Đề tài Công nghệ xanh, năng lượng sạch: gió, thủy điện, mặt trời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG MÔN MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI -------*------- BÁO CÁO BÀI THUYẾT TRÌNH ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ XANH, NĂNG LƯỢNG SẠCH: GIÓ, THỦY ĐIỆN, MẶT TRỜI GVGD: TS. Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Khoa: Kỹ Thuật Xây Dựng Lớp: XD12VL2 Nhóm: 11 Tp.HCM, tháng 11 năm 2013 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 2 Khoa: Kỹ Thuật Xây Dựng Lớp: XD12VL2 Nhóm: 11 Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Hồ Thụy Bảo Anh 81200046 2. Phan Anh Duy 81200570 3. Nguyễn Hữu Đức 81200839 4. Huỳnh Công Hậu 81201035 5. Phạm Ngọc Hưng 81201513 6. Trần Thành Hiệp 81201167 7. Võ Thanh Long 81201995 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 3 ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ XANH, NĂNG LƯỢNG SẠCH: GIÓ, THỦY ĐIỆN, MẶT TRỜI Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 4 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 .MỞ ĐẦU .............................................................................................. 6 1.1. Công nghệ xanh: ................................................................................................. 6 1.1.1. Giới thiệu chung:.............................................................................................. 6 1.1.2. Định nghĩa: ....................................................................................................... 6 1.2. Năng lượng sạch:................................................................................................. 7 CHƯƠNG 2. NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH ...................................................... 10 2.1. Gió: .................................................................................................................... 10 2.1.1. Sự hình thành năng lượng gió: ...................................................................... 10 2.1.2. Tình hình năng lượng gió trên thế giới: ........................................................ 10 2.1.3. Lợi ích và hạn chế của việc lắp đặt năng lượng gió: ..................................... 11 2.1.4. Năng lượng gió ở Việt Nam: .......................................................................... 13 2.2. Mặt trời: ............................................................................................................ 15 2.2.1. Năng lượng mặt trời: ..................................................................................... 15 2.2.2. Ứng dụng từ năng lượng mặt trời: ................................................................ 15 2.2.3. Lợi ích và nhược điểm của các hệ thống năng lượng mặt trời: ................... 17 2.2.4. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam: ................................................................. 19 2.3. Thủy điện: ......................................................................................................... 20 2.3.1. Năng lượng thủy điện: ................................................................................... 20 2.3.2. Lợi ích và tác hại của thủy điện: ................................................................... 21 2.3.2. Thủy điện tại Việt Nam: ................................................................................ 23 CHƯƠNG 3. TỔNG KẾT ....................................................................................... 24 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 25 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 5 DANH MỤC HÌNH, BẢNG Hình 1.1. Một bãi turbine nhỏ tại Normandie, Pháp ............................................... 8 Hình 2.1. Công xuất điện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008................... 11 Hình 2.2. Sự phát triển của công xuật điện gió trên thế giới theo khu vực ........... 11 Hình 2.3. Các trụ điện gió thuộc Nhà máy điện gió Tuy Phong (Bình Thuận) ..... 13 Hình 2.4. Tiềm năng gió ở Biển Đông ..................................................................... 14 Hình 2.5.Bếp năng lượng mặt trời cho người nghèo .............................................. 