CáC LOẠI NĂNG LƯỢNG TáI TẠO KHáC NHAU Là Gì?

Send

Năng lượng tái tạo đang trở thành một vấn đề ngày càng quan trọng trong thế giới ngày nay. Ngoài chi phí nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng và mối đe dọa của Biến đổi khí hậu, cũng đã có những phát triển tích cực trong lĩnh vực này bao gồm những cải thiện về hiệu quả cũng như giảm giá.

Tất cả điều này đã làm tăng nhu cầu về năng lượng thay thế và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang các phương pháp năng lượng điện sạch hơn, bền vững hơn. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là có nhiều loại - sinh khối, năng lượng mặt trời, gió, thủy triều và năng lượng địa nhiệt - và mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

Sinh khối:

Dạng năng lượng tái tạo được sử dụng rộng rãi nhất là sinh khối. Sinh khối chỉ đơn giản đề cập đến việc sử dụng các vật liệu hữu cơ và chuyển đổi chúng thành các dạng năng lượng khác có thể được sử dụng. Mặc dù một số dạng sinh khối đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ - như đốt gỗ - các phương pháp khác, mới hơn, được tập trung vào các phương pháp không tạo ra carbon dioxide.

Ví dụ, có những nhiên liệu sinh học đốt sạch là những lựa chọn thay thế cho dầu và khí đốt. Không giống như nhiên liệu hóa thạch, được sản xuất bởi các quá trình địa chất, nhiên liệu sinh học được sản xuất thông qua các quá trình sinh học - như nông nghiệp và tiêu hóa kỵ khí. Nhiên liệu phổ biến liên quan đến quá trình này là bioethanol, được tạo ra bằng cách lên men carbohydrate có nguồn gốc từ cây trồng đường hoặc tinh bột (như ngô, mía, hoặc lúa miến ngọt) để tạo ra rượu.

Một nhiên liệu sinh học phổ biến khác được gọi là diesel sinh học, được sản xuất từ dầu hoặc chất béo bằng cách sử dụng quá trình transester hóa - nơi các phân tử axit được trao đổi với rượu với sự trợ giúp của chất xúc tác. Những loại nhiên liệu này là những lựa chọn thay thế phổ biến cho xăng, và có thể được đốt cháy trong những chiếc xe đã được chuyển đổi để chạy trên chúng.

Năng lượng mặt trời:

Năng lượng mặt trời (hay còn gọi là quang điện) là một trong những nguồn năng lượng thay thế phổ biến nhất và phát triển nhanh nhất. Ở đây, quá trình này bao gồm các pin mặt trời (thường được làm từ các lát silicon tinh thể) dựa vào hiệu ứng quang điện (PV) để hấp thụ các photon và chuyển đổi chúng thành các electron. Trong khi đó, năng lượng nhiệt mặt trời (một dạng năng lượng mặt trời khác) dựa vào gương hoặc thấu kính để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời, hoặc năng lượng nhiệt mặt trời (STE), vào một khu vực nhỏ (ví dụ như pin mặt trời).

Ban đầu, năng lượng quang điện chỉ được sử dụng cho các hoạt động vừa và nhỏ, từ các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời (như máy tính) đến các mảng gia dụng. Tuy nhiên, kể từ những năm 1980, các nhà máy điện mặt trời tập trung thương mại đã trở nên phổ biến hơn nhiều. Chúng không chỉ là một nguồn năng lượng tương đối rẻ tiền mà điện lưới không thuận tiện, quá đắt hoặc đơn giản là không có sẵn; tăng hiệu quả sử dụng pin mặt trời và giảm giá đang khiến năng lượng mặt trời cạnh tranh với các nguồn năng lượng thông thường (tức là nhiên liệu hóa thạch và than đá).

Ngày nay, năng lượng mặt trời cũng đang được sử dụng ngày càng nhiều trong các tình huống kết nối lưới như một cách để cung cấp năng lượng carbon thấp vào lưới điện. Đến năm 2050, Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự đoán rằng năng lượng mặt trời - bao gồm cả hoạt động của STE và PV - sẽ chiếm hơn 25% thị trường, trở thành nguồn điện lớn nhất thế giới (với hầu hết các lắp đặt đang được triển khai ở Trung Quốc và Ấn Độ).

