Giáo trình Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (Ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (Ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Vai trò, ý nghĩa và tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; khái niệm và phân biệt được các loại năng lượng được sử dụng trong đời sống và sản xuất; đặc điểm và phạm vi áp dụng của các loại vật liệu tiết kiệm năng lượng sử dụng trong Xây dựng;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (Ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 HÀ NỘI GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG&CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: 368/QĐ – CĐXD1 ngày 10 tháng 08 năm 2021của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1 Hà Nội, năm 2021
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình này xuất phát từ nhu cầu thiết yếu trong quá trình đào tạo, ứng dụng đào tạo trong cuộc sống. Trong quá trình biên soạn tác giả đã thu thập các tài liệu tham khảo, biên soạn theo đúng nội dung đề cương chương trình phù hợp với cấu trúc chung của đề cương đào tạo của ngành nghề Bài giảng SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ này được biên soạn để làm tài liệu chính thức dùng cho học sinh trường Cao đẳng xây dựng số 1 Hà Nội. Bài giảng này dựa trên cơ sở Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (đã được kỳ họp thứ 7, Quốc hội khóa XII thông qua ngày 17/06/2010, và đã được Văn phòng Chủ tịch nước đã tổ chức họp báo công bố Lệnh của Chủ tịch nước về việc công bố Luật ngày 9/7/2010, đầu năm 2011 đã được ban hành). Nhân đây chúng tôi cũng xin phép các tác giả - những người đã biên soạn các cuốn sách mà tôi dùng làm tài liệu tham khảo cho phép tôi sử dụng trong công tác giảng dạy và tài liệu tham khảo. Tuy đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót, rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô giáo và các học sinh để bài giảng ngày càng được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 10 tháng 08 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Th.s Nguyễn Thị Thúy Hồng
MỤC LỤC BÀI 1: MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................... 5 1.1 Một số khái niêm ................................................................................................................................... 5 1.1.1 Khái niệm về sử dụng năng lượng tiết kiệm.................................................................................. 5 1.1.2 Khái niệm về sử dụng năng lượng hiệu quả................................................................................ 5 1.1.3 Khái niệm về SDNL TK&HQ: .................................................................................................... 5 1.2 VAI TRÒ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ ......................... 5 1.2.1 Sự cần thiết..................................................................................................................................... 5 1.2.2 Vai trò ............................................................................................................................................. 6 1.2.3 Ý nghĩa............................................................................................................................................ 7 1.3 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ..................................................................................................... 7 1.3.1 Khái niệm: ...................................................................................................................................... 7 1.3.2 Phân loại ......................................................................................................................................... 8 1.3.3 Tổng quan về năng lượng tại Việt Nam..................................................................................... 17 1.3.4 Ảnh hưởng của việc sản xuất và tiêu thụ năng lượng đến môi trường................................... 18 1.3.5 Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả ............................................................................. 21 BÀI 2: CÁC LOẠI VẬT LIỆU TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG .............. 24 2.1 Vật liệu xanh .............................................................................................................................................. 24 2.1.1 Khái niệm: ............................................................................................................................................ 24 2.1.2 Các tiêu chí của vật liệu xanh:.............................................................................................................. 24 2.1.3 Các loại vật liệu xanh: ........................................................................................................................ 25 2.2 Vật liệu bảo ôn ........................................................................................................................................... 30 2.2.1 Vai trò .................................................................................................................................................. 