Năng Lượng Tái Tạo | Công Nghệ Năng Lượng Có Thể Thay Đổi Thế Giới

Năng lượng tái tạo nổi lên như một đề tài mới lạ thu hút được rất nhiều sự quan tâm tại Việt Nam và thế giới hiện nay. Các ngành khoa học nghiên cứu về đề tài này đang xuất hiện ngày càng nhiều. Bên cạnh đó năng lượng tái tạo còn được ứng dụng vô cùng nhiều trong công nghiệp hiện nay. Năng lượng tái tạo đem lại một bước tiến lớn trong ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu. Trong bài viết dưới đây, chúng tôi xin chia sẻ một số thông tin cơ bản về năng lượng tái tạo và tiềm năng phát triển ngành công nghệ này ở Việt Nam.

Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thuỷ triều, sóng và địa nhiệt. Vô hạn ở đây có thể hiểu theo 2 nghĩa khác nhau. Đó có thể là năng lượng tồn tại dư thừa đến mức không thể khai thác hết như năng lượng Mặt Trời. Hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục như năng lượng sinh khối. Quá trình tái tạo diễn ra liên tục trong một thời gian dài trên Trái Đất. (Nguồn: Wikipedia)

Ưu điểm nổi bật của năng lượng tái tạo

Nguồn năng lượng tái sinh có những ưu điểm vượt trội hơn so với năng lượng không tái tạo truyền thống như: than đá, dầu mỏ,…

  • Nguồn năng lượng này có thể tự tái tạo và cung cấp mới cho nhu cầu sử dụng. Đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng bền vững và vô tận cho con người;
  • Có thể sử dụng tại nhiều khu vực, địa hình;
  • Nguồn năng lượng tái sinh vô cùng đa dạng, phong phú;
  • Trong quá trình chuyển hoá năng lượng ít gây hại cho môi trường.

Năng lượng tái tạo mang lại lợi ích về sinh thái cũng như lợi ích gián tiếp cho kinh tế. So với năng lượng truyền thống, năng lượng tái tạo tránh được các hậu quả có hại đến môi trường.

Vai trò của năng lượng tái tạo

Năng lượng xanh đóng vai trò như một nguồn cung cấp năng lượng vô cùng an toàn. Có khoảng 16% lượng điện tiêu thụ toàn cầu là từ các nguồn năng lượng tái tạo. Các nguồn năng lượng tái tạo mới như mặt trời, gió, địa nhiệt, nước đang phát triển nhanh chóng.

Có ít nhất 30 quốc gia trên thế giới đã ứng dụng thành công năng lượng tái tạo. Nguồn năng lượng này cung cấp hơn 20% nhu cầu năng lượng của toàn quốc gia. Ngành công nghiệp năng lượng xanh được dự đoán sẽ có mức tăng trưởng mạnh mẽ trong tương lai. Theo như thống kê, ngành năng lượng gió đang phát triển vô cùng mạnh mẽ với công suất lắp đặt trên toàn cầu đạt mức 282.482 MW đến cuối năm 2012.

Các loại năng lượng tái tạo hiện nay

Các nguồn năng lượng tái sinh tồn tại khắp nơi tại nhiều vùng địa lý khác nhau trên thế giới. Các nguồn năng lượng này hết sức đa dạng như: năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng nước,…

Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời thu được là năng lượng của dòng bức xạ điện từ từ Mặt Trời. Nguồn bức xạ điện từ này từ những phản ứng hạt nhân xảy ra trên bề mặt Mặt Trời. Theo như ước tính của các nhà khoa học, con người có thể sử dụng nguồn năng lượng này trong khoảng 5 tỷ năm nữa, đến khi phản ứng hạt nhân cuối cùng trên Mặt Trời xảy ra.

Nguồn năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất hiện nay. Nó có thể áp dụng ở bất cứ nơi nào có ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên nguồn năng lượng này lại bị giới hạn bởi số giờ chiếu sáng trong ngày. Quá trình tạo năng lượng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết như mưa, bão. Năng lượng mặt trời có thể trực tiếp thu thông qua hiệu ứng quang điện của pin Mặt Trời. Quá trình này diễn ra chuyển năng lượng các photon ánh sáng thành điện năng. Ngoài ra năng lượng từ các photon này có thể sử dụng để chuyển hoá thành nhiệt năng. Có thể sử dụng làm nóng vật thể, sử dụng trong bình nước nóng Mặt Trời.

