dài giờ phút cạn kiệt cho đến khi không còn gì nữa để bảo toàn. Theo khảo sát địa
chất, cứ 10 giếng dầu của thế giới thì có tới 9 giếng dầu sẽ cạn kiệt. Giờ đây, so với các
giếng khổng lồ phát hiện từ những năm 50 - 60 của thế kỷ 20 ở biển Bắc, các giếng mới ở
biển Caspi, Siberia và Châu Phi có trữ lượng rất thấp. Rồi đây, con người vẫn sẽ có thể
tìm ra được nhiều giếng mới song điều chắc chắn là lượng dầu sẽ ngày một ít đi và đẩy
nhân loại vào tình trạng cạn kiệt nguồn nguyên liệu dầu. Bên ca ̣nh đó viê ̣c ta ̣o ra và sử
du ̣ng nhiề u loa ̣i năng lươ ̣ng truyề n thố ng như nhiê ̣t điê ̣n, các đô ̣ng cơ đã thải ra mô ̣t khố i
lươ ̣ng khổ ng lồ khı́ CO2 cũng như các loại khí thải độc ha ̣i khác. Điề u này đã ảnh hưởng
nghiêm tro ̣ng đế n môi trường, dẫn đế n những sự biế n đổ i khı́ hâ ̣u ngày càng xấ u đi trên
toàn thế giới. Đứng trước thực tra ̣ng đó, viê ̣c nghiên cứu, tı̀m kiế m các nguồ n năng lươ ̣ng
sa ̣ch, rẻ và an toàn, có khả năng tái sinh, hữu ı́ch cho tương lai đang là mô ̣t vấ n đề đươ ̣c
đông đảo các quố c gia trên thế giới đă ̣c biê ̣t quan tâm. Theo dự báo cũng như nghiên cứu
của các nhà khoa ho ̣c, của các chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng thì trong vài thập kỷ
tới, những nguồ n năng lươ ̣ng mà con người sẽ sử du ̣ng sẽ là:
 Năng lươ ̣ng mă ̣t trời (solar energy)
 Năng lươ ̣ng gió (wind energy)
 Năng lươ ̣ng từ đa ̣i dương (ocean energy)
 Năng lươ ̣ng khı́ hydro (hydrogen energy)
 Nhiên liê ̣u sinh ho ̣c (biofuel)
 Năng lươ ̣ng điạ nhiê ̣t (geothermal energy)
 Năng lươ ̣ng ha ̣t nhân (nuclear energy)

14


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hın
̀ h 1.8: Tổ ng các nguồ n năng lươ ̣ng tái ta ̣o trên thế giới năm 2006 (nguồ n: REN21)

1.4.2 Khả năng khai thác và sử du ̣ng các nguồ n năng lươ ̣ng mới trong sinh hoa ̣t và
sản xuấ t
1.4.2.1 Năng lươ ̣ng mă ̣t trời
a, Bức xa ̣ mă ̣t trời
Trái đấ t chúng ta tiế p nhâ ̣n khoảng 174 petawatt (PW) bức xa ̣ mă ̣t trời ta ̣i tầ ng khı́ quyể n
cao. Khoảng 30% trong số này bi ̣ phản xa ̣ la ̣i không gian, phầ n còn la ̣i đươ ̣c hấ p thu ̣ bởi
các đám mây, đa ̣i dương và các khu vực đấ t đai. Phầ n bức xa ̣ bi ̣hấ p thu ̣ này sẽ sưởi nóng
bề mă ̣t trái đấ t, các đa ̣i dương và bầ u khı́ quyể n, giữ cho bề mă ̣t trái đấ t có nhiê ̣t đô ̣ trung
bı̀nh là 14oC.
Bức xa ̣
mă ̣t trời

Phản xa ̣ bởi Bi ̣bức xa ̣ trở Bi ̣bức xa ̣ trở
Phản xa ̣ bởi Phản xa ̣ bề mă ̣t trái la ̣i không
la ̣i không gian
bởi mây đấ t
khı́ quyể n
gian từ khı́ từ Trái đấ t
quyể n