20 Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 6 CHƯƠNG 1 .MỞ ĐẦU 1.1. Công nghệ xanh: 1.1.1. Giới thiệu chung: Trong vòng vài thập niên trở lại đây, ở các quốc gia hậu kỹ nghệ, phong trào Công nghệ Xanh (Green Technology) đã được các nhà khoa học đưa lên hàng đầu trong việc giải quyết ô nhiễm và bảo vệ môi trường. Mục tiêu này do Hội Đồng LHQ về Môi sinh và Phát triển đề ra qua Nghị trình 21 là: Tạo dựng tăng trưởng kỹ nghệ, Cân bằng môi sinh, và Tiến bộ xã hội. Đây là ba nguyên căn bản để có thể xây dựng được một sự phát triển bền vững cho toàn cầu. Một trong những biện pháp để tiến tới mục tiêu trên là làm thế nào để phòng ngừa ô nhiễm và kiểm soát việc sử dụng năng lượng. Từ suy nghĩ này, phong trào công nghệ xanh ngày càng phát triển mạnh và được xem như là một biện pháp hữu hiệu nhất hiện tại để giải quyết các vấn nạn môi trường. Tuỳ theo ngành nghề khác nhau, công nghệ xanh có thể chia ra thành nhiều phân nhánh như: hoá học xanh (Green chemical), điện tử xanh (Green computing) v.v… Hàng năm có rất nhiều Hội nghị ở cấp quốc gia và quốc tế về vấn đề trên qua những chương trình kỹ thuật nhất là ở các đại hội của Hội Hóa học Hoa Kỳ (American Chemical Society – ACS). Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều Viện hay Trung tâm nghiên cứu đã được thành hình ở Anh Quốc, Ý, Nhật Bổn, Hoa Kỳ, và Úc Châu. 1.1.2. Định nghĩa: Danh từ “công nghệ” (technology) dùng để chỉ sự áp dụng các kiến thức khoa học vào trong thực tế của đời sống. Công nghệ xanh là một khái niệm mới của con Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 7 người trước nguy cơ ô nhiễm toàn cầu. Đây là một nỗi ưu tư lớn của những nhà làm khoa học chân chính nhằm mục đích cổ suý việc tạo dựng và tiêu dùng năng lượng qua chiều hướng phát thải phế thải không độc hại hay ít độc hại ngõ hầu hạn chế được vấn nạn hâm nóng toàn cầu hiện tại. Từ suy nghĩ đó, họ luôn luôn nghĩ đến phương cách, quy trình mới, sáng tạo và cải tiến các công nghệ cũ trở thành công nghệ xanh để bảo vệ môi trường chung cho thế giới. Mục tiêu của chiều hướng giải quyết vần đề qua khái niệm công nghệ xanh gồm nhiều lãnh vực căn bản liệt kê như sau: - Phát triển bền vững bằng những công nghệ thân thiện với môi trường (friendly), không làm tổn hại đến nguồn tài nguyên thiên nhiên hay ảnh hưởng nguy hại đến những thế hệ tương lai. - Tạo dựng một chu trình kín trong sản xuất, nghĩa là phế phẩm của một quy trình sẽ là nguyên liệu của một quy trình sản xuất khác. - Giảm thiểu tối đa phế thải độc hại và tăng cường khả năng tái tạo sản phẩm cũ thành nguyên liệu mới. - Trong nông nghiệp, sáng tạo công nghệ mới thay vì sư dụng phân bón và hoá chất. - Một trong những lãnh vực quan trọng nhất cần phải nêu ra là lãnh vực năng lượng. Công nghệ xanh đòi hỏi cần phải sử dụng năng lượng hợp lý hoặc giảm thiểu hầu bảo vệ mội trường thiên nhiên. - Hóa học xanh cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào việc giải quyết công nghệ xanh. 1.2. Năng lượng sạch: Là nguồn năng lượng không có chất thải hoặc có chất thải nhưng không gây ô nhiễm bầu không khí và ô nhiễm nguồn nước hoặc không ảnh hưởng tới môi trường sống của con người và hệ sinh thái. Ví dụ như điện, gió, năng lượng mặt trời là những nguồn năng lượng sạch. 9 nguồn năng lượng sạch dùng cho tương lai: Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 8 Hình 1.1. Một bãi turbine nhỏ 1. Pin nhiên liệu: Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát ra khi thải CO2 (các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác. 2. Năng lượng mặt trời: Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước). 3. Năng lượng từ đại dương: Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích biển lớn. Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện. Nguồn điện sản xuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v… 4. Năng lượng gió: Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong phú và có ở mọi nơi. Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện. 5. Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe: Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 9 Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên là Someya Shoten Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm xà phòng, phân bón và dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật). 