31 2.2.2 Các loại vật liệu bảo ôn ...................................................................................................................... 31 2.3.2 Các loại kính tiết kiệm năng lượng .................................................................................................... 37 BÀI 3: CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TRONG NGÀNH XÂY DỰNG ......................................................................................................................................................... 42 3.1. Khai thác, tận dụng điều kiện tự nhiên hợp lý để tiết kiệm năng lượng trong xây dựng .................. 42 3.1.1 Áp dụng các giải pháp quy hoạch và thiết kế kiến trúc phù hợp với điều kiện tự nhiên ................. 42 3.1.2 Lựa chọn hình khối, kiểu dáng công trình ........................................................................................ 46 3.1.3 Sử dụng chiếu sáng tự nhiên .............................................................................................................. 47 3.2 Sử dụng vật liệu xây dựng phù hợp với khí hậu nhiệt đới và thân thiện với môi trường................... 55 3.2.1 Sử dụng kính tiết kiệm năng lượng .................................................................................................... 55 3.2.2 Sử dụng vật liệu xanh ......................................................................................................................... 56 3.2.3 Sử dụng vật liệu bảo ôn....................................................................................................................... 57 3.2.4 Sử dụng vật liệu không nung .............................................................................................................. 58 3.3 Các giải pháp trong thiết kế hệ thống chiếu sáng ................................................................................... 58 3.3.1 Hệ thống chiếu sáng ............................................................................................................................ 58 3.3.2 Hệ thống cấp thoát nước .................................................................................................................... 60 3.3.3 Hệ thống điều hòa không khí ............................................................................................................. 61
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Mã môn học: MH 20.2 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học có trong các đề cương khung chương trình - Tính chất: là môn học thuộc khối kiến thức tự chọn - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Là môn học cơ sở cho ngành xây dựng công trình Mục tiêu của môn học: Về kiến thức: - Trình bày được vai trò, ý nghĩa và tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả - Trình bày được khái niệm và phân biệt được các loại năng lượng được sử dụng trong đời sống và sản xuất - Trình bày được đặc điểm và phạm vi áp dụng của các loại vật liệu tiết kiệm năng lượng sử dụng trong Xây dựng - Trình bày được các biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong ngành Xây dựng. Về kỹ năng: - Đề xuất lựa chọn các loại vật liệu tiết kiệm năng lượng; - Đề xuất thực hiện các biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong ngành Xây dựng nói chung. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Tự giác, chủ động trong việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả - Tuyên truyền về các hoạt động bảo vệ môi trường, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Nội dung của môn học:
BÀI 1: MỞ ĐẦU Giới thiệu: Bài 1 bao gồm các khái niệm cơ về sử dụng năng lượng tiết kiêm và hiệu quả. Vai trò, ý nghĩa, tầm quan trong trong việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Các loại năng lượng Mục tiêu: Trình bày được: - Khái niệm sử dụng năng lượng tiết kiệm, sử dụng năng lượng hiệu quả,sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả - Vai trò, ý nghĩa và tầm quan trọng, của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả - Phân loại các loại năng lượng Nội dung chính: 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Khái niệm về sử dụng năng lượng tiết kiệm Sử dụng năng lượng tiết kiệm: sử dụng hợp lí, giảm hao phí năng lượng trong quá trình sử dụng. 1.1.2 Khái niệm về sử dụng năng lượng hiệu quả Sử dụng năng lượng hiệu quả: đảm bảo thực hiện được các hoạt động cần thiết với mức tiêu phí năng lượng thấp nhất. 1.1.3 1.1.3 Khái niệm về SDNL TK&HQ: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lí, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt. 1.2 VAI TRÒ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 1.2.1 Sự cần thiết Do nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch) ngày càng cạn kiệt. Do ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường của việc sử dụng các nguồn năng lượng phục vụ đời sống con người. Sức ép dân số và phát triển kinh tế ngày càng gia tăng trong khi các nguồn tài nguyên, nhiên liệu có hạn đang cạn kiệt dần. Chúng ta đã sử dụng nhiên liệu hóa thạch gấp 50,000 lần tốc độ chúng đang được tái tạo lại. Chắc chắn rằng, chúng sẽ không còn tồn tại nữa trong một tương lai không xa.