Bi ̣hấ p thu ̣
bởi bầ u
khı́ quyể n

Bức xa ̣ bi ̣
hấ p thu ̣ bởi
khı́ quyể n

Nhiê ̣t tiề m
ẩ n trong
hơi nước

89 PW bi hấ
̣ p thu ̣ bởi đấ t đai và đa ̣i dương

Hın
̀ h 1.9: Nguồ n năng lươ ̣ng bức xa ̣ từ mă ̣t trời xuố ng bề mă ̣t trái đấ t
15


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Sự biế n đổ i từ năng lươ ̣ng mă ̣t trời thành năng lươ ̣ng hóa ho ̣c nhờ hiê ̣n tươ ̣ng quang hơ ̣p
đã ta ̣o ra lương thực, gỗ và các nguyên liê ̣u sinh ho ̣c. Bức xa ̣ mă ̣t trời cùng với gió, năng
lươ ̣ng thủy triề u, năng lươ ̣ng hydro, năng lươ ̣ng sinh khố i chiế m hơn 99,9% các da ̣ng
năng lươ ̣ng có thể tái sinh trên trái đấ t. Nguồ n năng lươ ̣ng mă ̣t trời xuố ng trái đấ t trong
mô ̣t năm lớn hơn gấ p khoảng hai lầ n toàn bô ̣ các nguồ n năng lươ ̣ng không thể tái sinh
trên trái đấ t như than đá, dầ u mỏ, khı́ tự nhiên, quă ̣ng uranium.
b, Các ứng du ̣ng của công nghê ̣ năng lươ ̣ng mă ̣t trời


Ứng du ̣ng trong kiế n trúc và qui hoa ̣ch thành phố

Ánh sáng mă ̣t trời có ảnh hưởng lớn đế n viê ̣c thiế t kế các công trı̀nh xây dựng, các tòa
nhà trong thành phố . Các đă ̣c điể m cơ bản của kiế n trúc này là sự đinh
̣ hướng tương đố i
của các công trıǹ h so với mă ̣t trời với những tỷ lê ̣ cân xứng thıć h hơ ̣p, thiế t kế các mái
nhà, lựa cho ̣n các vâ ̣t liê ̣u giữ nhiê ̣t…Khi những đă ̣c tın

́ h này đươ ̣c lựa cho ̣n phù hơ ̣p với
khı́ hâ ̣u và môi trường, nó có thể ta ̣o ra mô ̣t không gian đươ ̣c chiế u sáng tố t với mô ̣t nhiê ̣t
đô ̣ thıć h hơ ̣p. Ngoài ra sự bổ sung của các thiế t bi ̣của ứng du ̣ng năng lươ ̣ng mă ̣t trời chủ
đô ̣ng như các máy bơm, qua ̣t, hê ̣ thố ng cửa sổ tự đô ̣ng có thể làm tăng hiê ̣u năng của hê ̣
thố ng này.


Ứng du ̣ng trong nông nghiêp̣

Ngành nông nghiê ̣p luôn tı̀m cách tố i ưu viê ̣c thu nhâ ̣n năng lươ ̣ng mă ̣t trời để sản xuấ t.
Các kỹ thuâ ̣t như chu trıǹ h gieo trồ ng đươ ̣c đinh
̣ thời gian, xen kẽ chiề u cao của các hàng
cây trồ ng, trồ ng xen kẽ nhiề u loa ̣i cây….có thể làm tăng sản lươ ̣ng thu hoa ̣ch. Với sự dồ i
dào của mıǹ h, năng lươ ̣ng mă ̣t trời đã trở thành mô ̣t nhân tố rấ t quan tro ̣ng trong sản xuấ t
nông nghiê ̣p. Khi gieo trồ ng vào mùa la ̣nh, những người nông dân đã sử du ̣ng các bức
tường có cây ăn quả để tăng sự thu nhâ ̣n năng lươ ̣ng mă ̣t trời. Các bức tường này hoa ̣t
đô ̣ng như các vâ ̣t liê ̣u thu nhiê ̣t giúp cho các cây ăn quả nhanh chın
́ nhờ vào viê ̣c giữ ấ m
cho cây. Mô ̣t ứng du ̣ng tiêu biể u của năng lươ ̣ng mă ̣t trời trong nông nghiê ̣p là các ngôi
nhà xanh (Greenhouses). Ngôi nhà xanh biế n đổ i năng lươ ̣ng mă ̣t trời thành nhiê ̣t, cho
phép sản xuấ t nông nghiê ̣p quanh năm, làm tăng năng suấ t mô ̣t số mùa vu ̣ đă ̣c biê ̣t. Ngôi
nhà xanh hiê ̣n đa ̣i đầ u tiên đươ ̣c xây dựng vào thế kỷ 16 ta ̣i châu Âu. Ngày nay, các ngôi
nhà xanh vẫn có vi ̣ trı́ quan tro ̣ng đố i với công viê ̣c làm vườn với viê ̣c sử du ̣ng các vâ ̣t
liê ̣u dẻo trong suố t để thay thế các vâ ̣t liê ̣u nhựa tổ ng hơ ̣p thông thường trong viê ̣c làm
mái che, nhưng vẫn giữ đươ ̣c hiê ̣u quả tương ứng.