6. Năng lượng từ tuyết: Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành công trong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở những tòa nhà khi thời tiết nóng bức. 7. Năng lượng từ sự lên men sinh học: Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinh hoạt. 8. Nguồn năng lượng địa nhiệt: Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa. Nguồn năng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâu dưới lòng đất để chạy turbin điện. 9. Khí Mêtan hydrate: Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất, có màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và được người ta gọi là “nước đá có thể bốc cháy” và là nguồn nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất tốt. Năng lượng hạt nhân không phải là giải pháp cho nguồn năng lượng sạch Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 10 CHƯƠNG 2. NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH 2.1. Gió: 2.1.1. Sự hình thành năng lượng gió: Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại. Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại. 2.1.2. Tình hình năng lượng gió trên thế giới: Nhận thức được tầm quan trọng của năng lượng tái sinh nói chung và năng lượng gió nói riêng, chính phủ của nhiều quốc gia trên thế giới đang dốc tiền của, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 11 Hình 2.1. Công xuất điện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008 Hình 2.2. Sự phát triển của công xuật điện gió trên thế giới theo khu vực nhân lực vào việc nghiên cứu và đưa vào sử dụng thực tiễn năng lượng gió, giúp giảm sự căng thẳng năng lượng ở các nước. Theo thống kê trên thế giới, Đức, Tây Ban Nha, Hoa Kỳ, Đan Mạch và Ấn Độ là những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới. 2.1.3. Lợi ích và hạn chế của việc lắp đặt năng lượng gió: Lợi ích: Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 12 Đánh giá đúng mực về năng lượng gió, chúng ta có thể rút ra được mấy ưu điểm sau của năng lượng gió mà các nguồn năng lượng khác khó có được: - Tận dụng được các đồi trọc để xây các tuốc bin gió. - Ảnh hưởng đến đất canh tác không đáng kể. - Ảnh hưởng của thiên nhiên nơi đặt các tuốc bin gió không đáng kể nếu so sánh với nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân… - Là nguồn năng lượng sạch và vô tận đối với thiên nhiên. Điều đó là điều tiên quyết đem lại lợi thế của năng lượng gió so với các nguồn năng lượng hóa thạch vốn có hạn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.Với việc công nghệ ngày càng tiến bộ, và việc sử dụng năng lượng gió ngày càng phổ biến hơn thì giá thành của năng lượng gió ngày càng rẻ cộng với xu hướng ngày càng tăng lên của các nguồn năng lượng hóa thạch phổ biến thì đây cũng là một lợi ích to lớn của năng lượng gió. Nhưng không phải năng lượng gió không có những mặt hạn chế của nó. Từ tiềm năng đến việc cụ thể thành sản phẩm là một quá trình mà nếu ta không đánh giá một cách toàn diện các mặt thì khó có thể biến tiềm năng trở thành hiện thực được. Những hạn chế của năng lượng gió: - Phụ thuộc hoàn toàn vào thiên nhiên, nên việc khảo sát từng vùng, lập những bản đồ gió chi tiết là một điều cực kỳ quan trọng để đem lại hiệu quả cho năng lượng gió. - Có thể làm thay đổi dòng không khí làm ảnh hưởng đến các loài chim di trú. - Thay đổi hoặc làm phá vỡ cảnh quan của vùng lắp đặt điện gió - Tiếng ồn có thể ảnh hưởng đến các loài động vật hoặc con người sống gần nơi đặt các trạm năng lượng gió. - Có thể ảnh hưởng đến các trạm thu phát sóng điện thoại, truyền hình… Đó là một số mặt hạn chế của năng lượng gió, nhưng cơ bản thì các hạn chế này rất nhỏ so với các hạn chế của các nguồn năng lượng hóa thạch. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 13 2.1.4. Năng lượng gió ở Việt Nam: Tiềm năng gió của Việt Nam rất lớn, vì thế việc nghiên cứu phát triển năng lượng gió là một công việc cần thiết. Sự nghiên cứu triển khai năng lượng gió ở Việt Nam đã đi những bước đầu tiên. Nhưng cơ bản sự phát triển năng lượng gió trong nước còn nhỏ lẻ, còn khá khiêm tốn so với tiềm năng to lớn của Việt Nam. Hiện tại Việt Nam có tất cả 20 dự án diện gió với dự kiến sản xụất 20 GW. Nguồn điện gió này sẽ kết nối với hệ thống điện lưới quốc gia và sẽ được phân phối và quản lý bởi Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam. Trong tháng 4 năm 2004, Việt Nam đã lắp đặt trạm năng lượng gió công suất 858KW trên đảo Bạch Long Vĩ do chính phù tài trợ và các tổ máy được chế tạo bởi hãng Technology SA (Tây Ban Nha). Ngoài ra Trung Tâm Năng Lượng Tái Tạo và Thiết Bị Nhiệt (RECTARE) Đại học Bách Khoa tp Hồ Chí Minh đã lắp đặt trên 800 tuốc bin gió trong hơn 40 tỉnh thành với sự tài trợ của