Giải quyết vấn đề năng lượng đòi hỏi chúng ta không chỉ ưu tiên cho việc phát triển các nguồn năng lượng thay thế mới mà còn cần chú ý đến khía cạnh bảo tồn và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng. Cả bảo tồn và nâng cao hiệu suất năng lượng đều nhằm một mục đích - tiết kiệm năng lượng. Tiết kiệm năng lượng sẽ đem lại cho chúng ta những ích lợi đáng kể về kinh tế, giảm thiểu suy thoái do việc khai thác và "để dành" được những tài nguyên quý giá cho mai sau. Đó cũng là một thái độ sống có trách nhiệm với cộng động và với thế hệ tương lai. 1.2.2 Vai trò SDNL TK&HQ có vai trò rất lớn đối với cuộc sống con người, nó quyết định sự tồn tại, phát triển và chất lượng cuộc sống con người. Ngày nay, có thể thấy rõ các vấn đề khủng hoảng năng lượng thường có tác động rất lớn tới kinh tế và xã hội của các nước trên thế giới. Do vậy, nhiều nước đã đưa vấn đề năng lượng thành quốc sách, đặt thành vấn đề “an ninh năng lượng ” đối với sự phát triển quốc gia. Việc gia tăng khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên năng lượng như hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam đã dẫn đến nguồn tài nguyên năng lượng không tái sinh như than, dầu lửa, khí đốt đang bị cạn kiệt. Hình 1.1: Khai thác than lộ thiên tại Tỉnh Quảng Ninh
Dân số toàn cầu hiện nay đã hơn 7,53 tỷ người. Muốn duy trì sự phát triển của xã hội cần khai thác được các nguồn tài nguyên lớn trong đó có tài nguyên năng lượng. Cần SDNL TK&HQ để không phụ thuộc vào năng lượng nhập siêu nhằm đẩy mạnh việc phát triển Kinh Tế, An Ninh Quốc Phòng. Việc khai thác và sử dụng các nguồn nguyên liệu hóa thạch có quy mô càng lớn thì càng ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và làm gia tăng hiệu ứng nhà kính là một trong những nguyên nhân chủ yếu tác động đến môi trường, mà môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Do vậy, việc SDNL TK&HQ có vai trò vô cùng to lớn. 1.2.3 Ý nghĩa Sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả là một trong các giải pháp thiết thực và tối ưu đối với hoàn cảnh của đất nước ta hiện nay. Hiện nay việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả chính là sự quan tâm không chỉ của một cá nhân, một tổ chức, một quốc gia mà là của toàn thế giới, vì năng lượng hiện nay do con người tạo ra phần lớn từ nguồn năng lượng hoá thạch của trái đất, những nguồn năng lượng đó không phải là vô tận mà còn gây ra ô nhiễm môi trường rất lớn làm biến đổi khí hậu toàn cầu, ảnh hưởng tới đời sống của hàng triệu con người. 1.3 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG 1.3.1 Khái niệm: Có nhiều khái niệm khác nhau về năng lượng, một số khái niệm khá phổ biến: Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng… Hoặc, năng lượng được định nghĩa là năng lực làm vật thể hoạt động. Có nhiều dạng năng lượng như: động năng làm dịch chuyển vật thể, nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của vật thể… Hay, năng lượng là dạng vật chất có khả năng sinh công bao gồm nguồn năng lượng sơ cấp: than, dầu, khí đốt và nguồn năng lượng thứ cấp là nhiệt năng, điện năng được sinh ra thông qua quá trình chuyển hoá năng lượng Trong thời kỳ sơ khai của loài người, nhiệt sinh ra do đốt than hoặc khí chỉ được sử dụng trực tiếp vào việc sưởi ấm và nấu nướng. Sau đó, nhiệt được dùng để chạy máy móc và xe cộ. Ngoài ra, nhiệt còn làm chạy tua bin máy phát điện để sản xuất điện năng. Điện năng rất tiện lợi, có thể sử dụng ngay lập tức chỉ bằng việc ấn nút nên việc sử dụng rất rộng rãi.