16


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hın
̀ h 1.10: Mô hı̀nh các ngôi nhà xanh đươ ̣c sử du ̣ng ta ̣i Hà Lan



Các hê ̣ thố ng chiế u sáng bằ ng năng lươ ̣ng mă ̣t trời

Các hê ̣ thố ng này thu nhâ ̣n và phân phố i ánh sáng mă ̣t trời nhằ m cung cấ p sự chiế u sáng
ở bên trong, thay thế cho ánh sáng nhân ta ̣o. Viê ̣c thiế t kế các hê ̣ thố ng này đưa dẫn đế n
những yêu cầ u trong viê ̣c lựa cho ̣n kı́ch thước, kiể u, hướng các cửa sổ , các thiế t bi ̣ che
bên ngoài…Mô ̣t phương pháp chiế u sáng dùng năng lươ ̣ng mă ̣t trời khác là sử du ̣ng hê ̣
thố ng chiế u sáng lai (hybrid solar lighting-HSL). Hê ̣ thố ng này thu nhâ ̣n ánh sáng mă ̣t
trời bằ ng viê ̣c sử du ̣ng các gương hô ̣i tu ̣ và vâ ̣t liê ̣u quang ho ̣c để truyề n ánh sáng vào bên
trong các ngôi nhà, bổ sung thêm cho ánh sáng thông thường.


Các hê ̣ thố ng nhiêṭ dùng năng lươ ̣ng mă ̣t trời

Công nghê ̣ nhiê ̣t mă ̣t trời có thể sử du ̣ng trong đun nóng nước, sưởi ấ m – làm la ̣nh không
khı,́ ta ̣o ra các quá trı̀nh nhiê ̣t khác mong muố n.


Điêṇ mă ̣t trời

Ánh sáng mă ̣t trời có thể đươ ̣c biế n đổ i thành dòng điê ̣n bằ ng viê ̣c sử du ̣ng các tấ m quang
điê ̣n có lớp chắ n (photovoltaic-PV), các thiế t bi ̣ tâ ̣p trung năng lươ ̣ng mă ̣t trời
(concentrating solar power- CSP) và các công nghê ̣ thực nghiê ̣m khác. Không giống như
quang điện mặt trời (Photovoltaic-PV) sử dụng trong ngành bán dẫn để chuyển ánh sáng
mặt trời trực tiếp thành điện năng, các nhà máy CSP sản xuất điện nhờ sử dụng nhiệt. Các

nhà máy này đòi hỏi một lượng lớn bức xạ Mặt Trời trực tiếp mới có thể hoạt động hiệu
quả nên các sa mạc là nơi lý tưởng đặt cơ sở sản xuất.
Hai lợi ích lớn nhất của CSP so với các nhà máy điện thông thường là hoạt động sản xuất
điện “sạch” và không thải ra lượng khí cácbon, do mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng
nên không mất chi phí nhiên liệu. Việc tích trữ năng lượng dưới dạng nhiệt cũng rẻ hơn
nhiều so với việc tích trữ dưới dạng ắcquy nên CSP hiệu quả kinh tế hơn, thậm chí còn
tránh được tình trạng gián đoạn trong cung cấ p điện.