Năng lượng gió:

Năng lượng gió đã được sử dụng trong hàng ngàn năm để đẩy buồm, cối xay gió hoặc tạo áp lực cho máy bơm nước. Khai thác gió để tạo ra điện đã là chủ đề nghiên cứu từ cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, chỉ với những nỗ lực lớn để tìm ra các nguồn năng lượng thay thế trong thế kỷ 20, năng lượng gió đã trở thành tâm điểm của nghiên cứu và phát triển đáng kể.

So với các dạng năng lượng tái tạo khác, năng lượng gió được coi là rất đáng tin cậy và ổn định, vì gió là nhất quán từ năm này sang năm khác và không giảm trong giờ cao điểm của nhu cầu. Ban đầu, việc xây dựng các trang trại gió là một liên doanh tốn kém. Nhưng nhờ những cải tiến gần đây, năng lượng gió đã bắt đầu định giá cao nhất trong các thị trường năng lượng bán buôn trên toàn thế giới và cắt giảm doanh thu và lợi nhuận của ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch.

Theo một báo cáo được ban hành vào tháng 3 vừa qua của Bộ Năng lượng, sự tăng trưởng của năng lượng gió ở Hoa Kỳ có thể dẫn đến các công việc thậm chí có tay nghề cao hơn trong nhiều loại. Tầm nhìn gió có tiêu đề: Kỷ nguyên mới về năng lượng gió ở Hoa Kỳ, tài liệu chỉ ra rằng vào năm 2050, ngành công nghiệp này có thể chiếm tới 35% sản lượng điện của Hoa Kỳ.

Ngoài ra, năm ngoái, Hội đồng Năng lượng gió toàn cầu và Greenpeace International đã cùng nhau xuất bản một báo cáo có tiêu đề Outlook Global Energy Energy Outlook 2014. Báo cáo này tuyên bố rằng trên toàn thế giới, năng lượng gió có thể cung cấp tới 25 đến 30% điện năng toàn cầu vào năm 2050. Tại thời điểm viết báo cáo, các cơ sở thương mại tại hơn 90 quốc gia có tổng công suất là 318 gigawatt (GW), cung cấp khoảng 3% nguồn cung toàn cầu.

Điện thủy triều:

Tương tự như năng lượng gió, năng lượng thủy triều được coi là một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng vì thủy triều ổn định và có thể dự đoán được. Giống như cối xay gió, các nhà máy thủy triều đã được sử dụng từ thời La Mã cổ đại và thời Trung cổ. Nước đến được lưu trữ trong các ao lớn, và khi thủy triều rút, họ đã biến những chiếc vòi tạo ra năng lượng cơ học để nghiền hạt.

Chỉ đến thế kỷ 19, quá trình sử dụng nước rơi và tua-bin quay để tạo ra điện mới được giới thiệu ở Hoa Kỳ và Châu Âu. Và chỉ đến ngày 20, những loại hoạt động này mới được trang bị lại để xây dựng dọc theo bờ biển chứ không chỉ là những dòng sông.

Theo truyền thống, năng lượng thủy triều phải chịu chi phí tương đối cao và hạn chế về các vị trí có phạm vi thủy triều hoặc vận tốc dòng chảy đủ cao. Tuy nhiên, nhiều phát triển và cải tiến công nghệ gần đây, cả về thiết kế và công nghệ tuabin, chỉ ra rằng tổng công suất thủy triều có thể cao hơn nhiều so với giả định trước đây và chi phí kinh tế và môi trường có thể giảm xuống mức cạnh tranh.

Nhà máy điện thủy triều quy mô lớn đầu tiên trên thế giới là Nhà máy điện thủy triều Rance ở Pháp, đi vào hoạt động năm 1966. Và tại Orkney, Scotland, cơ sở thử nghiệm năng lượng biển đầu tiên trên thế giới - Trung tâm năng lượng biển châu Âu (EMEC) - được thành lập tại 2003 để bắt đầu phát triển ngành công nghiệp năng lượng sóng và thủy triều ở Anh.