Năng lượng gió

Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng tái sinh được con người ứng dụng sớm nhất. Việc lợi dụng năng lượng gió để chạy các tàu buồm đã được thực hiện cách nay 7000 năm trên các tàu ở sông Nin.

Ngày nay năng lượng gió đã được áp dụng để sinh ra điện nhờ vào các tuốc bin gió. Ngoài ra năng lượng gió cũng gây ra những chuyển động sóng trên mặt biển. Những chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển.

Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được thu từ nhiệt năng toả ra từ tâm Trái Đất. Năng lượng địa nhiệt đã được ứng dụng từ thời La Mã cổ đại để nung và tắm. Ngày nay nguồn năng lượng này được biết đến nhiều hơn với khả năng tạo ra điện. Tính đến thời điểm 2007 đã có khoảng 10 GW công suất điện địa nhiệt được lắp đặt trên thế giới. Lượng điện này ước tính có thể cung cấp 0,3% nhu cầu điện toàn cầu.

Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế và thân thiện với môi trường. Với tiến bộ của khoa học kỹ thuật việc khai thác nguồn tài nguyên này đang trở nên phổ biến. 24 quốc gia sản xuất tổng cộng 56.786 GWh điện từ năng lượng địa nhiệt trong năm 2005, chiếm 0,3% lượng điện tiêu thụ toàn cầu. Năng suất trung bình toàn cầu đạt 73% trong năm 2005. Năng suất toàn cầu đạt 13.3 GW năm 2016. (Nguồn: Wiki)

Năng lượng nước

Năng lượng nước là một nguồn cung cấp điện lớn cho nhu cầu an ninh năng lượng. Nguồn năng lượng nước có thể được khai thác dưới nhiều hình thức khác nhau.

Năng lượng từ thuỷ điện

Thuỷ điện là hình thức tạo ra nguồn điện từ năng lượng nước. Năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng nước làm quay một tuốc bin nước. Lượng năng lượng tạo ra phụ thuộc vào thể tích nước chảy qua và sự chênh lệch về độ cao giữa nguồn và dòng chảy.

Năng lượng nước được chuyển hoá thành điện năng thông qua các nhà máy thuỷ điện. Các nhà máy thuỷ điện có hồ chứa đem lại khả năng cung cấp điện tuyệt vời ngay cả trong mùa khô.

Năng lượng thuỷ triều

Thuỷ triều là hiện tượng được lý giải bởi lực hấp dẫn của Mặt Trăng lên Trái Đất. Sự chuyển động lên xuống của nước biển có thể làm chuyển động các máy phát điện trong các nhà máy điện thuỷ triều.

Năng lượng sinh học

Năng lượng sinh học là dạng năng lượng được tạo ra từ sinh vật sống. Năng lượng này tồn tại trong tự nhiên và đã sớm được con người phát hiện và khai thác.

Năng lượng sinh khối

Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sinh vật sống, đa số là các cây trồng hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. Năng lượng sinh khối có thể dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh học. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, và chuyển đổi sinh hóa.

Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật. Có thể kế đến như chất béo của động thực vật, ngũ cốc, chất thải trong nông nghiệp, sản phẩm thải trong công nghiệp,…

Trước kia, nhiên liệu sinh học hầu như không được chú trọng. Nguồn năng lượng này được biết đến như một loại nhiên liệu thay thế phụ. Tuy nhiên, sau tình trạng khủng hoảng nhiên liệu ở quy mô toàn cầu, nhiên liệu sinh học bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn.

Công nghệ năng lượng tái tạo

Hiện nay, sự phát triển của công nghệ năng lượng đã đạt được nhiều thành tựu đáng chú ý. Các ứng dụng của năng lượng tái sinh đang xuất hiện ngày càng nhiều trong cuộc sống hiện đại.