17


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hın
̀ h 1.11 : Hê ̣ thố ng pin quang điê ̣n
công suấ t 11 MW ta ̣i Bồ Đào Nha

Hın
̀ h 1.12: Hê ̣ thố ng máng tâ ̣p trung năng
lươ ̣ng Mă ̣t trời

c, Tiề m năng phát triể n của năng lươ ̣ng mă ̣t trời trong tương lai
Tái xuất hiện năm 2006 sau 15 năm im hơi lặng tiếng, ngành năng lượng mặt trời đã có
bước nhảy vọt trong năm gầ n đây. Trong thập niên 1990, ngành năng lượng mặt trời đã
gặp nhiều trở ngại cho phát triển do nhiên liệu hóa thạch rẻ và không được sự khuyến
khích hỗ trợ tích cực từ phía nhà nước. Tuy nhiên, sự gia tăng đột biến giá năng lượng
gần đây, những lo ngại leo thang về biến đổi khí hậu toàn cầu và các biện pháp khuyến
khích vật chất mới đang nhen nhóm lại mối quan tâm vào công nghệ này. Trong khoảng
5 năm tới, công suất phát điện mặt trời (Concentrating Solar Power-CSP) dự kiến sẽ tăng
trung bình gấp đôi trong khoảng 16 tháng và trên phạm vi toàn thế giới công suất lắp đặt

CSP vào năm 2014 sẽ gấp 14 lần so với công suất hiện nay.


Ta ̣i Mỹ và Tây Ban Nha

Mỹ và Tây Ban Nha hiện là hai nước dẫn đầu thế giới về phát triển năng lượng mặt trời
với công suất mới dự kiến được đưa vào sử dụng năm 2012 đạt tổng cộng trên 5.600
MW, chiếm trên 90% công suất mới ước tính vào năm đó. Sản lượng từ những nhà máy
năng lượng mặt trời sẽ đủ để đáp ứng nhu cầu điện của hơn 1,7 triệu hộ gia đình.
Tổ hợp sản xuất điện nhiệt mặt trời lớn nhất đang hoạt động hiện nay là Solar Electricity
Generating Station ở Sa mạc Mojave tại bang California, Mỹ. Đi vào hoạt động trong giai
đoạn 1985 và 1991, tổ hợp có công suất 354 MW này đã sản xuất đủ điện cung cấp cho
100.000 hộ gia đình trong gần hai thập niên qua. Hiện nay, hàng chục nhà máy CSP mới
đang được tiến hành xây dựng ở Mỹ với công suất dự kiến được đưa vào sử dụng trong
năm 2012 đạt 3.100 MW. Tại Tây Ban Nha, nhà máy CSP có quy mô thương mại đầu
tiên bắt đầu hoạt động kể từ giữa thập niên 1980 và được đưa vào sử dụng năm 2007.
Một nghiên cứu khác, được công bố tại Scientific American tháng 1/08, đề nghị sử dụng
18


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

các nhà máy CSP và PV để sản xuất 69% lượng điện và 35% tổng năng lượng của Mỹ
bao gồm cả nguồn năng lượng phục vụ lĩnh vực giao thông vận tải vào năm 2050


Khu vực Bắ c Phi và Trung Đông

Các nhà máy CSP chiếm chưa đến 0,3% diện tích sa mạc của Bắc Phi và Trung Đông vẫn
có thể sản xuất đủ điện để cung cấp cho những nhu cầu của hai khu vực này cộng thêm

với Liên minh châu Âu (EU). Nhận thức được điều này, Hợp tác Năng lượng Tái sinh
Liên Địa Trung Hải - sáng kiến của Câu lạc bộ Rome, Quỹ Bảo tồn Khí hậu Hamburg và
Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia Gioócđani - đã đưa ra ý tưởng DESERTEC
Concept năm 2003. Kế hoạch phát triển hệ thống năng lượng có thể phục hồi này nhằm
truyền tải điện sang châu Âu từ Trung Đông và Bắc Phi với đề nghị xây dựng công suất
lắp đặt 100.000 MW CSP khắp Trung Đông và Bắc Phi vào năm 2050. Việc chuyển giao
điện sang châu Âu sẽ thực hiện thông qua hệ thống dây cáp truyền tải hiện nay qua Địa
Trung Hải. Angiêri cũng đưa ra kế hoạch xây dựng đường dây cáp 3.000 km nối giữa thị
trấn Adrar của Angiêri và thành phố Aachen của Đức để xuất khẩu 6.000 MW điện sản
xuất từ năng lượng mặt trời vào năm 2020.