Hiệp hội Việt Nam – Thụy Sĩ tập trung nhiều nhất gần Nha Trang, trong đó có gần 140 tuốc bin gió đã hoạt động. Ở Cần Giờ thành phố Hồ Chí Minh với sự hỗ trợ của Pháp cũng đã lắp đặt được 50 tuốc bin gió. Tuy nhiên những tuốc bin gió trên đều có công suất nhỏ khoảng vài KW mức độ thành công không cao vì không được bảo dưỡng thường xuyên theo đúng yêu cầu. Thế giới tiến tới những nguồn năng lượng tái tạo đó là một xu thế không thể thay đổi, với xu thế đó Việt Nam đang có những bước chuyển mình để phù hợp, thích Hình 2.3. Các trụ điện gió thuộc Nhà máy điện gió Tuy Phong (Bình Thuận) Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 14 Hình 2.4. Tiềm năng gió ở Biển Đông nghi cho dù còn chưa nhanh và mạnh nhưng đó là một công việc cần làm và cần đẩy mạnh nhiều hơn nữa. Xét trên nhiều khía cạnh việc phát triển năng lượng gió là một công việc đúng đắn và hợp lý. Nó giải quyết nhanh chóng vấn đề năng lượng trong thời gian ngắn và về lâu dài nó cũng đóng góp không nhỏ cho nguồn năng lượng quốc gia nhất là ở Việt Nam với tiềm năng về năng lượng gió thuộc vào hàng lớn nhất trên thế giới. Theo báo cáo của Tập Đoàn 3TIER Group thì trong năm 2008, với các tuốc bin có độ cao 80m so với mặt nước biển, miền Trung Việt Nam là nơi có tiềm năng công suất về năng lượng gió lớn nhất trên thế giới (Hình 4). Miền Trung Việt Nam được dự báo có khả năng sản xuất 5000 tỉ KWh mỗi năm. Với con số đó, Việt Nam có khả năng chu cấp năng lượng cho toàn bộ nhu cầu trong nước và các nước lân cận. Nhìn vào biểu đồ biểu thị sức gió trên ta thấy Nam Trung Bộ của Việt Nam là một nơi lý tưởng để lắp đặt các trạm năng lượng gió với tốc độ gió trung bình vào khoảng 10m/s. Những khó khăn trong việc phát triển điện gió ở Việt Nam: - Tài liệu thông tin và dữ liệu không đầy đủ về địa lý, tốc độ gió tại nhiều vùng trong nước. - Thiếu nguồn đầu tư. - Chính sách/ kế họach và các quy định trợ giá về điện gió của những cơ quan liên hệ trong chính phủ không rõ rệt. - Thiếu hạ tầng cơ sở và kỹ thuật. Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 15 - Mức thu nhập và trình độ của người dân nói chung còn thấp. - Thiếu sự hợp tác quốc tế. 2.2. Mặt trời: 2.2.1. Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời đã được con người khai thác ngay từ thời cổ đại. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên trái đất. Chỉ một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng. Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Ngày nay, con người đã sử dụng loại điện năng này để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, bình nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời... Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt trời có 2 hình thức hoạt động, hoặc thụ động, hoặc chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Còn kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc ánh sáng phân tán và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên trong ngôi nhà đó để khai thác một cách hiệu quả lượng nhiệt thu được từ mặt trời. 2.2.2. Ứng dụng từ năng lượng mặt trời: a. Nhiệt mặt trời: Nước nóng Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóng nước. Trong vĩ độ địa lý thấp (dưới 40 độ) 60-70% sử dụng nước nóng với nhiệt độ lên đến 60°C có thể được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm mặt trời. Các loại phổ Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 16 biến nhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời được sơ tán thu ống (44%) và thu gom tấm kính phẳng (34%) thường được sử dụng nước nóng trong nước; và các nhà sưu tập không tráng nhựa (21%) sử dụng chủ yếu để làm nóng bể bơi.[15] Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió Tại Hoa Kỳ, hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm 30% (4,65 EJ) năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà thương mại và gần 50% (10,1 EJ) năng lượng sử dụng trong các tòa nhà dân cư. Công nghệ sưởi ấm, làm mát và thông gió năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp một phần năng lượng này. Xử lí nước Chưng cất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm cho mặn hoặc nước lợ uống được Nấu ăn Bếp năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để nấu nướng, làm khô và khử trùng. Chúng có thể được nhóm lại thành ba loại lớn: bếp hộp, bếp tấm và bếp phản xạ. b. Điện mặt trời: Điện mặt trời tập trung Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một