Các nguồn năng lượng cho thế kỷ XXI

Chia sẻ: Trần Lê Kim Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các nguồn năng lượng cho thế kỷ XXI

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 đất đang nóng lên và dân số thế giới tăng vọt. Trong vòng 100 năm qua, dân số thế giới đã tăng 3,6 lần. Cùng với việc tăng dân số và các yêu cầu về tiện nghi, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao. Mức năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới trong 25 năm cuối của thế kỷ XX đã tăng gấp đôi và dự đoán trong 20 năm tới sẽ tăng 50% so với hiện nay. Cầu về năng lượng tăng cao, nguồn cung ngày càng khan hiếm là nguyên nhân của các cuộc khủng hoảng. Điều gì sẽ xảy ra khi nguồn dự trữ nhiên liệu trong lòng đất cạn kiệt? Liệu nhân loại còn có khả năng tìm thấy dầu và khí (ở Nam cực, Bắc cực) nữa không? Khả năng cung cấp của các loại năng lượng trong tương 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, tương đương 270-323 tỷ tấn (đã khai thác hết 50%, có thể khai thác 40 năm nữa); khí thiên nhiên là 161 tỷ tấn, có thể khai thác 57 năm 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 phát ra khi tổng hợp hạt nhân chứ không phải năng lượng phân 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 tấn than 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 lai người ta có thể tìm thêm được khoảng hơn 1.000 tỷ thùng dầu dự trữ nữa, bằng với trữ lượng chúng ta đang có. Mặt khác, sự phát triển của công nghệ sẽ làm cho hệ số thu hồi dầu ở các mỏ tăng cao và việc sử dụng nhiên liệu sẽ tiết kiệm và hiệu 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 hủy nhiều khu rừng lớn, làm biến dạng cuộc sống hoang dã, làm thay đổi nơi sinh sống của hàng chục ngàn dân cư nghèo); ngành nông nghiệp sẽ bị thiệt hại, du lịch sút giảm. Trong tương lai, thủy điện không nên và không thể là nguồn năng 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 phản ứng nước sôi, lò nước nặng kiểu Candu) và một số dạng lò phản ứng kiểu mới đang được nghiên cứu. Chúng sẽ là những loại lò chủ đạo trong việc ứng dụng công nghệ năng lượng hạt nhân ở thế kỷ XXI. Hiện nay, điện hạt nhân đóng góp trên 15% sản lượng điện hàng năm trên toàn thế giới. Dự kiến đến năm 2030, 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 Anh dự định xây dựng 20 lò phản ứng hạt nhân mới; Nhật Bản dự kiến nâng tỷ lệ sử dụng năng lượng nguyên tử từ 30% hiện nay lên 40% vào năm 2017; Nga dự định sẽ xây thêm 45-50 lò; Trung Quốc đang tích cực đẩy mạnh xây dựng các nhà máy điện hạt nhân mới, nâng công suất điện hạt nhân đạt 70 GW vào năm 2020 và trên 100 GW vào 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 diện cho hoạt động này. Việt Nam dự định xây dựng 2 nhà máy điện hạt nhân theo phương thức “chìa khóa trao tay” tại 2 địa điểm thuộc tỉnh Ninh Thuận với tổng công suất 4.000 MW, sẽ được đưa 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 nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt 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 lượng sinh học). Công nghệ sử dụng hiệu ứng quang điện cho phép tạo ra các pin mặt trời, nhờ đó có thể xây dựng các nhà máy phát điện bằng ánh sáng mặt trời. Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ 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 nguồn năng 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 mỗi năm cho 200.000 hộ gia đình ở miền tây nam New South Wales - 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 hay tưới cây ở các nông trại.
Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ 80 Bắc đến 230 Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn, khoảng 100-175 kCal/cm2/năm (4,2-7,3 GJ/m2/năm). Do đó, việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả 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 dụng thiết bị. Năng lượng gió (phong điện) Năng lượng gió là nguồn năng lượng có quy mô lớn, an toàn và sạch. Tổng trữ lượng năng lượng gió toàn thế giới một năm là 350 tỷ kW. Việc phát triển năng lượng gió có ba 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 vực tương đối cạn, sau đó phát triển đến những khu vực nước sâu hơn. Các tua bin có công suất lớn hơn 5 MW, với mục tiêu đạt giá thành 5 cent/kWh vào năm 2012. Công nghệ hiện tại cho phép xây dựng các tua bin ở mực nước thấp 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 hơn trong tương lai. Hướng áp dụng hỗn hợp là thiết kế các tuabin cho các ứng dụng đa ngành như sản xuất hydro hay sản xuất và phân phối nước sạch. Hướng phát triển này sẽ có tác động đáng kể vào thị trường trước năm 2020. Tốc độ phát triển hiện tại của phong điện đạt mức 32%/năm với 40.300 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 Hà Lan đạt 900 MW…
Việt Nam có tiềm năng phong điện được xác định là tốt nhất Đông Nam Á, có thể đạt hơn 400 MW vào năm 2020. Hiện nay, hai dự án phong điện lớn tại Bình Định và Khánh Hòa với tổng công suất 55 MW đang được 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 lượng tài nguyên năng lượng địa nhiệt của thế giới (cách vỏ trái đất 10.000 m) tương đương khoảng 5.710 tỷ tấn than nguyên chất. Thông thường, để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt, người ta chỉ cần khoan các giếng sâu 4-5 km. Ví dụ, tại nhà máy địa nhiệt ở Soultz (đông bắc nước Pháp), người ta khoan xuống độ sâu khoảng 5 km là tới vùng có nhiệt độ khoảng 2000C. Nước được đun sôi sẽ theo ống dẫn lên và làm chạy máy phát điện. Mỹ đang là quốc gia đi đầu (trong số 24 quốc gia được 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 40 triệu USD/năm, trong khi chi phí 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 trường hơn mọi nhà máy điện khác. Đến năm 2050, Mỹ có thể sản xuất nguồn điện địa nhiệt đáp ứng được 10% nhu cầu điện trong nước. Việt Nam là một quốc gia có hàng trăm điểm nước khoáng đã được phát hiện, trong số này hơn một nửa là những điểm nước nóng, phần lớn tập trung ở các vùng Tây Bắc và Nam Trung Bộ. Có 72 nguồn nước có nhiệt độ khoảng 41-60oC, 36 nguồn nước có nhiệt độ 61-100oC và 64 nguồn nước có nhiệt độ 30-40oC. Tập đoàn
Kỹ nghệ Essential Innovation (Canada) đã đến ViệtNam tổ chức Hội thảo nhằm giới thiệu công nghệ địa nhiệt. Tập đoàn Ormat của Mỹ - chuyên xây dựng 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 (Quảng Ngãi), Hội Vân (Bình Định) và Tu Bông (Khánh Hòa). Tổng công suất các nhà máy điện địa nhiệt này dự kiến lên đến 150-200 MW. Sở dĩ các nhà máy này chưa khởi công được (mặc dù 100% vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài) là vì 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 MW tại xã Cát Hiệp, huyện Phù Cát (Bình Định). Năng lượng biển 71% diện tích bề mặt trái đất là biển. Biển có thể cung cấp một lượng năng lượng khổng lồ. Năng lượng biển bao gồm năng lượng thủy triều, năng lượng sóng, sự chênh lệch về nhiệt độ trong lòng biển, năng lượng thủy lưu và các nguồn năng lượng có thể tái sinh khác. Tổng trữ lượng năng lượng biển trên toàn thế giới là khoảng 373 tỷ kW. Công nghệ phát điện bằng năng lượng thủy triều phát triển khá 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 toàn thế giới. Hiện tại ở châu Âu có hai trung tâm nghiên cứu đang tập trung phát triển và thương mại hóa các công nghệ năng lượng từ biển, đó là Trung tâm Năng lượng biển châu Âu ở Orkney (Scốtlen) và Trung tâm Năng lượng sóng (Bồ Đào Nha).
Năng lượng hydro Hydro là nguồn năng lượng mới và lý tưởng. Hydro khi hoá hợp với oxy cho năng lượng cao nhất trên một đơn vị khối lượng: 120,7 GJ/T, tương ứng 25 lần giá trị phát nhi ệt của xăng. Đặc điểm quan trọng của hydro là sản phẩm cháy của nó chỉ là nước (H2O) nên được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng. Hydro được sản xuất từ nước bằng năng lượng mặt trời. Có hai công nghệ sản xuất được ứng dụng là: Công nghệ điện phân nước nhờ năng lượng mặt trời thông qua 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 mặt của chất xúc tác quang. 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. 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. 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 các nhãn 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 còn được sử dụng thay nhiên liệu hoá thạch trong sản xuất điện năng, thực hiện trong các pin nhiên liệu. 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.
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 triển của xã hội loài người, và đã được đánh giá là có ý nghĩa to lớn như cuộc cách mạng công nghiệp trước đây, khi phát minh đầu máy hơi nước với việc sử dụng nhiên liệu than đá. Năng lượng sinh học Năng lượng sinh học (sinh khối, nhiên liệu sinh học và khí sinh học) đang đứng vị trí thứ tư, chiếm tới 14-15% tổng lượng năng lượng sử dụng trên toàn thế giới. Nguồn dự trữ năng lượng sinh học trên thế giới hiện nay là 162 tỷ 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 và diện tích này có thể tăng lên 3,5% hoặc cao hơn trong tương lai 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 xuất từ 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 m3/năm (1 m3 khí tương đương với 0,5 kg 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…”.