Trong xã hội văn minh ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả không lãng phí. 1.3.2 Phân loại 1.3.2.1. Năng lượng sơ cấp Năng lượng sơ cấp: tạm hiểu là nguồn năng lượng "thô" có sẵn ngoài thiên nhiên, muốn sử dụng, cần qua một giai đoạn gọi là chuyển hoá năng lượng để trở thành điện năng, nhiệt năng, công năng. 1.3.2.2. Năng lượng thứ cấp Năng lượng thứ cấp là những năng lượng được sinh ra trong quá trình chuyển hoá những năng lượng thô như nêu trên. 1.3.2.3. Các loại năng lượng được sử dụng trong sản xuất và đời sống Có nhiều loại năng lượng như năng lượng mặt trời tồn tại ở các dạng chính: bức xạ mặt trời, năng lượng sinh học (sinh khối động thực vật), hay năng lượng chuyển động của khí quyển và thuỷ quyển (gió, sóng, các dòng hải lưu, thuỷ triều, dòng chảy sông...), hoặc năng lượng hoá thạch (than, dầu, khí đốt, đá dầu), còn năng lượng lòng đất gồm nhiệt lòng đất biểu hiện ở các các nguồn địa nhiệt, núi lửa và năng lượng phóng xạ tập trung ở các nguyên tố như U, Th, Po,… Chính vì vậy mà năng lượng được phân thành nhiều loại và có nhiều cách phân loại năng lượng như: dựa theo nguồn gốc của nhiên liệu, phân loại theo mức độ ô nhiễm, phân loại theo trình tự sử dụng… Ở tài liệu này, giới thiệu hai cách phân loại chủ yếu: phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng và phân loại theo mức độ ô nhiễm và các loại khác a. Năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần - Đây là dạng năng lượng mà nhiên liệu sản sinh ra nó không có khả năng tái sinh và mất đi vĩnh viễn. Thành phần chủ yếu của nhóm năng lượng này là các dạng nhiên liệu hoá thạch (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên). Các loại nhiên liệu này được hình thành thông qua sự hoá thạch của động, thực vật trong một thời gian rất dài, tính tới hàng triệu năm. - Năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần là nguồn cung cấp chủ yếu năng lượng cho các hoạt động sản xuất và đời sống của con người. Tính đến những năm đầu thế kỉ XXI, năng lượng hoá thạch cung cấp hơn 85 % tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu, và cung cấp 2/3 nguồn năng lượng tiêu thụ tại Mỹ. Tuy nhiên đây cũng là tác nhân chính làm ô nhiễm môi trường và làm tăng nhiệt độ trái đất. Theo thống kê của Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ, việc sử dụng
các nguồn nhiên liệu hoá thạch trong hơn 150 năm qua đã khiến trái đất phải hứng chịu khoảng 245 tỉ tấn cacbon điôxít (các tên gọi khác là anhiđrít cacbonic, khí cacbonic, hay gọi theo công thức hóa học là CO2). - Việc tái tạo loại nhiên liệu hoá thạch phải mất tới hàng triệu năm, vì vậy đây là nguồn nhiên liệu được coi là không thể phục hồi, đến một ngày nào đó nó sẽ biến mất khỏi trái đất. b. Năng lượng thay thế (Năng lượng tái tạo) - Năng lượng thay thế là năng lượng thu được từ những nguồn ngoài 3 dạng nhiên liệu hoá thạch đã đề cập ở trên, đó là: năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối, năng lượng nước…. Những nguồn năng lượng mới, tái sinh và không ô nhiễm, dù hiện tại hiệu suất còn chưa cao nhưng hy vọng rằng, trong tương lai, với những tiến bộ khoa học, chúng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn. Hình 2.1: Năng lượng tái tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến c. Năng lượng hạt nhân - Năng lượng hạt nhân là năng lượng có được bằng một trong hai cách: Phân rã hạt nhân các nguyên tử, hoặc kết hợp hạt nhân các nguyên tử. Việc phân rã hạt nhân, hoặc kết hợp hạt nhân nói trên mang lại một nguồn năng lượng khổng lồ. Năng lượng hạt nhân có đặc điểm là một nguồn năng lượng lớn (tính đến năm 2000, Mỹ có 110 nhà máy điện nguyên tử; 70% lượng điện tiêu thụ ở Pháp là từ năng lượng hạt nhân).