Mô ̣t số quố c gia khác

Môt số quố c gia khác như Pháp, Hy Lạp, Italia và Bồ Đào Nha dự kiến nâng công suất
lắtp đặt CSP 3.200 MW vào năm 2020. Trung Quốc dự đoán lắp đặt công suất 1.000 MW
vào thời điểm đó. Các nước phát triển CSP khác bao gồm Ôxtrâylia, Angiêri, Ai Cập,
Iran, Ixraen, Gioócđani, Mêhicô, Marốc, Nam Phi và Các Tiểu Vương quốc Arập Thống
nhất. Việc sử dụng các nhà máy CSP để cung cấp năng lượng cho các loại xe điện có thể
làm giảm lượng khí thải CO2 và tạo ra những thuận lợi mang tính chiến lược khi giảm
bớt sự phụ thuộc vào dầu mỏ.


Ta ̣i Viêṭ Nam

Ta ̣i Viê ̣t Nam, viê ̣c ứng du ̣ng nguồ n năng lươ ̣ng mă ̣t trời vào sản xuấ t cũng như trong
sinh hoa ̣t vẫn còn rấ t khiêm tố n, chủ yế u vẫn mang tın
́ h chấ t nghiên cứu thử nghiê ̣m. Tuy
nhiên với xu thế tấ t yế u của thế giới trong viê ̣c sử du ̣ng nguồ n năng lươ ̣ng này, chúng ta
không thể đứng ngoài cuô ̣c. Mô ̣t số ứng du ̣ng điể n hı̀nh như hê ̣ thố ng Thái Dương Năng

của công ty Sơn Hà, dự án sản xuấ t panel pin năng lươ ̣ng mă ̣t trời ta ̣i thành phố Hồ Chı́
Minh..chı́nh là những dấ u hiê ̣u cho thấ y năng lươ ̣ng mă ̣t trời sẽ là nguồ n năng lươ ̣ng hữu
ı́ch của chúng ra trong tương lai.
1.4.2.2 Năng lươ ̣ng khı́ Hydro
19


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

a, Hydro-Nguồ n năng lươ ̣ng vô tâ ̣n và thân thiêṇ với môi trường
Hydro là một loại khí có nhiệt đô ̣ cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên
nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Đặc điểm quan trọng của
hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như cacbon (C),
lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), được gọi là
nhiên liệu sạch lý tưởng
Hydro được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời, vì vậy hydro thu được còn gọi
hydro nhờ năng lượng mặt trời (solar hydrogen). Nước và ánh nắng mặt trời có vô tận và
khắp nơi trên hành tinh. Vì vậy, hydro từ năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu gầ n
như là vô tận.
Để thu được hydro từ năng lượng mặt trời có hai phương pháp sau đây:
1. phương pháp điện phân nước (water electrolysis) nhờ năng lượng điện mặt trời
thông qua các pin mặt trời (solar cell)
2. phương pháp quang điện hóa phân rã nước (photoelectrochemical water splitting)
nhờ năng lượng bức xạ của ánh nắng mặt trời với sự có mặt chất xúc tác quang. Cả
hai phương pháp, phản ứng đều xảy ra như sau:
H2O → H2 + 1/2O2
Hydro được sử dụng để sản xuất điện thay nhiên liệu hóa thạch, thực hiện trong các pin
nhiên liệu (fuel cell). Pin nhiên liệu hoạt động theo nguyên lý ngược với quá trình sản
xuất hydro, nghĩa là nếu với nguyên liệu là nước, khi được cung cấp một năng lượng cần
thiết sẽ xảy ra quá trình tạo ra hydro và oxy, thì ngược lại, nếu cho hydro và oxy kết hợp

lại trong điều kiện nhất định sẽ thu được nước và một năng lượng tương ứng, đó là điện
năng.
Nước

Năng lượ ng
sinh ra

Hın
̀ h 1.13: Pin nhiên liê ̣u hydro (hydro fuel cell)
20


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Pin nhiên liệu là một hệ mở, khi hydro và oxy được cấp vào liên tục thì nước và điện sẽ
sinh ra liên tục với cường độ không đổi với thời gian tùy theo sự cung cấp hydro và oxy
vào hệ. Nhờ đó, pin nhiên liệu đóng vai trò như một máy sản xuất điện thực thụ với
nguyên liệu đầu vào là hydro và oxy không khí, chất thải ra chỉ là nước.
b, Ứng du ̣ng năng lươ ̣ng khı́ Hydro trong sản xuấ t và đời số ng


Pin nhiên liêụ Hydro

Pin nhiên liê ̣u hydro rấ t hiê ̣u quả nhưng giá thành sản xuấ t la ̣i quá cao. Tuy nhiên các pin
nhiên liê ̣u này đươ ̣c đươ ̣c sử du ̣ng như mô ̣t nguồ n điê ̣n dự phòng khẩ n cấ p ta ̣i mô ̣t vài
bê ̣nh viê ̣n trên thế giới. Pin nhiên liê ̣u bỏ túi đã đươ ̣c bán ra thi ̣ trường nhằ m cung cấ p
nguồ n năng lươ ̣ng lâu dài hơn cho các máy tı́nh xách tay, điê ̣n thoa ̣i di đô ̣ng và mô ̣t số
ứng du ̣ng trong quân đô ̣i. Từ năm 1960, Công ty General Electric đã sản xuất hệ thống
cung cấp điện bằng pin nhiên liệu hydro cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng cho
tàu Apollo-Soyuz, Skylab và các tàu con thoi (Space Shuttle). Ngày nay, điện năng trong

các tàu con thoi và trạm nghiên cứu không gian của NASA đều được các pin nhiên liệu
cung cấp, vì trên tàu không gian, hydro và oxy được mang theo sẵn. Mô ̣t điều lý thú là
bản thân 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.

Hın
̀ h 1.14: Bloc pin nhiên liê ̣u Hydro lắ p trên ôtô



Hydro thay xăng dầu cho các phương tiện giao thông, vận tải

Vào năm 1992, Công ty Năng lượng Ballad Vancouver đã tạo được chiếc xe buýt đầu
tiên chạy bằng hydro và là chiếc xe chạy thử nghiệm hydro đầu tiên trên các đường phố
Reykjavik thủ đô Ireland. Đô ̣ng cơ này đã sinh ra được công suấ t đến 150 kW, gấp 15 lần
những gì người ta tưởng tượng. Điều này chứng tỏ nhiên liệu rất tốt. Đã có 51% các công
ty địa phương và 49% hãng nước ngoài như Demler Critler, dầu Shell và Hydro Norway
đặt hàng hãng Năng lượng mới Ireland để sản xuất khí hydro. Liên minh Châu Âu cũng
21


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

bỏ 2,85 triệu bảng chế tạo xe buýt hydro và dự tính sẽ thực hiện nhiều dự án xe buýt
tương tự ở Anh, Đức, Tây Ban Nha và ít nhất bốn quốc gia nữa. Hiện đã có nhiều mẫu xe
chạy bằng hydro (hydrogen car) và xe kết hợp giữa động cơ đốt trong bằng hydro và
động cơ điện có tên gọi xe ghép lai (hybrid car) được gọi chung là dòng xe hoàn toàn
không có khói xả (Zero Emission Vehicle - ZEV) của các hãng ôtô nổi tiếng như Honda,
Ford, Mercedes Benz... trưng bày giới thiệu trong các cuộc triển lãm quốc tế về ôtô. Nhật
Bản tuyên bố ngay trong năm 2008 các thế hệ xe không có khói xả ZEV sẽ ra đời với tên

Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Ford Escape Hybrid, Honda Insigh. Cho đến tháng
4-2007, ở Mỹ đã có 200 chiếc ôtô và xe buýt chạy bằng hydro hoạt động. Gần đây, một
cuộc hành trình thử nghiệm xuyên châu Úc trong một ngày đường khoảng 4.000km bằng
ôtô dùng nhiên liệu hydro cho thấy ôtô có thể chạy an toàn đến mọi nơi mà không cần
xăng và hoàn toàn không xả khí độc hại gây ô nhiễm môi trường.


