1 GIÁO DỤC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TRONG MÔN CÔNG NGHỆ Ở TRƯỜNG THCS 2 1.1. Năng lượng Nghị định số 102/2003/NĐ-CP "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 sơ cấp“. (Trong tài liệu này, với mục tiêu phổ cập giáo dục học sinh phổ thông về sử dụng năng lượng TK&HQ phù hợp với thực tiễn lao động sản xuất và cuộc sống, chúng ta sẽ sử dụng thường xuyên khái niệm năng lượng theo NĐ 102/2003/NĐ-CP) PHẦN THỨ NHẤT NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I. NĂNG LƯỢNG VÀ VAI TRÒ CỦA NĂNG LƯỢNG ĐỐI VỚI CON NGƯỜI 3 1.2. Các dạng năng lượng 1.2.1. Phân loại theo kỹ thuật - Cơ năng; - Nội năng; - Điện năng; - Quang năng; - Hoá năng; - Năng lượng hạt nhân (năng lượng nguyên tử). 4 1.2.2. Phân loại theo nguồn gốc năng lượng - Năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần gồm năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch (hay nhiên liệu thiên nhiên) như than bùn, than nâu, than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và năng lượng từ nhiên liệu nguyên tử. - Năng lượng tái sinh (hay năng lượng tái tạo) Là nguồn năng lượng có thể được hồi phục theo chu trình biến đổi của thiên nhiên, mà theo quan niệm của con người là vô hạn. Các dạng năng lượng này gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng của gió, thế năng của nước, năng lượng sóng biển, năng lượng thuỷ triều, năng lượng địa nhiệt. - Năng lượng không tái sinh là nguồn năng lượng không hồi phục khi khai thác và sử dụng. Gồm: than nâu, than đá, than bùn, dầu lửa, khí tự nhiên, - Năng lượng sinh khối (biomass): sinh ra do đốt trực tiếp hoặc chuyển đổi nhiệt hóa học, chuyển đổi nhiệt sinh hóa các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ (trừ than, dầu mỏ…). Nguồn năng lượng sinh khối dạng rắn gồm có gỗ, củi, các phụ phẩm nông nghiệp như trấu, rơm rạ, cây ngô, bã mía, các loại vỏ, thân cây thảo mộc; năng lượng sinh khối dạng lỏng như nhiên liệu sinh học (biofuel), dạng khí như biogas. - Năng lượng cơ bắp: Sức cơ bắp của người, trâu, bò, ngựa, voi… 5 1.2.3. Phân loại theo dòng biến đổi năng lượng Theo quá trình từ khai thác, biến đổi, truyền tải và SD năng lượng người ta chia ra các dạng năng lượng như sau: - Năng lượng sơ cấp Là các nguồn năng lượng có sẵn trong thiên nhiên như than, dầu thô, khí tự nhiên, năng lượng nguyên tử, thuỷ năng, củi gỗ. - Năng lượng thứ cấp là nguồn năng lượng đã được biến đổi từ những dạng năng lượng khác như điện năng, hơi nước của các lò hơi, sản phẩm cracking dầu mỏ. - Năng lượng cuối cùng Là năng lượng sau khâu truyền tải, vận chuyển được cấp tới nơi tiêu thụ, người sử dụng. - Năng lượng hữu ích là năng lượng cuối cùng được sử dụng sau khi bỏ qua các tổn thất của thiết bị sử dụng năng lượng. 6 1.3. Sự bảo toàn và chuyển hoá năng lượng Năng lượng có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác, song trong một hệ kín năng lượng của hệ có giá trị không đổi. Trong tự nhiên cũng như trong kĩ thuật có rất nhiều hiện tượng ở đó diễn ra các quá trình chuyển hoá năng lượng như: + Chuyển hoá cơ năng thành nhiệt năng + Sự chuyển hoá cơ năng thành điện năng + Sự chuyển hoá quang năng thành điện năng + Sự chuyển hoá điện năng thành các dạng năng lượng khác (như: điện năng thành cơ năng; nhiệt năng thành hoá năng .) Trong các quá trình trên, năng lượng được bảo toàn. Nếu hệ là kín thì năng lượng tổng cộng của hệ là hằng số; năng lượng có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc phân bố lại giữa các phần của hệ. 7 1.4. Vai trò của năng lượng đối với con người 1.4.1. Tình hình sử dụng NL trong