- Các phản ứng hạt sinh ra năng lượng gấp hàng trăm đến hàng triệu lần năng lượng các phản ứng hoá học thông thường. Năng lượng này lại được giải phóng cùng một lúc, tạo ra lượng nhiệt khổng lồ tiêu hủy tất cả mọi thứ quanh nó. - NLHN có nhiều ưu điểm như: là nguồn năng lượng sạch, rẻ và tương đối an toàn, không phát thải CO2, SOx, NOx gây ô nhiễm không khí. Các nước cung cấp Uranium, nhiên liệu cho điện nguyên tử chủ yếu là Canada, Australia đều là những nước có tình hình chính trị ổn định và có thể cung cấp ổn định. Hơn nữa, vì Uranium có thể phát điện chỉ với một lượng rất nhỏ so với dầu nên có ưu điểm là dễ vận chuyển và bảo quản. Ví dụ, để vận hành nhà máy điện công suất 1000 MW trong vòng một năm thì phải cần tới hơn một triệu tấn dầu, trong khi đó đối với nhiên liệu Uranium thì chỉ cần vài chục tấn. Trong các nhà máy điện nguyên tử, khi nạp nhiên liệu vào lò phản ứng là có thể liên tục phát điện trong vòng 1 năm mà không cần phải thay thế nhiên liệu. Lượng chất thải phóng xạ phát sinh trong nhà máy điện nguyên tử rất ít so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, do vậy có thể quản lý được một cách chặt chẽ, cất giữ và bảo quản an toàn. Hình 2.4: Nhà máy điện hạt nhân Gundremmingen - Tuy vậy, việc xử lý chất thải hạt nhân và an toàn trong vận hành nhà máy điện nguyên tử vẫn đang là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại. Việc đổ bỏ an toàn các chất phóng xạ hạt nhân là một trong những vấn đề gay go, các chất phóng xạ mức cao phải được cô lập ở những nơi mà khả năng nó nhiễm ra môi trường là thấp nhất. Vị trí bãi đổ cũng phải ổn định về địa chất không có hoặc có ít dòng chảy có thể lan truyền chúng.
- Ứng dụng phản ứng hạt nhân đã mang lại một nguồn năng lượng to lớn khác cho nhân loại, tuy nhiên, nó không thể là giải pháp tối ưu bởi những hậu quả môi trường có khi dài đến hàng thế kỷ mà nó gây ra. d. Năng lượng mặt trời - Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lý tưởng, vô tận và không sản sinh ra chất thải gây ô nhiễm môi trường, sẵn có khắp mọi nơi. Năng lượng mặt trời sẽ ngày càng quan trọng trong tương lai. Năng lượng khổng lồ của mặt trời được sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch trong nhân, ở nhiệt độ lên đến 15 triệu độ. Phần lớn năng lượng mặt trời bị phân tán vào vũ trụ, chỉ một phần rất nhỏ của nó đến được trái đất, nhưng "lượng nhỏ" đó cũng đã lên đến 1,73.1014 (10 lũy thừa mũ 14) kW. Cường độ bức xạ mặt trời (BXMT) thay đổi theo vĩ độ, mùa, giờ trong ngày và độ mây che phủ. Vùng vĩ độ thấp, gần xích đạo, nhận được nhiều bức xạ mặt trời hơn vùng vĩ độ cao, gần hai cực. BXMT mùa hè nhiều hơn mùa đông. BXMT có cường độ cao vào buổi trưa và thấp hơn vào bình minh hay hoàng hôn do mây hấp thu một ít NLMT, vì vậy làm giảm cường độ bức xạ. Hình 2.5: Biểu đổ năng lượng mặt trời được sử dụng ngày càng phổ biến ở Thái Lan - Sử dụng NLMT về lâu dài sẽ kinh tế và sự tiến bộ của KHKT đang ngày càng nâng cao hiệu suất thu thập NLMT. NLMT được sử dụng theo 2 hướng chính: sưởi ấm nhà cửa bằng hiệu ứng nhà kính và phát điện. NLMT còn là nguồn năng lượng vô hạn và không gây ô nhiễm môi trường.