Hydro thay xăng dầu sản xuất điện năng

Điện từ các pin nhiên liệu hydro có thể sản xuất mọi nơi, mọi công suất cho mọi nhu cầu,
từ các vùng sâu, vùng xa, hoặc trạm điện, các cao ốc cho đến các thành phố, mà không
cần đến những nhà máy điện đồ sộ cùng nguồn điện lưới từ trung tâm cung cấp phân phối
điện quốc gia. Sản xuất điện bằng pin nhiên liệu hydro sẽ phá thế độc quyền trong sản
xuất và phân phối điện do người tiêu thụ có thể tự sản xuất điện. Nền kinh tế hydro sẽ
thay thế nền kinh tế hóa thạch: cuộc cách mạng về năng lượng đang được hiện thực hóa.
Hydro và pin nhiên liệu là chìa khóa giải quyết vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển và sự biến
đổi khí hậu toàn cầu - mối lo của toàn thế giới hiện nay khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
ÁNH NẮNG MẶT TRỜI

Xúc Nươc
́
tác
eĐIỆN NĂNG

H2

Pin nhiên liê ̣u hydro (hydro fuel cell)
Điê ̣n phân nước (water electrolysis)

HYDRO

Hın
̀ h 1.15: Sơ đồ tam giác năng lươ ̣ng của nề n kinh tế hydro
nhờ năng lươ ̣ng mă ̣t trời

22


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

1.4.2.3 Năng lươ ̣ng từ đa ̣i dương
Đa ̣i dương cung cấ p cho chúng ta mô ̣t nguồ n năng lươ ̣ng to lớn. Nhiề u nghiên cứu đã chı̉
ra rằ ng năng lươ ̣ng từ đa ̣i dương có khả năng cung cấ p mô ̣t công suấ t đáng kể trong sản
xuấ t điê ̣n và là mô ̣t trong những nguồ n năng lươ ̣ng có khả năng tái ta ̣o trên thế giới. Mô ̣t
số nguồ n năng lươ ̣ng điể n hı̀nh từ đa ̣i dương :
 Năng lươ ̣ng thủy triề u (tidal energy-tidal power)
 Năng lươ ̣ng sóng biể n (wave power)
a, Năng lươ ̣ng thủy triề u (tidal energy-tidal power)
Năng lươ ̣ng thủy triề u là mô ̣t da ̣ng của thủy năng (hydro power). Sản xuất điện thủy triều
hay năng lượng thủy triều là phương thức biến đổ i năng lượng của thủy triều thành điện
năng hay các dạng năng lượng có ích khác.


Sản xuấ t điêṇ thủy triề u

Sản xuất điện từ thuỷ triều rất giống sản xuất thủy điện, ngoại trừ nước có thể chảy theo
hai hướng và phải tính tới sự phát triển của các máy phát. Hệ thống sản xuất đơn giản
nhất (gọi là hệ thống thủy triều xuống) liên quan tới một chiếc đập chắn ngang cửa sông.
Khi thủy triều lên, các cửa cống trên đập được kéo lên, cho phép vùng lưu vực bên trong
đập đầy nước. Khi thủy triều bắt đầu xuống, các cửa cống được đóng lại, buộc nước bên

trong đập thoát ra ngoài biển qua hệ thống tuabin gắn ở bên dưới cửa đập. Các hệ thống
điện thủy triều tạo điện năng từ thủy triều lên hoặc thủy triều lên và xuống cũng được
thiết kế song không phổ biến bằng hệ thống thủy triều xuống.
Hê ̣ thố ng
cửa trươ ̣t
Mức nước trên
Đâ ̣p chắ n
Bể chứa

Biể n

Mức nước dưới

Hın
̀ h 1.16: Mô hıǹ h đâ ̣p chắ n thủy triề u

Một phương pháp khai thác năng lượng thuỷ triều để sản xuất điện là hàng rào thủy triều.
Thực chất đó là những bức tường bê tông rỗng có gắn các tuabin khổng lồ, chắn ngang
một eo biển, buộc dòng nước phải đi qua chúng. Không giống như các nhà máy điện thủy
23


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

triều nêu trên, hàng rào thủy triều có thể được sử dụng trong các lưu vực không giới hạn,
như eo biển giữa đất liền và một hòn đảo gần kề hoặc giữa hai hòn đảo.