sản xuất và đời sống NL có vai trò sống còn đối với cuộc sống con người, nó quyết định sự tồn tại, phát triển và chất lượng cuộc sống của con người. + con người sử dụng NL cho các hoạt động sản xuất, đi lại, xây dựng và đời sống hàng ngày. + khủng hoảng NL thường có tác động rất lớn tới kinh tế và xã hội của các nước trên thế giới. +vấn đề NL thành quốc sách, đặt thành vấn đề " an ninh năng lượng" đối với sự phát triển của quốc gia. 8 Vai trò của năng lượng đối với con người Theo số liệu của cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), tiêu thụ năng lượng trên thế giới cho các lĩnh vực sản xuất và tiện nghi nhà ở như sau:  Công nghiệp, giao thông vận tải cũng như lĩnh vực tiện nghi nhà ở chiếm phần lớn tiêu thụ năng lượng (mỗi lĩnh vực khoảng 25%); thương mại và dịch vụ công cộng khoảng 10%; nông lâm và ngư nghiệp khoảng 3%; sử dụng khác khoảng 12% .  Trong lĩnh vực giao thông vận tải: tiêu thụ khoảng 60% năng lượng dầu đã được chế biến.  Trong ngành sản xuất điện năng, sử dụng các nguồn năng lượng để sản xuất điện năng như sau: nhiên liệu hoá thạch chiếm 64%, năng lượng hạt nhân: 17%, thuỷ điện: 18%, năng lượng tái tạo: 1% điện năng toàn cầu. 9 Vai trò của năng lượng đối với con người Việt Nam:  sản lượng điện thương phẩm cuối năm 2007 là 66,8 tỷ kWh, tăng 2,5 lần so với năm 2000 (26,6 tỷ kWh) [2], trong đó thủy điện khoảng 64 %, than nhiệt điện khoảng 34%, . ); tiêu thụ trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp và xây dựng chiến 46,97%, lĩnh vực quản lý - tiêu dùng- dân cư 47,14%.  Năng lượng dùng cho tiện nghi nhà ở có ba mục đích: nấu thức ăn; đun nước nóng sinh hoạt và điều hoà không khí; chạy các thiết bị cơ điện nội thất, chiếu sáng, thiết bị điện tử,…  Trong lĩnh vực tiện nghi nhà: năng lượng tái tạo hơn 40%, sử dụng khí đốt và điện gần bằng nhau (khoảng hơn 20%), năng lượng than và hơi nước nóng chiếm khoảng 7 %, sản phẩm dầu khoảng 10 %, . 10 Vai trò của năng lượng đối với con người - Nhu cầu năng lượng ngày càng cao do nhu cầu tăng trưởng kinh tế, phát triển các ngành sản xuất công nghiệp, GTVT và nâng cao chất lượng cuộc sống. - Nguồn năng lượng được sử dụng chủ yếu vẫn là các nguồn năng lượng hoá thạch (than đá, dầu, khí tự nhiên .) - Điện năng là dạng năng lượng có nhiều ưu điểm vì nó dễ dàng được chuyển hoá từ các dạng năng lượng khác khi sản xuất điện năng, đồng thời khi sử dụng, nó cũng dễ dàng chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác. - Sản xuất và sử dụng điện năng có ý nghĩa rất quan trọng trong chiến lược năng lượng của mỗi quốc gia. [...]... - Khái niệm về năng lượng; - Các loại năng lượng; - Sự chuyển hoá các dạng năng lượng; - Vai trò của năng lượng đối với con người; - Tình hình khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng hiện nay Nguồn tài nguyên năng lượng không phải là vô hạn; - Những ảnh hưởng của việc khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng đối với môi trường; - Xu hướng sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng hiện nay;... nguồn năng lượng mới thay thế năng lượng hóa thạch; 17 2.4 Các giải pháp công nghệ và kĩ thuật 2.4.1 Sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh (Thiết bị nung nóng nhờ năng lượng mặt trời) (Tế bào quang điện) 18 Năng lượng Mặt Trời A traditional Indian hut with SPV home system Sun Frost vaccine storage refrigerator in Congo Solar PV lantern Solar PV Water Pumping Systems 19 Sử dụng các nguồn năng lượng. .. NL /công nghệ Sử dụng thiết bị, phương tiện tiêu thụ ít NL Tính đủ chi phí cho SX điện năng/ phí MT 14 2.2 Sự cần thiết