Công nghệ năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời được biết đến như một dạng năng lượng đa năng nhất. Hiện nay có rất nhiều công nghệ năng lượng mặt trời tiên tiến được sử dụng. Một số công nghệ hiện đại có thể kể đến như:

  • Chảo gương mặt trời: Chảo mặt trời được bao phủ bởi nhiều lớp gương giúp hướng tia nắng quy tụ vào một vùng nhỏ nhất định. Cấu trúc lõm của lòng chảo cho phép thu hầu hết tia nắng từ mặt trời xuyên suốt ngày. Thiết kế hình lõm này được đánh giá là hiệu quả hơn nhiều so với hệ thống pin. Hệ thống có thể chuyển hoá lên đến 80% năng lượng mặt trời.
  • Hệ thống điện năng lượng mặt trời: Hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm tấm pin năng lượng mặt trời và hộp điều khiển. Một số hệ thống có thể có thêm ắc quy dự trữ.
  • Năng lượng mặt trời còn được tận dụng như một nguồn cung cấp nhiệt năng. Nhiệt năng từ năng lượng mặt trời đã được khai thác từ rất lâu để phơi sấy, sưởi ấm một cách tự nhiên. Ngày nay, năng lượng mặt trời được tận dụng để cung cấp nhiệt năng cho nước sinh hoạt bằng hệ thống bình nước nóng năng lượng mặt trời…
  • Ngoài ra hiện nay năng lượng mặt trời còn được sử dụng trong các phương tiện di chuyển. Có thể kể đến rất nhiều phương tiện sử dụng năng lượng mặt trời như: ô tô, bus, máy bay,…

Điện năng lượng mặt trời

Điện năng lượng mặt trời được tạo ra từ việc chuyển đổi quang năng thành điện thông qua phản ứng quang điện. Bằng cách sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời, ánh sáng mặt trời được hấp thu và chuyển hoá. Ngày nay pin năng lượng mặt trời được sản xuất từ chất liệu bán dẫn silicon giúp nâng mức hiệu suất chuyển đổi lên 16 – 25%. Trong tương lai, công nghệ pin mặt trời sẽ tiếp tục được phát triển để khai thác hiệu quả hơn.

Lợi ích điện năng lượng mặt trời

  • Điện năng lượng mặt trời là một xu hướng năng lượng xanh. Nguồn năng lượng này vô cùng thân thiện với môi trường và an toàn với người sử dụng.
  • Bằng việc sử dụng nguồn điện năng lượng mặt trời, chủ đầu tư có thể tiết kiệm điện năng tiêu thụ từ lưới điện quốc gia. Ngoài ra, nguồn điện năng lượng mặt trời sản xuất thừa có thể hoà vào điện lưới quốc gia. Từ đó, giảm tải cho hệ thống điện quốc gia.

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

Hệ thống điện năng lượng mặt trời được cấu tạo từ các tấm pin mặt trời (pin quang điện). Các tấm pin năng lượng mặt trời đóng vai trò hấp thụ ánh nắng mặt trời, giúp chuyển hóa quang năng thành điện năng. Hệ thống điện mặt trời sẽ chuyển hóa nguồn điện một chiều (DC) thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ chuyển đổi điện. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hệ thống điện năng lượng mặt trời khác nhau phù hợp với đa dạng phân khúc khách hàng.

  • Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập không phụ thuộc vào điện lưới. Hệ thống biến quang năng thành nguồn điện qua các tấm pin mặt trời và cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ điện.
  • Hệ thống điện năng lượng mặt trời hoà lưới: Hệ thống điện mặt trời hoà lưới có lưu trữ sử dụng điện mặt trời hòa vào điện lưới tạo thành hai dòng điện song song cung cấp cho tải tiêu thụ. Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có dự trữ mang lại những ưu điểm tuyệt vời khi sử dụng. 

Công nghệ năng lượng gió

Gió là một nguồn năng lượng có khả năng tái tạo. Trong quá trình sử dụng không tạo ra các chất thải độc hại như nhiên liệu hóa thạch. Năng lượng gió được đánh giá mang lại hiệu quả cao nhất. Các turbine gió hiện đại ngày càng  được cải tiến hoạt động hiệu quả hơn. Quy mô công suất lên nhiều megawatt (MW) theo thời gian. Các turbine gió được lắp đặt trong năm 2016 đã sở hữu công suất trung bình là 2,15 MW. Nguồn năng lượng này được mong chờ có thể trở thành một trong những nguồn năng lượng chính cho các thế hệ tương lai.