Hın
̀ h 1.17: Mô hıǹ h hàng rào thủy triề u

Được thiết kế ngay sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970, song mãi cho tới
cách đây năm năm, tuabin thủy triều mới trở thành hiện thực. Giống như tuabin gió,
tuabin thủy triều có nhiều lợi thế hơn so với hệ thống đập chắn và hàng rào thủy triều,
đặc biệt là giảm tác động về môi trường. Tuabin thủy triều sử dụng các dòng thủy triều
đang di chuyển với tốc độ 2-3m/giây (4-6 hải lý) để tạo ra 4-13kW điện/m2. Các dòng
thủy triều di chuyển nhanh (>3m/giây) có thể gây ứng suất quá mức đối với các cánh
quay giống như gió mạnh có thể làm hỏng các máy tuabin gió. Trong khi đó, các dòng
thủy triều có tốc độ thấp lại không kinh tế. Cột được đóng xuống đáy biển và được gắn
các tuabin thủy triều, tuabin thủy triều luôn thấp hơn so với mực nước biển.

Hın
̀ h 1.18: Mô hıǹ h tua bin thủy triề u



Sự phát triể n của năng lươ ̣ng thủy triề u trên thế giới

24


Chương 1: Năng lươ ̣ng và vai trò của năng lươ ̣ng đố i với đời số ng con người

Hiện nay, nguồn năng lượng điện có thể khai thác được từ thủy triều là mục tiêu mà các
nhà nghiên cứu và các công ty năng lượng đang nhắm tới. Theo ước tính, với công nghệ
khai thác như hiện nay, hàng năm thế giới có thể sản xuất được trên dưới 450 tỷ kWh
điện từ thủy triều, tương đương tổng lượng điện của 40 nhà máy điện hạt nhân lớn nhất
hiện nay trên toàn cầu. Nước Anh đang là quốc gia đi đầu trong ngành công nghiệp mới
này với ít nhất 3 trung tâm thử nghiệm, 17 dự án nghiên cứu và phát triển đang được tiến
hành tại 7 trường Đại học. Quố c gia này cũng đặt mục tiêu khai thác 10% điện năng từ
các nguồn năng lượng tái chế vào năm 2010 cũng như góp phần cắt giảm 60% lượng khí

thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính vào năm 2050. Và công nghệ khai thác năng lượng từ
thủy triều trong tương lai sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc bảo đảm những
mục tiêu trên. Cùng lúc, Công ty Marine Current Turbines (MCT) với sự hỗ trợ tài chính
từ Bộ Công nghiệp - Thương mại Anh và EC đang dẫn đầu trong công nghệ khai thác
năng lượng biển và mong muốn phát triển hệ thống này vì mục đích thương mại. Các
chuyên gia của MCT nhận định, trên thế giới hiện có rất nhiều vùng biển có thể đáp ứng
hoàn hảo các yêu cầu lắp đặt nhà máy phát điện, tập trung khai thác nguồn “nguyên liệu
đầu vào” chính là thủy triều. Riêng khu vực châu Âu có trên 100 địa điểm, nhất là các eo
biển có dòng nước chảy xiết như Pentland Firth của Scotland, và nước này cũng được
xem là quốc gia đứng đầu thế giới về phát triển nguồn năng lượng điện từ thủy triều.
Trung tâm Năng lượng biển châu Âu (EMEC), đặt ở quần đảo Orkney (Scotland) đã xây
dựng xong phòng thí nghiệm nổi trị giá 29,5 triệu USD, đang đi vào hoạt động ổn định
nhằm kết nối với mạng lưới điện khai thác từ thủy triều qua một hệ thống cáp ngầm dẫn
vào đất liền phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho con người. Các chuyên gia ước tính đến năm
2020, cũng từ khai thác thủy triều, Scotland có thể cung cấp đủ nhu cầu dùng điện cho
một thành phố lớn với khoảng 500 ngàn dân.

Hın
̀ h 1.19: Mô hı̀nh hê ̣ thố ng tuabin khai thác điê ̣n từ thủy triể u ta ̣i Scotland

25