Hình 2.6: Các tấm pin năng lượng mặt trời có trục xoay - Tuy nhiên, hạn chế của nó là sự khó khăn trong thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù, mặt khác, chi phí sản xuất còn khá cao. Các công nghệ NLMT hiện nay vẫn chưa phổ biến rộng rãi, phần lớn vì chi phí ban đầu cho việc chuyển hóa năng lượng còn cao và hiệu suất thu thập còn thấp. e. Năng lượng nước - Năng lượng dòng nước chảy là năng lượng được sinh ra nhờ sức nước, ví dụ như để chạy máy phát điện (thế năng của nước ở một độ cao nhất định được giữ lại nhờ đập và chuyển thành động năng khi nước chảy qua rãnh tràn (spill way), làm quay tuabin, phát ra điện, hay các "bánh xe nước" đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm, ngoài ra ở một số nơi, người ta cũng đã lợi dụng sức nước để vận chuyển gỗ xuống hạ lưu. - Hiện nay, thủy điện chiếm 6-7% sản lượng điện trên thế giới. Các nước phát triển đã xây dựng đập thủy điện ở hầu hết các vị trí có thể. Thụy Sĩ, Nhật, Canada, Pháp...tiềm lực thủy năng đã cạn. Châu Phi và nam Mỹ có tiềm năng thủy điện lớn nhất nhưng mới chỉ phát triển khoảng 1%.
Hình 2.7: Đập thủy điện Hòa Bình – Việt Nam f. Năng lượng sức gió. - Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. - Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên. - Đây là một nguồn tài nguyên vô tận. Sử dụng năng lượng gió không gây ra các vấn đề môi trường quan trọng do gió là nguồn năng lượng sạch, không tạo ra chất thải, không sinh ra SO2, CO2 hay những NOx. Gió không cần "nguyên liệu", nó gần như vô tận, chỉ phải tốn kém cho việc đầu tư thiết bị ban đầu. Vì thế, các công nghệ tiến bộ mới cho thấy năng lượng gió sẽ có thể trở thành nguồn năng lượng quan trọng trong những thập kỷ tới, mặc dù hiện nay, gió chỉ có một vị trí nhỏ trong bức tranh năng lượng. - Tuy nhiên, cũng giống năng lượng mặt trời, loại năng lượng này lệ thuộc vào điều kiện thiên nhiên và đòi hỏi một sự đầu tư lớn (chi phí sản xuất điện từ năng lượng gió ngày càng giảm nhờ các tuabin cải tiến).
Hình 2.8: Một số loại tua-bin gió được sử dụng hiện nay trên thế giới g. Năng lượng địa nhiệt - Địa nhiệt là dạng năng lượng tự nhiên sản sinh ra từ lòng đất và giải phóng ra ngoài nhờ hoạt động của các núi lửa, suối nước nóng hay giếng phun. Nước được hâm nóng tự nhiên có thể được sử dụng để làm nóng các toà nhà, làm quay tua bin trong nhà máy nhiệt điện. Hiện nay có rất nhiều công nghệ được áp dụng cho năng lượng địa nhiệt này để có thể tiết kiệm năng lượng tối đa cho việc khai thác, bơm nhiệt đến nơi tiêu thụ
Hình 2.9: Mô hình khai thác năng lượng địa nhiệt từ lòng đất e. Năng lượng thuỷ triều - Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều. Hiện nay một số nơi trên thế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng thuỷ triều. - Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên quả đất, trong đó ảnh hưởng của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn.Có hai lần triều cao và thấp trong một ngày (do sự tự quay của trái đất quanh trục của nó). Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày. Thủy triều cực đại (triều cường-khi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lớn nhất-lúc đó mặt trăng, mặt trời và trái đất giống như thẳng hàng) xảy ra ngay sau khi trăng tròn và trăng non, có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ. Thủy triều kiệt (khi ảnh hưởng của sức hút thấp nhất-khi đường thẳng nối trái đất và mặt trăng tạo thành góc 90 độ với đường thẳng nối trái đất và mặt trời). - Việc chế ngự nguồn năng lượng này đã được chú ý hàng thế kỷ nay. Vào thế kỷ 18, nhà máy năng lượng nước vận hành nhờ sự chuyển động lên xuống thủy triều được xây dựng ở Anh. Bơm nước cống rãnh dùng năng lượng thủy triều ở Hamburg, Đức mãi đến năm 1880. Còn bơm nước sử dụng NLTT lắp đặt năm 1580 dưới cầu London đã hoạt động suốt 2,5 thế kỷ. Những hệ thống này đã dần được thay thế bằng các động cơ tiện lợi và hiệu quả hơn Hình 2.10: Năng lượng thủy triều
l. Năng lượng sinh khối - Năng lượng sinh khối là năng lượng cung cấp từ thực vật và các chất thải của sinh vật bị phân huỷ. Nếu được xử lý trong các hầm ủ đặc biệt, từ sinh khối ta có thể lấy ra một loại khí có thể cháy được, gọi là "khí sinh học" hay "biogas", trong đó thành phần chủ yếu là khí metan (CH4). Sinh khối chứa năng lượng hóa học, nguồn năng lượng tử mặt trời tích lũy trong thực vật qua quá trình quang hợp. Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp v..v..), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ v.v...), giấy vụn, mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm. - Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí... được đốt để phóng thích năng lượng. Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới. Ít nhất một nửa dân số thế giới dựa trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Con người đã sử dụng chúng để sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm. Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển - Như vậy, phát triển NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v..v... - Tuy nhiên, loại nhiên liệu này liên quan đến việc khai thác rừng và gây ảnh hưởng xấu tới môi trường qua việc thiêu huỷ chất thải. Hình 2.12: Nhà máy năng lượng sinh khối sẽ được xây dựng bên bờ sông Tees – Anh Quốc
1.3.2.4. Phân loại theo mức độ ô nhiễm môi trường a. Năng lượng sạch Năng lượng sạch là những năng lượng không gây ô nhiễm môi trường. Có thể kể ra những loại năng lượng sạch: năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời, năng lượng sức gió, năng lượng thuỷ triều, năng lượng sức nước b. Năng lượng gây ô nhiễm môi trường Năng lượng gây ô nhiễm môi trường là loại năng lượng khi sử dụng sẽ có những tác động xấu đối với môi trường: các dạng năng lượng hoá thạch, năng lượng lòng đất. 1.3.3 Tổng quan về năng lượng tại Việt Nam 1.3.3.1 Vai trò của năng lượng đối với Việt Nam - Đảm bảo các hoạt động cho sinh hoạt, sản xuất, hoạt động dịch vụ.Việt Nam nằm trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, với tốc độ tăng trưởng bình quân hằng năm khoảng 7.5%, tốc độ tiêu thụ điện tăng 14% năm. Theo các nhà hoạch định chính sách năng lượng Việt Nam thì với tốc độ tăng trưởng kinh tế và điện năng đó, đến năm 2020, Việt Nam cần 200 tỷ kWh. - Cũng theo tính toán của các nhà hoạch định chính sách, nếu huy động tất cả các nguồn lực nội địa, thì cũng chỉ đạt được khoảng 165 tỷ kWh. Trong đó, thủy điện – 58 tỷ kWh, nhiệt điện, khí đốt – 78 tỷ kWh, nhiệt điện than – 37 tỷ kWh, các nguồn năng lượng mới – 2 tỷ kWh. Như vậy còn thiếu khoảng 35 tỷ kWh phải nhập khẩu. Đứng về mặt an ninh năng lượng điều này không phải là giải pháp tối ưu, và phụ thuộc quá nhiều vào các yếu tố thời tiết, trữ lượng các nguồn năng lượng hóa thạch… Hình 2.11: Biểu đồ dự đoán sự phát triển điện Việt Nam giai đoạn 2006 – 2025 tính theo MW