Lợi ích của năng lượng gió

  • Năng lượng gió là lựa chọn một thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng. Nó không gây ô nhiễm môi trường như việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch.
  • Chỉ cần một diện tích nhỏ để xây dựng một nhà máy điện sử dụng năng lượng gió.
  • Một trong những lợi thế lớn nhất của năng lượng gió so với các nguồn năng lượng khác là hiệu quả về mặt chi phí. Chi phí lắp đặt một tuabin gió là thấp hơn so với một nhà máy nhiệt điện hay nhà máy thuỷ điện.

Công nghệ năng lượng địa nhiệt

Hiện nay có 3 mô hình nhà máy nhiệt điện: nhà máy phát điện trực tiếp; nhà máy sản xuất điện gián tiếp và nhà máy sản xuất điện hỗn hợp.

  • Trong mô hình trực tiếp: hơi nóng với áp suất cao thổi trực tiếp làm quay tuốc bin để sinh ra điện. Đây là kiểu nhà máy điện địa nhiệt lâu đời nhất, lần đầu tiên được thử nghiệm ở Italia năm 1904, và vẫn được ứng dụng cho đến nay.
  • Trong mô hình gián tiếp: nước “siêu lỏng” từ tầng nước nóng bên dưới được đưa lên mặt đất và được giữ ở độ nóng trên 182 độ C. Tại buồng hơi hỗn hợp nước nóng và hơi nước được chuyển đổi thành hơi nước. Hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay tuốc bin phát điện.
  • Mô hình hỗn hợp: sử dụng nước nóng có nhiệt độ thấp hơn 200 độ C. Nước nóng dưới lòng đất được đưa lên ở dạng “siêu lỏng”, có nhiệt độ sôi thấp, được đưa qua buồng trao đổi nhiệt. Nhiệt năng của nước địa nhiệt làm nước trong buồng trao đổi nhiệt bốc hơi, và hơi nước ở áp suất cao sẽ làm quay turbine điện.

Xu hướng khai thác năng lượng địa nhiệt trên thế giới

Năng lượng địa nhiệt đã được khai thác và sử dụng từ rất sớm. Những năm đầu thế kỷ 20 địa nhiệt được sử dụng cho mục đích sưởi ấm, sấy nông sản, tắm thư giãn,… Từ đó đến nay việc nghiên cứu và phát triển công nghệ khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt ngày càng phát triển. Các nhà máy sản xuất điện từ địa nhiệt đã được xây dựng tương đối phổ biến tại nhiều quốc gia như Mỹ, Trung Quốc, Pháp, New Zealand, Nhật, Philippines, Canada, Úc… Công nghệ năng lượng nước

Thủy điện là việc lợi dụng năng lượng dòng nước để sản xuất điện năng. Hiện nay khai thác năng lượng thuỷ điện chủ yếu dựa vào sự chênh lệch thế năng của nước. Thế năng này được tích tại các đập nước làm quay turbine nước và máy phát điện. Một phương thức ít được khai thác hơn đó là dạng năng lượng thuỷ triều.

Tương lai ngành công nghệ năng lượng tái tạo

Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên thế giới. Ngược lại với các nguồn năng lượng khác như năng lượng hoá thạch trữ lượng chỉ phân bố chủ yếu ở một số quốc gia. Việc đưa vào sử dụng năng lượng tái tạo có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng. Điều nay giúp giảm thiểu biến đổi khí hậu, và có lợi ích về kinh tế. Các cuộc khảo sát ý kiến đều cho thấy sự ủng hộ mạnh mẽ việc phát triển và sử dụng những nguồn năng lượng tái tạo.

Tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia trong khu vực có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng tái tạo. Dựa vào vị trí địa lý cũng như địa hình của quốc gia, ngành công nghiệp năng lượng hứa hẹn sẽ phát triển trong tương lai.

Tiềm năng phát triển năng lượng gió

Với đường bờ biển dài hơn 3.000 km, địa hình đa dạng đồi núi. Việt Nam có tiềm năng rất lớn trong việc phát triển điện gió. Theo nghiên cứu ESMAP của World Bank:

  • Hơn 39% diện tích khu vực của Việt Nam có tốc độ gió trung bình hơn 6 m/s ở độ cao 65m.
  • Tương đương tổng công suất là 512 GW.
  • Ngoài ra, khoảng 8% diện tích đất liền có tốc độ gió trung bình hằng năm hơn 7 m/s, tương đương tổng công suất 110 GW.

Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời

Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng mặt trời, đặc biệt là ở miền Trung và miền Nam. Số giờ nắng trung bình khu vực phía Bắc trong khoảng từ 1.500 – 1.700 giờ nắng mỗi năm. Khu vực miền Trung và miền Nam có số giờ nắng trung bình hằng năm cao hơn, từ 2.000 – 2.600 giờ/năm. Với số giờ nắng như vậy, tiềm năng phát triển ngành năng lượng mặt trời tại Việt Nam vô cùng hứa hẹn.

Tiềm năng phát triển thuỷ điện

Việt Nam có tiềm năng khai thác công suất cho thủy điện khoảng 25.000 – 38.000 MW. Việt nam đã khai khác gần hết thủy điện lớn có công suất trên 100 MW. Vì vậy, nước ta tập trung vào phát triển thủy điện nhỏ. Cả nước đã phát hiện hơn 1.000 địa điểm có tiềm năng xây dựng các dự án thủy điện nhỏ. Dao động từ 30 – 100 MW, tổng công suất đạt hơn 7.000 MW. Tập trung chủ yếu ở vùng núi phía bắc, bờ biển Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.

Tiềm năng phát triển năng lượng sinh khối

Là đất nước có nền nông nghiệp phát triển, Việt Nam có rất nhiều tiềm năng trong khai thác nguồn năng lượng sinh khối. Một số dạng sinh khối phổ biến: gỗ, phụ phẩm từ cây trồng, chất thải chăn nuôi… Có thể sử dụng bằng cách đốt trực tiếp, hoặc tạo thành viên nhiên liệu sinh học. Tính đến tháng 11/2018, tại Việt Nam ghi nhận có 38 nhà máy đường đã sản xuất thành công điện và nhiệt với tổng công suất khoảng 352 MW.

Những thành tựu về năng lượng tái tạo

Công nghệ năng lượng tái tạo trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã đạt được những thành công vượt bậc.

Công nghệ năng lượng gió thế hệ mới

Nghiên cứu của Văn phòng công nghệ năng lượng gió Mỹ (WETO) đã không ngừng nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng gió. Kết quả đã làm tăng hiệu quả thu năng lượng gió lên đến 12%. Mỹ đã sản xuất thành công cánh quạt Sweep Twist Adaptive Rotor (STAR). STAR có một đầu hơi cong, không giống như phần lớn cánh quạt khác đang sử dụng. Với thiết kế đặc biệt giúp tận dụng tối đa mọi tốc độ gió ngay cả trong trường hợp tốc độ gió chậm.

Hoàn thiện công nghệ năng lượng sóng

Năm 2015 đánh dấu sự hoàn thiện của dự án năng lượng sóng đầu tiên trên thế giới. Do công ty Carnegie Wave Energy phụ trách ở ngoài khơi vùng biển Australia. Hệ thống năng lượng độc đáo này cho phép cung cấp điện năng cho các thiết bị hoạt động dưới đáy biển. Nơi nó không bị ảnh hưởng từ những cơn bão lớn và có thể cung cấp điện năng cho khoảng 2.000 căn hộ.

Năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Tính đến năm 2015, tổng công suất toàn thủy điện nhỏ rơi vào khoảng 2.300 MW. Cuối năm 2018, cả nước ta có khoảng 23.182 MW. 

Năm 2017, điện gió Hướng Linh 2 (30 MW) ở tỉnh Quảng Trị đã được đóng lưới thành công. Tính đến cuối năm 2018, tổng công suất điện gió đã được lắp đặt ở Việt Nam đạt 228 MW. Dự án tổ hợp Trung Nam nằm ở Bình Thuận đã được khánh thành vào tháng 4/2019. Bao gồm 40 MW trang trại điện gió và 204 MW điện mặt trời.

Nửa đầu năm 2018, ghi nhận có 272 dự án điện mặt trời được đăng kí với tổng công suất là 17.500 MW. Con số này lớn gấp 9 lần thủy điện Hòa Bình và 7 lần thủy điện Sơn La.

Trên đây là bài viết tổng quát và phân tích tóm lược các nội dung xoay quanh năng lượng tái tạo. Đội ngũ biên tập tại Nef Digital dựa trên sự hiểu biết và kinh nghiệm chuyên môn. Hy vọng bài viết đã cung cấp đầy đủ các thông tin bạn quan tâm.

Trân trọng cảm ơn!