phải SD năng lượng TK HQ Các nguồn tài nguyên năng lượng, đặc biệt là các nguồn nhiên liệu hoá thạch đang cạn kiệt Những vấn đề môi trường gây ra do các hoạt động của con người, trong đó việc khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng, đặc biệt là năng lượng hoá thạch Sử dụng năng lượng, ... Giảm tổn thất trong quá trình chuyển đổi năng lượng ( thất thoát khi truyền tải điện, vận chuyển nhiên liệu, ; - Giảm tổn thất trong quá trình sử dụng năng lượng; - Sử dụng các thiết bị điều khiển tự động để giảm tiêu thụ năng lượng; - Đổi mới công nghệ, năng cao hiệu suất máy móc; tăng cường sử dụng thiết bị có hiệu suất sử dụng năng lượng cao; - Thu hồi năng lượng thải từ các quá trình sản xuất, sinh... đề tích hợp Đây là trường hợp thường xảy ra 35 PHẦN THỨ HAI I GIÁO DỤC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TRONG MÔN VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THCS 1.Mục tiêu tích hợp giáo dục SDNLTK&HQ trong môn vật lý 1.1 Về kiến thức - HS nêu được các khái niệm cơ bản như: năng lượng, cơ năng, điện năng, nhiệt năng, hạt nhân nguyên tử, công, công suất, hiệu suất; các định luật Jun lenxơ và các máy phát điện, máy cơ…,... dụng để sử dụng NLTK & HQ có thể trình bày lại hoặc nhận ra chúng khi được yêu cầu - HS hiểu được nguồn gốc sinh ra các dạng năng lượng, các máy và hoạt động tiêu thụ năng lượng, hiệu suất của quá trình biến đổi năng lượng và vận dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng và tiết kiệm năng lượng trong đời sống cũng như khoa học kỹ thuật - HS làm TN, tìm hiểu các khái niệm này và vận dụng vào thực tiễn giải thích...1.4.2 Sự cạn kiệt các nguồn năng lượng hoá thạch Năm 2007, dân số toàn cầu 6,625 tỷ người, tiêu thụ lượng năng lượng sơ cấp là 11.099 Mtoe (Mtoe: triệu tấn dầu tương đương), trong đó dầu 35,61%; khí tự nhiên: 23,76%; than: 28,63%; năng lượng hạt nhân: 5,60%; thủy điện: 6,39% Dự đoán năm 2050, dân số thế giới 10 tỷ người, nhu cầu về lượng năng lượng sơ cấp sẽ tương đương hơn 25... 11 Sự cạn kiệt các nguồn năng lượng hoá thạch Việt Nam Theo bộ công thương đánh giá (8/2007) nguồn năng lượng hóa thạch của Việt Nam đang bị cạn kiệt dần: - Than chỉ còn 3,80 tỉ tấn, dầu còn 2,3 tỷ tấn - Dự báo đến năm 2020, sẽ phải nhập ~ 12%-20% NL; đến năm 2050 NL cần phải nhập lên đến 50%-60%, chưa kể điện hạt nhân 12 1.4.3 Ảnh hưởng của việc khai thác và sử dụng năng lượng đến MTST Tác động đến... dung giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả vào hệ thống giáo dục quốc dân giai đoạn 2006 - 2010” của Bộ Giáo dục và Đào tạo với mục tiêu: “Đưa các nội dung giáo dục sử dụng NLTK&HQ vào các chương trình giáo dục của các cấp học, các trình độ đào tạo của hệ thống giáo dục quốc dân nhằm trang bị cho HS, sinh viên những hiểu biết về vấn đề năng lượng, tình hình sử dụng năng lượng và các biện pháp... cơ hybrid , - Đổi phương tiện chuyên chở 21 2.4.2.2 Ngành công nghiệp Tiềm năng TKNL của một số ngành ở VN Công nghiệp xi măng – 50% Công nghiệp gốm – 35% •Phát điện than – 25% •Ngành dệt /may mặc – 30% •Các tòa nhà thương mại – 25% Công nghiệp thép – 20% •Nông nghiệp – 50% •Chế biến thực phẩm – 20% •Sử dụng nước– 15% 22 2.4.2.3 Ngành công nghiệp - Gia tăng hiệu suất SDNL với ba phương pháp sau: . dạng năng lượng này gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng của gió, thế năng của nước, năng lượng sóng biển, năng lượng thuỷ triều, năng lượng địa nhiệt. - Năng. - Cơ năng; - Nội năng; - Điện năng; - Quang năng; - Hoá năng; - Năng lượng hạt nhân (năng lượng nguyên tử). 4 1.2.2. Phân loại theo nguồn gốc năng lượng