tiểu luận năng lượng biển, thủy điện, địa nhiệt

Thuận lợi So với một số nguồn năng lượng khác, chi phí cho thuỷ điện nhỏ không cao, nhưng lại đáp ứng được nhu cầu sử dụng điện gia đình của bà con vùng cao.. Tiềm năng phát triển và bảo

I Năng lượng từ nước lục địa

* Đặc điểm

Nước là tài nguyên quan trọng nhất của con người và sinh vật Nước tham gia vào tất

cả các chu trình sống của từ cấu tạo cơ thể đến các quá trình trao đổi chất giữa cơ thể sống và môi trường bên ngoài Không những thế nước còn là chất mang năng lượng, chất mang vật liệu và điều hoà khí hậu Có thể nói sự sống phụ thuộc hoàn toàn vào nước

Nước phân bố ở khắp nơi trên Trái Đất Nhiều nhất là nước đại dương (khoảng 97%), nước ngọt giữ vị trí vô còng quan trọng trên đất liền nhưng chỉ chiếm phần rất nhỏ Nước mang năng lượng, một đặc trưng quan trọng rất có ích cho con người Có lẽ năng lượng lớn nhất mà nước có thể mang lại tồn tại ở trong dòng chảy Các sông, suối là những khu vực mang lại nhiều lợi ích năng lượng cho con người

Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát điện của các công trình thuỷ điện Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước

Việc sử dụng năng lượng các dòng sông nhỏ đã phát triển rộng rãi ở Nga vào thế kỷ XIX và nửa đầu thế kỷ XX Theo các đánh giá hiện nay, ở thế kỷ XIX đã có tới 65.000 cối xay nước hoạt động ở Nga, còn số lượng trạm thuỷ điện nhỏ ở Liên Xô sau thế chiến thứ hai ước tính tới 6.500 đơn vị

1.1 Thuỷ điện nhỏ

Từ lâu, thuỷ điện nhỏ đã được sử dụng nhằm giải quyết nhu cầu năng lượng ở quy mô gia đình và cộng đồng nhỏ, chủ yếu là vùng trung du miền núi Thuỷ điện nhỏ có sức cạnh tranh so với các nguồn năng lượng khác do điện từ đó có giá thành cạnh tranh, trung bình khoảng 4 cent (600 đồng)/KWh Ước tính Việt Nam có khoảng 480 trạm thuỷ điện nhỏ với tổng công suất lắp đặt là 300MW, phục vụ hơn 1 triệu người tại 20 tỉnh Trong số 113 trạm thuỷ điện nhỏ, công suất từ 100KW-10MW, chỉ còn 44 trạm đang hoạt động Con số 300MW quả là quá nhỏ bé so với tiềm năng của thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam là 2.000MW, tương đương với công suất của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

Thuận lợi

So với một số nguồn năng lượng khác, chi phí cho thuỷ điện nhỏ không cao, nhưng lại đáp ứng được nhu cầu sử dụng điện gia đình của bà con vùng cao Dùng thuỷ điện nhỏ vừa thuận tiện, vừa không gây ô nhiễm môi trường, người dân cũng đã quen với cách sử dụng này

Địa hình của nước ta rất thuận lợi cho việc phát triển thuỷ điện nhỏ Theo ước tính của Viện Năng lượng, hệ thống sông ngòi Việt Nam có tiềm năng trên lý thuyết khoảng 300 tỉ kW/h Trong khi đó, tiềm năng kinh tế kỹ thuật có thể khai thác được ước tính vào khoảng 80

tỷ kW/h, hiện mới chỉ được khai thác khoảng 15%, mà hầu hết là ở các nhà máy thuỷ điện lớn như: Hoà Bình, Thác Bà… Còn về thuỷ điện nhỏ, thì mới có gần 500 trạm, với công suất 100

- 10.000kW/trạm; loại thuỷ điện nhỏ có công suất 5 -100kW/trạm có khoảng 2.500 địa

điểm… (Nguồn: www.hiendaihoa.com.)

Từ lâu, Trung Quốc là nước đã phát triển mạnh nhất chương trình thuỷ điện nhỏ Cách dây 10 năm đã thiết lập gần 50.000 nhà máy này mà 85% là do các làng trực tiếp quản ly Trên 90 triệu dân có điện cũng nhờ năng lượng này Năm 1993, Trung Quốc đã chiếm 50% tỉ

lệ thuỷ điện nhỏ thế giới (80 tỉ kWh/năm)

Khó khăn:

Trước tiên là về điều kiện tự nhiên, nguồn nước thuận lợi để sử dụng thuỷ điện nhỏ chỉ được 8 - 9 tháng/năm (ở Việt Nam), còn lại là mùa lũ nước dâng ngập cả máy, thậm chí máy còn bị cuốn trôi, nếu không tháo về kịp …

Ngay cả khâu quản lý thuỷ điện nhỏ cũng còn tồn tại nhiều bất cập Hầu hết các trạm thuỷ điện nhỏ hiện nay là do địa phương tự đầu tư, quản lý và vận hành, các tổ máy thuỷ điện cực nhỏ do các hộ gia đình tự đầu tư và quản lý Vì vậy, đã xảy ra tình trạng chung là hỏng hóc nhiều không xử lý kịp, đành bỏ đi… Tình trạng đáng lo ngại nhất là, nhiều hộ gia đình tự mua máy về lắp đặt, hiểu biết về an toàn điện chưa có, cột điện dựng nghiêng ngả tạm bợ, phần đông sử dụng dây trần để kéo điện nên nguy cơ bị điện giật có thể xảy ra bất cứ lúc nào

Tiềm năng phát triển và bảo tồn nguồn năng lượng:

Nguồn năng lượng này xuất phát từ môi trường bên ngoài là trong môi trường nước suối, sông thông qua dòng chảy được chuyển hoá thành điện năng đi vào hệ xã hội Từ đó nó

có thể được con người chuyển thành nhiều dạng năng lượng khác như quang năng (khi dùng điện năng để tháp sáng) … Cũng như dòng năng lượng trong hệ sinh thái tự nhiên, dòng năng lượng này cũng là dòng hở vì nó không quay lại dạng năng lượng ban đầu (trong dòng chảy)

Nó được chuyển thành các dạng năng lượng khác trong hệ sinh thái trung du, miền núi Ví dụ như khi chuyển thành quang năng tháp sáng sẽ toả ra không gian bên ngoài Điện dùng để đun nước sẽ chuyển thành dạng nhiệt năn Nhiệt năng cũng chuyển hoá thành nhiều dạng năng lượng khác trong hệ sinh thái đó Tuy nhiên nước vẫn là tài nguyên tái tạo và phong phú

Trong hệ sinh thai như vậy, đặc biệt là hệ sinh thái miền núi thì khai thác năng lượng thuỷ điện nhỏ này có tiềm năng phát triển Nhu cầu điện sử dụng trong hệ xã hội là vô cùng lớn; trong khi đó năng lượng điện hiện nay chưa đáp ứng đủ nhu cầu của nhân dân Đã nhiều năm nay, việc cắt giảm điện năng sinh hoạt ở khu vực nông thôn vào mùa khô, vào giời cao điểm khi mực nước xuống thấp là rất phổ biến Hơn nữa, nguồn điện lưới quốc gia vẫn chưa đáp ứng đủ cho hẹ sinh thái miền núi, nông thôn thì việc phát triển thuỷ điện nhỏ là rất phù hợp

Ở những vùng này, tiềm năng năng lượng dòng chảy suối, sông lại rất thích hợp cho phát triển thuỷ điện nhỏ đáp ứng nhu cầu của người dân Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, việc phát triển thuỷ điện nhỏ có thể thay thế các dạng năng lượng khác như than đá, dầu mỏ ở khu hệ xã hội đó

Để phát triển bền vững và bảo tồn nguồn năng lượng này cần có hướng đi đúng đắn:

- Không chặt phá rừng đầu nguồn: vì nếu không còn rừng đầu nguồn thì cũng không còn những dòng suối nữa, do đó sẽ không phát triển được nguồn năng lượng này

- Cần có các biện pháp về sử dụng các thiết bị phát điện nhỏ hợp lí như dùng máy tốt,

ổn định, không nên dùng thiết bị kém chất lượng nhanh hỏng không kịp sửa chữa lại thải ra môi trường gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường

- Đường dây điện cũng cần được cải thiện như sử dụng cột điện kiên cố, an toàn, tránh

bị thiệt mạng vì không an toàn và không hiểu biết

1.2 Thuỷ điện lớn

Đặc điểm:

Thuỷ điện, sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm 20% lượng điện của thế giới Na uy sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước, trong khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ (2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ) Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ

(Nguồn: www.hiendaihoa.com)

Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thuỷ điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các

hồ chứa thuỷ điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectric reservoirs thỉnh thoảng được dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm)

Thuỷ điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó có tiềm năng khai thác thuỷ điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường

Lợi ích:

Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, khí gas tự nhiên hay than đá và không cần phải nhập nhiên liệu Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt nhiện, một số nhà máy thuỷ điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường

Các nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy

ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày Việc vận hành cách nhà máy thuỷ điện

hồ chứa bằng bơm cải thiện năng lực cung cấp (load factor) của hệ thống phát điện

Những hồ chứa được tạo thành bởi các nhà máy thuỷ điện thường là những cơ sở thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thuỷ điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập

Các vấn đề môi trường liên quan:

Thủy điện đã xuất hiện từ hơn 70 năm trước đây, và đã là nguồn hy vọng cho nhân loại trong một thời gian dài Từ ban đầu và căn cứ theo hướng suy nghĩ của những nhà khoa học thời bấy giờ thì thủy điện là một nguồn điện năng sạch và hoàn hảo vì không tạo ra ô nhiễm môi trường Do đó, các đập thủy điện được tiếp nối xây dựng ồ ạt từ các quốc gia tân tiến cho đến những quốc gia đang phát triển Nhưng trong khoảng 20 năm trở lại đây, giới khoa học đã nhận định đúng đắn thảm nạn môi trường do thủy điện gây ra Đó là:

- Thủy điện đã làm đảo lộn hoàn toàn hệ sinh thái của một vùng rộng lớn chung quanh

hồ chứa cũng như ở thượng nguồn và hạ nguồn của đập

- Thủy điện làm giảm thiểu hoặc hủy diệt đa dạng sinh học của toàn vùng

- Trên thực tế, việc sử dụng nước tích trữ thỉnh thoảng khá phức tạp bởi vì yêu cầu tưới tiêu có thể xảy ra không trùng với thời điểm yêu cầu điện lên mức cao nhất Những thời điểm hạn hán có thể gây ra các vấn đề rắc rối, bởi vì mức bổ sung nước không thể tăng kịp với mức yêu cầu sử dụng Nếu yêu cầu về mức nước bổ sung tối thiểu không đủ, có thể gây ra giảm năng suất và việc lắp đặt một turbin nhỏ cho dòng chảy đó là không kinh tế

- Những nhà môi trường đã bày tỏ lo ngại rằng các dự án nhà máy thuỷ điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh Trên thực tế, các nghiên cứu đã cho thấy rằng các đập nước dọc theo bờ biển Đại Tây Dươngg và Thái Bình Dương của Bắc Mỹ đã làm giảm lượng cá hồi vì chúng ngăn cản đường bơi ngược dòng của cá hồi để đẻ trứng, thậm chí ngay khi đa số các đập đó đã lắp đặt thang lên cho cá Cá hồi non cũng bị ngăn cản khi chúng bơi ra biển bởi vì chúng phải chui qua các turbine Điều này dẫn tới việc một số vùng phải chuyển cá hồi con xuôi dòng ở một số khoảng thời gian trong năm Các thiết kế turbine

và các nhà máy thuỷ điện có lợi cho sự cân bằng sinh thái vẫn còn đang được nghiên cứu

- Sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của dòng sông bên dưới Thứ nhất, nước sau khi ra khỏi turbine thường chứa rất ít cặn lơ lửng, có thể gây ra tình trạng xối sạch lòng sông và làm sạt lở bờ sông Thứ hai, vì các turbine thường mở không liên tục, có thể quan sát thấy sự thay đổi nhanh chóng và bất thường của dòng chảy Tại Grand Canyon, sự biến đổi dòng chảy theo chu kỳ của nó bị cho là nguyên nhân gây nên tình trạng sói mòn cồn cát ngầm Lượng oxy hoà tan trong nước có thể thay đổi so với trước đó Cuối cùng, nước chảy ra từ turbine lạnh hơn nước trước khi chảy vào đập, điều này có thể làm thay đổi số lượng cân bằng của hệ động vật, gồm cả việc gây hại tới một số loài

- Các hồ chứa của các nhà máy thuỷ điện ở các vùng nhiệt đới có thể sản sinh ra một lượng lớn khí methane và carbon dioxide Bởi vì các xác thực vật mới bị lũ quét và các vùng tái bị lũ bị tràn ngập vào đập nước, mục nát trong một môi trường kỵ khí và tạo thành

methane, một khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh Methane bay vào khí quyển khí nước được xả

từ đập để làm quay turbine Theo bản báo cáo của Uỷ ban Đập nước Thế giới WCD, ở nơi nào đập nước lớn so với công suất phát điện (ít hơn 100 watt trên mỗi km2 diện tích bề mặt) và không có việc phá rừng trong vùng được tiến hành trước khi thi công đập nước, khí gas gây hiệu ứng nhà kính phát ra từ đập có thể cao hơn những nhà máy nhiệt điện thông thường Ở các hồ chứa phương bắc Canda và Bắc Âu, sự phát sinh khí gas nhà kính tiêu biểu chỉ là 2 đến 8% so với bất kỳ một nhà máy nhiệt điện nào

- Một cái hại nữa của các đập thuỷ điện là việc tái định cư dân chúng sống trong vùng

hồ chứa Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bù đắp được sự gắn

bó của họ về tổ tiên và văn hoá gắn liền với địa điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với

họ Hơn nữa, về mặt lịch sử và văn hoá các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất, như dự án Đập Tam Điệp ở Trung Quốc, đập Clyde ở New Zealand và đập Ilisu ở đông nam Thổ Nhĩ Kỳ

Một số dự án thuỷ điện cũng sử dụng các kênh, thường để đổi hướng dòng sông tới độ dốc nhỏ hơn nhằm tăng áp suất có được Trong một số trường hợp, toàn bộ dòng sông có thể

bị đổi hướng để trơ lại lòng sông cạn Những ví dụ như vậy có thể thấy tại Sông Tekapo và Sông Pukaki

Những người tới giải trí tại các hồ chứa nước hay vùng xả nước của nhà máy thuỷ điện có nguy cơ gặp nguy hiểm do sự thay đổi mức nước, và cần thận trọng với hoạt động nhận nước và điều khiển đập tràn của nhà máy

Việc xây đập tại vị trí địa lý không hợp lý có thể gây ra những thảm hoạ như vụ Đập Vajont tại Italia, gây ra cái chết của 2001 người năm 1963

Xu hướng phát triển và bảo tồn:

Giống như thuỷ điện nhỏ, thuỷ điện lớn cũng được chuyển hoá thành nhiều dạng năng lượng khác trong hệ sinh thái nhân văn, hoặc chuyển từ hệ sinh thái này sang hệ sinh thái khác Nhưng năng lượng thuỷ điện lớn chuyển đến nhiều hế sinh thái khác như hệ sinh thái đô thị, hệ sinh thái nông thôn, thậm trí vượt ra khỏi cộng đồng địa phương chuyển sang các nước khác Năng lượng từ nước được khai thái chuyển háo thành điện năng, điện năng chuyển thành năng lượng chạy máy móc trong hệ sinh thái công nghiệp, nông nghiệp…

Thuỷ điện lớn vẫn giữ vị trí quan trọng hiện nay Chẳng hạn ở Việt Nam, đây vẫn là nguồn năng lượng được sử dụng chính trong sinh hoạt gia đình, thắp sáng công sở, chạy máy móc trong sản xuất công nghiệp… Nếu như một giờ không có điện, một ngày không có điện thì hàng trăm, hàng nghìn công việc bị ngừng trệ thiệt hại hàng tỷ đồng

Trong tương lai đây vẫn là nguồn năng lượng cực kỳ cần thiết Vì thế, nó vẫn còn tiếp tục phát triển mạnh trong tương lai khi mà nguồn dự trữ dầu mỏ, than đá và khí gas thiên nhiên đang ngày càng kạn kiệt Nó có thể thay thế điện năng sản xuất từ than đá (nhiệt điện)

Ngày càng có nhiều nhà máy thuỷ điện được xây dạng để đáp ứng nhu cầu điện tiêu dùng trong các hệ sinh thái đô thị, hệ sinh thái công nghiệp, hệ sinh thái nông thôn…

Để phát triển và bảo tồn nguồn năng lượng từ thuỷ điện này cần giải quyết tốt các vấn

đề môi trường trong quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy như đã nêu ở trên Ngoài ra, cần giải quyết vấn đề về đường dây điện chay qua khu dân cư Ví dụ như ở Việt Nam hiện nay, đường điện cao thế chạy qua khu dân cư không đảm bảo an toàn về khoảng cách nên nhiền nơi như Đại Từ - Thái Nguyên các thiết bị, đồ dùng bằng sắt thép, con người trong gia đình đều bị nhiễm điện ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái nông thôn đó Để phát triển tốt thì các vấn đề đó cần được giải quyết triệt để

Nguồn năng lượng từ nước tràn ngập trên vũ trụ và được rải khắp nơi cho mọi người

Đó là một đặc tính thiên nhiên hết sức quan trọng mà ta thường không để ý Nên tránh việc phải mất thì giờ và tiền bạc, tập trung lại những nguồn vốn nằm rải rác, để thiết lập nhưng nhà máy lớn sản xuất, truyền tải, phân phối, cung cấp điện cho mỗi gia đình, qua nhiều tầng biến thế, với nhiều tổn thất trên hệ thống dây Đúng ra, tuỳ trường hợp, phải tìm mọi cách sản xuất và tiêu thụ ngay tại chỗ, ở từng thành phố, từng làng xã, từng căn nhà

1.3 Các dạng sử dụng năng lượng khác từ nước:

Năng lượng sinh ra từ dòng chảy đã không còn

xa lạ với nhân loại Từ lâu con người đã biết sử dụng

nguồn năng lượng này Đã từ xa xưa, những người chặt

gỗ trong rừng đã biết sử dụng dòng nước của suối làm

phương tiện vận chuyển gỗ về xuôi Con người cũng

đã lợi dụng dòng nước chảy đó phục vụ cuộc sống

hàng ngày như dùng máng bằng tre, lứa dẫn nước từ

suối về nhà Họ còn sử dụng dòng nước chảy để giã

gạo Những hình thức sử dụng này cho đến ngày nay

vẫn còn tương đối phổ biến ở khu vực miền núi

Pin giấy sản xuất năng lượng từ nước tiểu:

Các nhà khoa học trên khắp thế giới vẫn đang tiếp tục tìm kiếm những nguồn năng lượng mới, trong đó có điện Thành tựu mới nhất trong lĩnh vực này được các nhà nghiên cứu Singapore giới thiệu trước công chúng Họ đã sáng chế ra pin giấy, có thể sản xuất ra điện từ nước tiểu Mục đích của phát minh này là tìm kiếm các phương pháp mới dễ sử dụng để tiến hành các xét nghiệm y khoa nhằm phát hiện một số bệnh như tiểu đường

Pin giấy có kích thước nhỏ và dễ dàng sản xuất Nó được cấu tạo từ lớp giấy tẩm dichloride đồng Giấy được đặt giữa các dải mỏng magiê và đồng Kích thước của sản phẩm hoàn thiện chỉ vào khoảng 60 x 30mm; dày 1mm Sử dụng 0,2ml nước tiểu, pin này tạo được điện thế 1,5V với công suất tương ứng 1,5 mlW

Năng lượng được sản xuất ra hoàn toàn đủ để tiến hành phân tích nhằm xác định hàm lượng glucoza và các chất khác Các nhà khoa học chế tạo ra pin này dự đoán trong tương lai không xa con người có thể sử dụng các phương tiện tại nhà để tiến hành các xét nghiệm tương

tự, mà trong đó phát minh của họ sẽ đóng vai trò không nhỏ

II Năng lượng từ đại dương

Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thay đổi nhiệt

độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời Đại dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển

Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biển, một phần năng lượng đó đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phần năng lượng này khi đưa nước ngọt của dòng sông trở về biển

Đại dương cũng chứa đựng một loại năng lượng tái lập và có thể sản xuất ra hai loại năng lượng: nhiệt năng từ sức nóng của mặt trời, và cơ năng từ thủy triều và sóng biển Đại dương bao bọc hơn 70% diện tích địa cầu, do đó đây là một nguồn tiếp nhận ánh sáng mặt trời quan trọng nhất Sức nóng của mặt trời làm ấm nước mặt của đại dương, và độ ấm này cao gấp nhiều lần hơn độ ấm của dòng nước biển dưới sâu

Sự khác biệt nhiệt độ giữa hai luồng nước biển này sẽ tạo ra nhiệt năng Từ đó nhiệt năng có được sẽ biến cải thành điện năng theo ba công nghệ khác nhau: công nghệ chu kỳ kín, công nghệ chu kỳ hở, và công nghệ hổn hợp Nguyên lý của chu kỳ kín là làm bốc hơi nước biển ở nhiệt độ thấp qua sự hiện diện của amoniac Còn chu kỳ hở là làm nước biển bốc hơi dưới áp suất thấp Chu kỳ hổn hợp là sự phối hợp của hai phương pháp trên Hơi nước biển sẽ

đi qua một turbine và biến thành điện năng

2.1 Năng lương thuỷ triều

Đặc điểm:

Điều kiện đầu tiên để sản xuất điện loại này là dòng chảy phải đạt ít nhất 0,5 m/giây

Tỷ trọng nước cũng rất quan trọng, thí dụ so với năng lượng gió, tỷ trọng phải gấp 850

lần/m3, nếu đạt được các yêu cầu này thì khai thác năng lượng dưới dạng này mới đặc biệt hiệu quả

Có thể nói thuỷ triều phân bố ở khắp nới trên vùng ven biển thế giới Nơi nào có biển thì nơi đó sẽ có tiềm năng phát triển loại năng lượng này Đại dương chiếm 3/4 bề mặt trái đất nên đây vẫn là loại năng lượng sạch, có tiềm năng lớn

Sản xuất điện từ thuỷ triều rất giống sản xuất thuỷ 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 thuỷ triều xuống) liên quan tới một chiếc đập chắn ngang cửa sông Khi thuỷ triều lên, các cửa cống trên đập được kéo lên, cho phép vùng lưu vực bên trong đập đầy nước Khi thuỷ triều bắt đầu xuống, các cửa cống được đóng lại, buộc nước bên trong đập thoát ra ngoài biển qua hệ thống tuốc-bin gắn ở bên dưới cửa đập Các hệ thống điện thuỷ triều tạo điện năng từ thủy triều lên hoặc thuỷ triều lên và xuống cũng được thiết kế song không phổ biến bằng hệ thống thuỷ triều xuống

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

Khai thác và sử dụng

Sử dụng năng lượng sóng và thủy triều đang phát triển Hiện nay, đã có hai nhà máy sử dụng

của nhóm Bernard cho thấy rằng, nếu 20% năng Đập thuỷ triều La Rance lượng sóng

có khả năng thương mại của Mỹ được chế ngự với hiệu suất 50% thì điện năng sản xuất ra sẽ vượt điện năng cung cấp bởi tất cả các nhà máy thủy điện trong nước. (Nguồn:

www.hiendaihoa.com)

Một “nhà máy điện thuỷ triều” đã cung ứng điện sinh hoạt cho làng Kvalsund ở miền Bắc

Na Uy với khoảng 1.000 dân

Lợi ích:

Năng lượng từ sóng biển là một nguồn năng lượng vô tận không phụ thuộc vào thời tiết và ở Việt Nam mình rất thuận lợi với hàng nghìn km bờ biển

Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ảnh hưởng đến môi trường

Ưu điểm nổi bật của loại nhà máy điện này là không ảnh hưởng xấu đến môi trường Các rotor hoạt động sâu trong nước biển nên không bị ảnh hưởng bởi tàu biển hoặc thả lưới bắt cá So với năng lượng gió thì loại nhà máy này hoàn toàn không ảnh hưởng đến mỹ quan khu vực đặt nhà máy So với năng lượng gió thì năng lượng thuỷ triều thân thiện với môi trường hơn

Theo Tim Green, kỹ sư điện tại Đại học Hoàng gia London, có thể dự đoán dạng năng lượng này dễ dàng hơn so với gió và không cần nhiều diện tích

Nhược điểm:

Việc xây dựng một đập chắn thuỷ triều tại cửa sông sẽ làm thay đổi mức thuỷ triều ở lưu vực cửa sông

Hoạt động hoa tiêu và giải trí có thể bị ảnh hưởng bởi độ sâu của biển thay đổi

Mức thuỷ triều tăng có thể gây ngập lụt các bờ biển, tác động xấu tới chuỗi thức ăn biển Bất lợi lớn nhất của điện thuỷ triều là tác động của nó đối với động, thực vật sống trong vùng cửa sông

Tiềm năng phát triển:

Cũng như các dạng năng lượng thuỷ điện, năng lượng thuỷ triều cũng được chuyển hoá từ năng lượng của sóng biển và đi vào các hệ sinh thái nhân văn phục vụ các hoạt động phát triển của con người Đây là nguồn năng lượng sạch có thể thay thế cho các nguồn năng lượng không tái tạo Nếu khai thác tốt loài người sữ tránh được các cuộc tranh chấp về nưng lựong như dầu mỏ, trach được sự phụ thuộc vào loại nhiên liệu không tái tạo mà hiện nay nó là vấn

đề của chanh chấp chính trị, chi phối giá cả thị trường, ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái nhân văn

Tuy nhiên, cho tới nay, tốc độ phát triển điện thuỷ triều vẫn rất chậm chạp Phần lớn các nhà máy điện thuỷ triều phụ thuộc vào những con đập khổng lồ chắn ngang các cửa sông, như nhà máy điện thuỷ triều La Rance gần St Malo, Pháp Lo ngại về mỹ quan và tác động của những đập chắn này đối với môi trường đã ngăn cản kế hoạch lắp đặt một hệ thống tương tự ở cửa sông Severn, gần Bristol (Anh) Theo Griffiths, hệ thống TidEl ít có tác động tới môi trường và không làm mất mỹ quan Điều đó sẽ khiến các nhà chức trách dễ dàng chấp nhận nó

Trong tương lai các nguồn năng lượng như thế này sẽ trở thành nguồn năng lượng chính cho thế hệ mai sau

2.2 Năng lượng dòng hải lưu

Đặc điểm:

Dòng hải lưu là chuyển động trực tiếp, liên tục và tương đối ổn định của nước biển và

lưu thông ở một trong các đại dương của Trái Đất Các dòng hải lưu có thể lưu thông trên một quãng đường dài hàng ngàn kilômét Chúng là rất quan trọng trong việc xác định khí hậu của các lục địa, đặc biệt ở những khu vực gần biển Ví dụ nổi bật nhất là dòng Vịnh (còn gọi là

hải lưu Gơn strim từ tiếng Anh Gulf Stream), dòng hải lưu này làm cho phần tây bắc Châu Âu

có nhiệt độ cao hơn bất kỳ khu vực nào có cùng vĩ độ Một ví dụ khác là quần đảo Hawaii, ở

đó khí hậu có tính cận nhiệt đới và mát hơn đáng kể so với các khu vực có cùng vĩ độ nhiệt đới với nó do dòng hải lưu Caliornia gây ra Tuy nhiên, tầm quan trọng của các dòng hải lưu cũng được làm sáng tỏ thêm bởi hiện tượng El Niño, trong đó sự đảo ngược tạm thời của dòng hải lưu sinh ra những sự thay đổi khí hậu có tính khắc nghiệt hơn dọc theo bờ biển phía tây Nam Mỹ Các hiệu ứng của El Niño trải rộng đến tận nước Úc

Các dòng hải lưu bề mặt nói chung được lưu thông bởi gió và có xu hướng chảy theo các xoắn ốc cùng chiều kim đồng hồ ở bắc bán cầu và ngược chiều kim đồng hồ ở nam bán cầu do hiệu ứng coriolis Trong các dòng hải lưu chuyển động bởi gió thì hiệu ứng xoắn ốc Ekman làm cho dòng chảy tạo ra một góc nào đó so với hướng gió

Các dòng hải lưu sâu được lưu thông do các độ chênh lệch (gradient) của mật độ và

nhiệt độ Luân chuyển nhiệt muối, còn được gọi là "băng tải đại dương", được dùng để chỉ các dòng hải lưu sâu chảy trong lưu vực dưới đáy các đại dương Các dòng lưu chuyển này chảy sâu dưới đáy biển và do đó khó phát hiện và đôi khi còn được gọi là các con sông ngầm dưới đáy biển

* Các hải lưu quan trọng:

Bắc Băng Dương: Hải lưu Đông Greenland, Hải lưu Na Uy Đại Tây Dương: Hải lưu Labrador, Hải lưu Gơn strim (hay dòng Vịnh - Gulf Stream), Hải lưu Bắc Xích đạo, Hải lưu Nam Xích đạo, Hải lưu Bắc Brasil, Hải lưu Guinée, Hải lưu Angola, Hải lưu Brasil, Hải lưu Benguela, Hải lưu Nam Đại Tây Dương, Hải lưu Falkland Thái Bình Dương: Hải lưu Aleutia, Hải lưu Bắc Thái Bình Dương, Hải lưu Humboldt (hay hải lưu Peru), Hải lưu

Kuroshio (hay hải lưu Nhật Bản), Hải lưu Oyashio, Hải lưu Mindanao, Hải lưu Bắc Xích đạo,

Hải lưu Nam Xích đạo, Hải lưu Cromwell.Ấn Độ Dương: Hải lưu Agulhas, Hải lưu Đông Madagascar, Hải lưu Somali, Hải lưu Mozambique, Hải lưu Leeuwin, Hải lưu Indonesia, Hải lưu Bắc Xích đạo, Hải lưu Nam Xích đạo, Gió mùa Ấn Độ,Nam Đại Dương: Hải lưu vòng Nam Cực, Dòng xoay tròn Weddell

Khai thác và sử dụng:

Tại miền nam xứ Well, ở vùng biển Devon, từ trung tuần tháng 6 năm 2003, người ta

đã đưa vào hoạt động một nhà máy điện sử dụng năng lượng của dòng hải lưu Với chiều dài

30 m và đường kính lên tới 11m Nhà máy điện thử nghiệm này có hình dáng giống như một chiếc cối xay gió, công suất khoảng 300 kW điện

Một nhà máy tương tự cũng được xây dựng ở vùng biển Hammerfest (Nauy), tại đây, thậm chí người ta còn dự định sẽ xây khoảng 20 nhà máy như vậy trong vòng vài ba năm tới

Tiềm năng phát triển:

Có thể nói năng lượng dòng hải lưu cũng là nguồn năng lượng sạch của đại dương ban tăng cho nhân loại Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu khai thác và sử dụng loại năng lượng này Con số các nhà máy khai thác sử dụng còn rất nhỏ và đang ở giai đoạn nghiên cứu thue nghiệm sản xuất Đây cũng là nguồn năng lượng sạch cho nhân loại Việc quá lạm dụng các nguồn năng lượng như dầu mỏ, than đá, khí đốt làm cho nhân loại chưa thực sự quan tâm khai thác loại năng lượng này

Trong tương lai nguồn năng lượng này cũng sẽ được khai thác bởi thế hệ cháu, chắt chúng ta Khi nguồn năng lượng không tái tạo kạn kiệt thì nguồn năng lượng này cùng các

nguồn năng lượng tái tạo khác sẽ phát triển mạnh Vì vậy nhân loại cần có nhiều nghiên cứu nhằm phát triển tốt các nguồn năng lượng như vây Hệ sinh thái nhân văn sẽ phát triển ổn định và bền vững hơn khi các nguồn năng lượng như thế này lên ngôi, khi đó chúng ta sẽ không còn phụ thuộc vào than đá, dầu mỏ nữa

III Năng lượng địa nhiệt

Đặc điểm:

Nhiệt năng của Trái Đất, gọi là địa nhiệt, là

năng lượng nhiệt mà Trái Đất có được thông qua các

phản ứng hạt nhân âm ỉ trong lòng Nhiệt năng này

làm nóng chảy các lớp đất đá trong lòng Trái Đất, gây ra hiện tượng di dời thềm lục địa và sinh ra núi lửa Các

phản ứng hạt nhân trong lòng Trái Đất sẽ tắt dần và

nhiệt độ lòng Trái Đất sẽ nguội dần, nhanh hơn nhiều so với tuổi thọ của Mặt Trời

nung chảy Đá bị nung chảy như vậy gọi là mac-ma

Có khi mac-ma đó chảy ra ngoài trời để thành núi lửa

Nhưng nhiều khi chỉ gần mặt đất mà không phun ra

Ở những địa điểm đặc biệt đó thì chúng ta có

thể bơm nước vào một giếng và lấy lại ở một giếng

khác nước đó đã được hâm nóng qua những lớp đất gần mac-ma (như hình trên) Nhiệt độ của nước nóng đó cao hay thấp tùy điều kiện địa chất Nếu nhiệt độ cao thì chúng ta có thể dùng nhiệt lượng để điều hành một nhà máy điện

Việc sử dụng nhiệt của lòng đất để sản xuất điện năng, sưởi ấm và cung cấp nước nóng cho phép tiết kiệm khối lượng đáng kể nhiên liệu hữu cơ và giảm phát thải các chất ô nhiễm và khí CO2 vào khí quyển

Khác với năng lượng Mặt Trời hay năng lượng gió, sức nóng từ đất đá luôn luôn hiện diện Một báo cáo mới của Viện Công nghệ Ma-xa-chu-xét, thường được mọi người biết đến theo tên gọi tắt là MIT, kết luận rằng, địa nhiệt đã không được đánh giá đúng mức như một nguồn năng lượng có thể giúp con người đáp ứng những nhu cầu năng lượng trong tương lai Đặc biệt, các nhà máy địa nhiệt không gây ô nhiễm nên được dành cho một vai trò lớn hơn trong hệ thống cung cấp năng lượng của Mỹ

Khai thác và sử dụng:

Tại Liên bang Nga trong 10 năm qua đã chế tạo được thiết bị năng lượng hiện đại cho các nhà máy điện địa nhiệt, đã xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt (NMĐĐN) ở Kamchatka

và quần đảo Kuril Trên lãnh thổ Liên bang Nga đã thăm dò 47 mỏ địa nhiệt với trữ lượng nước nóng đảm bảo trên 240 nghìn m3/ngày đêm và hơi nước nóng lưu lượng 105 nghìn m3/ngày đêm Thực tế trên toàn bộ lãnh thổ Liên bang Nga có các trữ lượng nhiệt lòng đất với nhiệt độ 30-40oC, ở các vùng riêng lẻ - các bể địa nhiệt với nhiệt độ tới 3000C

Theo một báo cáo khoa học mới, có một nguồn năng lượng cực kỳ to lớn còn đang ở dạng tiềm năng Đó là năng lượng địa nhiệt, đặc biệt trong khu vực ven Thái Bình Dương và

ở bất cứ nơi nào từng có núi lửa hoạt động

Địa nhiệt cung cấp nhiệt năng dưới dạng hơi nước nóng cho các tòa nhà lớn cũng sớm được sử dụng với mức nhiệt độ thông thường hoặc chỉ cao hơn mức tối thiểu không nhiều Ngày nay, nhiệt độ cao đang được ứng dụng để chạy các tuabin trong quy trình sản xuất điện

Phương thức khả thi nhất để tiếp cận nguồn năng lượng này là công nghệ Hot Dry Rock (HDR) và Hot Fractured Rock (HFR), còn được gọi là Hệ thống Địa nhiệt Cấp tiến (EGS) bởi công nghệ này không chỉ đơn thuần là việc khoan những chiếc giếng khoan đơn giản

Công nghệ địa nhiệt sử dụng nhiệt năng trong lòng đất để sản xuất năng lượng Trên thế giới, các nhà máy điện địa nhiệt cung cấp điện cho khoảng 60 triệu dân, hầu hết ở các nước đang phát triển Ở Mỹ, các nhà máy điện địa nhiệt cung cấp điện cho bốn triệu dân

Các nhà máy điện được xây dựng ở những nơi có hồ chứa địa nhiệt, đặc biệt dọc theo các ranh giới mảng kiến tạo Khu vực “vành đai núi lửa” Thái Bình Dương có một số điểm nóng nhất hành tinh để xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt Do đó, Trung Mỹ là khu vực xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt quan trọng và thu hút các nhà nghiên cứu như Dina Lopez, một nhà thuỷ địa hoá của trường Đại học Ohio

Theo bản nghiên cứu này, vào thời gian đầu, nước Mỹ có thể sản xuất tới 100.000 megawatt, đủ cung cấp điện cho khoảng 25 triệu hộ gia đình trong 50 năm với chi phí khoảng

40 triệu USD/năm Chi phí ban đầu cho dự án cũng chỉ mất khoảng từ 0,8-1 tỉ USD, tương

đương với việc xây dựng một nhà máy điện chạy than.(theo www.hiendaihoa.com)

Ứng dụng năng lượng địa nhiệt ở Aixlen: Việc điền tra nghiên cứu và khai thác sử

dụng năng lượng địa nhiệt ở Aixlen được bắt đầu từ những năm 1925-1930 Chỉ tính từ 1990 đến 1994 đã khoan 169 giếng với tổng chiều sâu 54.000m, trong đó 69 giếng được đưa vào khai thác với tổng lưu lượng 500.000 m3/ngày Việc sưởi ấm bằng năng lượng địa nhiệt đã ảo đảm cho tất cả các đô thị với nhiệt năng cung cấp 16.300 TJ/năm Riêng thủ đo Reykjavik được sưởi ấm hầu như hoàn toàn bằng nang lượng địa nhiệt Nhờ sử dụng địa nhiệt mỗi năm tiết kiệm được hàng trăm triệnu USD do giảm nhập khẩu xăng dầu

Trong công nghiệp, ở Aixlen nang lượng địa nhiệt được cung cấp cho cơ sở chế biến khoáng sản lớn tại Myvantn, mỗi năm sản xuất khoảng 22 nghìn tấn Nhiệt năng tiêu thụ 515 TJ/năm Nang lượng địa nhiệt cũng được sử dụng vào viẹc sấy khô rong biển Nước nóng có

độ khoáng hoá cao được dùng để sản xuất muối ăn tinh khiết Năng lượng địa nhiệt còn cung

cấp cho nhà kính để trồng trọt nhờ đó mà quanh năm thị trường luôn có rau quả tươi (Nguồn: www.cesti.gov.vn)

Ưu điểm:

Giải pháp dùng địa nhiệt này cũng được coi là thân thiện hơn với môi trường, giúp giảm chi phí sản xuất và tăng cường an ninh năng lượng, thay thế cho các nhà máy điện hạt nhân và nhà máy điện chạy than cũ kỹ

Các nhà máy địa nhiệt điện chỉ lấy nhiệt lượng từ trái đất chứ không đốt nhiên liệu nên sạch hơn các nhà máy điện dùng công nghệ khác rất nhiều

Quy trình sản xuất điện từ địa nhiệt có nhiều lợi ích hơn so với những nguồn năng lượng tái sinh khác Các giếng khoan trước khi không còn nóng, có khả năng dùng được trong 30 năm, thậm chí còn lâuhơn, đủ thời gian bù lại những chi phí đầu tư ban đầu

Tiềm năng phát triển

Địa nhiệt điện, sản xuất theo phương pháp lấy nhiệt lượng trong lòng đất từ các giếng khoan sâu để đun nước nóng và lấy hơi nước chạy các turbine, hiện đang có xu hướng được phát triển mạnh khi mà giá các nhiên liệu như dầu và khí gas ngày càng đắt hơn

Đây cũng là một nguồn nang lượng rất tiềm năng của con người Khi mà loài người đang lo ngại về dàu mỏ, than đá, khi mà dầu mỏ là nguyên nhân của chiến tranh Vùng Vịnh… thì tại sao con người lại không chú tới nguồn năng lượng thay thế này

So với năng lượng dòng hải lưu thì năng lượng địa nhiệt có xu hướng phát triển mạnh hơn Nó cũng là nguồn năng lượng sạch có khả năng thay thế than đá, dầu mỏ, khí gas thiên