1.3.3.2 Vai trò của năng lượng đối với đời sống con người - Năng lượng cần cho sự sống của con người: đem lại sự sống cho con người, vạn vật; phục vụ các nhu cầu thiết yếu: sưởi ấm, nấu chín thức ăn, thắp sáng, sử dụng phương tiện giao thông… Đảm bảo các hoạt động cho sinh hoạt, sản xuất, hoạt động dịch vụ. - Năng lượng là thành tố không thể thiếu trong hoạt động sản xuất: công nghiệp (xăng dầu được coi là "máu" của công nghiệp), nông nghiệp, giao thông vận tải. 1.3.3.3 Tình hình khai thác các nguồn tài nguyên năng lượng - Sự cạn kiệt các nguồn tài nguyên năng lượng do sự khai thác không hợp lí: cạn kiệt các nguồn tài nguyên năng lượng hoá thạch, gỗ, củi… -Ví dụ: tại Việt Nam, tổn thất trong khai thác dầu khí là 50-60%, than hầm lò là 40-60% còn trong chế biến vàng là 60-70%. Đây chỉ là ba trong những con số đau xót về tình trạng lãng phí sử dụng tài nguyên và nhiên liệu, nguyên liệu đầu vào của các ngành sản xuất Việt Nam đã được công bố tại hội thảo "Phát triển bền vững ngành và doanh nghiệp" sáng 10/9/2004 tại Hà Nội. - Sự ô nhiễm môi trường do khí thải của việc khai thác, sử dụng một số loại năng lượng có thể gây ô nhiễm. - Sự biến đổi khí hậu, biến đổi môi trường do sử dụng các nguồn năng lượng hoá thạch, hoặc những nguồn năng lượng trong lòng đất. - Nhu cầu năng lượng ngày càng cao do nhu cầu tăng trưởng kinh tế, phát triển các ngành sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải và nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống. - Nguồn năng lượng được sử dụng chủ yếu vẫn là các nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, dầu, khí tự nhiên,… - Điện năng là dạng năng lượng có nhiều ưu điểm vì nó dễ dàng được chuyển hóa từ các dạng năng lượng khác; đồng thời khi sử dụng điện năng cũng dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng,…vì vậy việc sản xuất điện năng có ý nghĩa rất quan trọng trong chiến lược năng lượng của mỗi quốc gia. 1.3.4 Ảnh hưởng của việc sản xuất và tiêu thụ năng lượng đến môi trường 1.3.4.1 Sự ảnh hưởng - Tổ tiên của chúng ta đã biết sử dụng lửa từ hàng trăm nghìn năm trước. Khi con người còn sinh hoạt trong hang động thì lửa được sử dụng để chiếu sáng, sưởi ấm và nấu nướng. Nguồn năng lượng động lực trong thời kỳ đó là sức người và gia súc. Sau đó, nhờ sử dụng lửa, tổ tiên
chúng ta đã làm ra được đồ gốm và các công cụ bằng kim loại. Với những công cụ đó, con người đã thực hiện được các hoạt động sản xuất như canh tác, trồng trọt và chăn nuôi, qua đó các cộng đồng xã hội được hình thành. Có thể nói rằng lửa chính là xuất phát điểm của nền văn minh nhân loại. - Vào cuối thể kỷ 18, máy hơi nước dùng nhiên liệu than đá được phát minh. Từ đó, cuộc cách mạng về năng lượng động lực bùng nổ và dẫn đến cuộc cách mạng công nghiệp. Hơn nữa, với kỹ thuật của động cơ đốt trong và sử dụng điện ở thế kỷ 19, nhiều phát minh có tính bước ngoặt đã ra đời, đẩy mạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tạo ra một xã hội phong phú và tiện lợi như ngày nay. Nhật Pháp
- Hiện tại, ở các nước phát triển tiên tiến, tiêu thụ năng lượng bình quân trên đầu người cao hơn 50 lần so với xã hội cổ đại và cao hơn 10 lần so với thời điểm trước cuộc cách mạng công nghiệp. - Thế nhưng từ giữa thế kỷ 20, nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên một cách nhanh chóng, đây là nguyên nhân khiến chúng ta không thể thờ ơ với vấn đề ô nhiễm môi trường trái đất. Hơn nữa, dân số tăng lên càng làm tăng thêm lo lắng về sự cạn kiệt của tài nguyên năng lượng. - Để duy trì cuộc sống văn minh của mình, con người cần sử dụng năng lượng, nhưng đã đến lúc chúng ta cần phải xem xét lại mối quan hệ giữa năng lượng và môi trường. 1.3.4.2 Ảnh hưởng đối với môi trường - Việc khai thác năng lượng sẽ gây tác động nhiều mặt đến môi trường đất, nước, không khí, thảm thực vật, cư dân bản địa. Việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch làm gia tăng hiệu ứng nhà kính là một trong những nguyên nhân chủ yếu tác động xấu đến môi trường trên Trái đất ở quy mô lớn. Hình 2.12: Vùng rừng keo rộng lớn ở Quảng Khê – Đăk Nông bị dân địa phương chặt đốt để lấy đât canh tác