Vào năm 2015, nhà máy điện sóng kết nối lưới đầu tiên trên thế giới (CETO, được đặt theo tên của nữ thần biển Hy Lạp) đã lên mạng ngoài khơi bờ biển Tây Úc. Được phát triển bởi Carnegie Wave Energy, nhà máy điện này hoạt động dưới nước và sử dụng các phao dưới đáy biển để bơm một loạt các máy bơm dưới đáy biển, từ đó tạo ra điện.

Địa nhiệt:

Điện địa nhiệt là một dạng năng lượng thay thế khác được coi là bền vững và đáng tin cậy. Trong trường hợp này, năng lượng nhiệt có nguồn gốc từ Trái đất - thường là từ các ống dẫn magma, suối nước nóng hoặc tuần hoàn thủy nhiệt - để quay tua-bin hoặc các tòa nhà nhiệt. Nó được coi là đáng tin cậy vì Trái đất chứa 10³¹ joules có giá trị năng lượng nhiệt, tự nhiên chảy lên bề mặt bằng cách dẫn với tốc độ 44,2 terawatt (TW) - nhiều hơn gấp đôi mức tiêu thụ năng lượng hiện tại của loài người.

Một nhược điểm là thực tế là năng lượng này khuếch tán và chỉ có thể được khai thác với giá rẻ ở một số địa điểm nhất định. Tuy nhiên, ở một số khu vực trên thế giới, như Iceland, Indonesia và các khu vực khác có mức độ hoạt động địa nhiệt cao, đây là cách dễ dàng và hiệu quả để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và than để tạo ra điện. Các quốc gia sản xuất hơn 15% điện năng từ các nguồn địa nhiệt bao gồm El Salvador, Kenya, Philippines, Iceland và Costa Rica.

Tính đến năm 2015, công suất năng lượng địa nhiệt trên toàn thế giới lên tới 12,8 gigawatt (GW), dự kiến sẽ tăng lên 14,5 đến 17,6 GW vào năm 2020. Hơn nữa, Hiệp hội Năng lượng địa nhiệt (GEA) ước tính rằng chỉ có 6,5% tổng tiềm năng toàn cầu là khai thác cho đến nay, trong khi IPCC báo cáo tiềm năng năng lượng địa nhiệt nằm trong phạm vi từ 35 GW đến 2 TW.

Các vấn đề với việc thông qua:

Một vấn đề với nhiều dạng năng lượng tái tạo là chúng phụ thuộc vào hoàn cảnh tự nhiên - gió, cung cấp nước và đủ ánh sáng mặt trời - có thể áp đặt các hạn chế. Một vấn đề khác là chi phí tương đối của nhiều dạng năng lượng thay thế so với các nguồn truyền thống như dầu mỏ và khí đốt tự nhiên. Cho đến gần đây, việc vận hành các nhà máy chạy bằng than hoặc chạy bằng dầu rẻ hơn so với đầu tư hàng triệu đô la vào việc xây dựng các hoạt động năng lượng mặt trời, gió, thủy triều hoặc địa nhiệt lớn.

Tuy nhiên, những cải tiến liên tục được thực hiện trong việc sản xuất pin mặt trời, tua-bin gió và các thiết bị khác - chưa kể đến những cải tiến về lượng năng lượng được tạo ra - đã dẫn đến nhiều dạng năng lượng thay thế trở nên cạnh tranh với các phương pháp khác. Trên toàn thế giới, các quốc gia và cộng đồng đang đẩy mạnh để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang các phương pháp sạch hơn, bền vững hơn và tự túc hơn.

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về năng lượng thay thế trên Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, thế nào là năng lượng thay thế?, Năng lượng mặt trời là gì? và Năng lượng địa nhiệt đến từ đâu?, Thế giới có thể chạy bằng năng lượng mặt trời và năng lượng gió không?, và thu hoạch năng lượng mặt trời từ vũ trụ.

Bạn cũng nên kiểm tra Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia và Dự án chính sách năng lượng tái tạo.

Astronomy Cast cũng có một tập về chủ đề này. Tại đây Tập 51: Trái đất.

Nguồn: