Giải chuyên đề học tập Vật lí 10 CTST bài 8: Năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo

Câu hỏi khởi động

Tốc độ khai thác, tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch quá nhanh so với tốc độ hình thành khiến nguồn năng lượng hóa thạch rơi vào tình trạng cạn kiệt. Vì vậy nhu cầu về việc thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch bằng các nguồn năng lượng tái tạo càng trở nên cấp thiết. Vậy năng lượng tái tạo có những ưu điểm gì so với năng lượng hóa thạch và làm thế nào để có thể khai thác được năng lượng tái tạo?

Năng lượng tái tạo: Mặt Trời, gió, nước.

Năng lượng tái tạo có những ưu điểm so với năng lượng hóa thạch là

• Có sẵn trong thiên nhiên, liên tục được bổ sung thông qua các quá trình tự nhiên.
• Năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, thải ra ít carbon trong quá trình sản xuất, chuyển đổi. 
• Phong phú, có thể khai thác rộng rãi ở mọi khu vực khác nhau trên trái đất. Có thể sử dụng để tạo ra điện và nhiệt.

Để có thể khai thác được năng lượng tái tạo ta sử dụng một số công nghệ cơ bản:

• Khai thác được năng lượng mặt trời để biến đổi quang năng thành điện năng, ta sử dụng pin mặt trời hay pin thông thường. Mặt khác, để biến đổi quang năng thành nhiệt năng ta sử dụng 1 gương parabol hoặc 1 ống chân không.
• Khai thác được năng lượng gió để biến đổi năng lượng gió thành điện năng, ta sử dụng 1 thiết bị gián tiếp như tuabin gió.
• Khai thác được năng lượng sinh khối biến đổi năng lượng sinh khối thành điện năng, ta sử dụng phương pháp đốt trực tiếp và sử dụng lò hơi hoặc phương pháp đốt liên kết và phương pháp nhiệt phân.
• Khai thác được năng lượng nước biến đổi thế năng thành điện năng, ta cho dòng nước chảy từ đập trên cao xuống, làm quay tuabin nước.

1. Phân loại năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo

Câu hỏi 1. Liệt kê một số dạng của năng lượng năng lượng hóa thạch mà em có thể sử dụng được trong cuộc sống hàng ngày.

Một số dạng của năng lượng năng lượng hóa thạch mà em có thể sử dụng được trong cuộc sống hàng ngày là: dầu diesel và xăng (các loại xe máy, ô tô chạy bằng động cơ dầu, xăng), than đá, khí thiên nhiên (bếp gas)....

Câu hỏi 2. Liệt kê một số khí thải độc hại được sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch.

Một số khí thải độc hại được sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch là:

Các oxide nitơ (NO2), dioxide lưu huỳnh (SO2), CO, NOx là các khí góp phần gây hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra các chất hữu cơ chưa cháy hết như bụi, muội than cũng bị thải ra, gây ô nhiễm môi trường khí và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Luyện tập 1. Quan sát biểu đồ hình 8.2 và đọc phần mở rộng, tìm hiểu và ước lượng tổng thời gian khai thác than đá tại Việt Nam đến cạn kiệt.

Trữ lượng than của nước ta (tính đến 31/12/2015) là 48,88 tỉ tấn = 48880 triệu tấn.

Sản lượng khai thác than nước ta (giai đoạn 2016 -2019) là:

40 + 37 + 41 + 46 = 164 triệu tấn.

Giả sử tốc độ khai thác được giữ nguyên trong những năm tiếp theo. Vậy thời gian để nước ta khai thác số than là: 48,880,16.4 năm = 1 222 năm hay đến khoảng năm 3230 thì nước ta sẽ cạn kiệt nguồn than tự nhiên.

Câu hỏi 3. Quan sát Hình 8.4 và kể tên những nguồn năng lượng tái tạo liên quan

a) Năng lượng mặt trời.

b) Năng lượng nước.

c) Năng lượng gió.

d) Năng lượng địa nhiệt.

Câu hỏi 4. Liệt kê một số nhược điểm của điện gió và thuỷ điện

Nhược điểm của điện gió là

• Điện năng chỉ được tạo ra khi có gió.
• Công suất phát ra thay đổi theo mức gió.
• Vùng thuận lợi cho đặt nhà máy cũng thường cách xa vùng tiêu thụ. Điều này làm cho lưới điện phải bố trí dẫn truyền điện, và có kế hoạch điều hòa nguồn phát thích hợp để đảm bảo năng lượng cho các phụ tải tiêu thụ.
• Chi phí xây dựng tốn kém
• Tiếng ồn ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
• Cánh quạt gió gặp trục trặc có thể là mối nguy hiểm cho những người làm việc gần đó.

Nhược điểm của thủy điện là

• Chi phí truyền tải lớn do xa trung tâm phụ tải.
• Thời gian xây dựng lâu và tốn nhiều chi phí.
• Gây mất cân bằng hệ sinh thái ⇒ ô nhiễm môi trường.
• Ảnh hưởng đến đời sống của người dân ở khu vực lân cận, đặc biệt là ảnh hưởng đến nông nghiệp.

Vận dụng 1. Tìm hiểu, thảo luận để hoàn thành bảng so sánh năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo theo gợi ý của Bảng 8.1.

2. Vai trò của năng lượng tái tạo

Câu hỏi 5. Tìm hiểu và trình bày những tác động tích cực của năng lượng tái tạo đối với môi trường.

Những tác động tích cực của năng lượng tái tạo đối với môi trường là:

• Năng lượng tái tạo có trữ lượng vô hạn, do đó có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo điều này góp phần tránh được các hậu quả có hại đến môi trường.

Ví dụ: nhiên liệu sinh học được chế tạo dễ dàng từ sinh khối phát triển bền vững nhờ khả năng tái tạo và phân hủy sinh học tốt.

• Việc phát triển năng lượng tái tạo được xem là bước đi tiên phong cho việc giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính, từ đó hướng tới nền tăng trưởng năng lượng xanh, hiện đại.
• Tại Việt Nam, việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo là chiến lược phù hợp, quan trọng vì ít rủi ro hơn góp phần tăng cường nguồn cung trong nước, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng nhập khẩu nước ngoài, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, đồng thời giảm tác động làm biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường.

Luyện tập 2. Tìm hiểu và trình bày về hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối trong việc sản xuất điện năng tại Việt Nam.

Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối trong việc sản xuất điện năng tại Việt Nam:

Với đặc thù là một nước nông nghiệp, nếu khai thác tốt năng lượng sinh khối, Việt Nam có thể tạo ra một một lượng năng lượng sạch tương đối lớn. Hiện nay, năng lượng sinh khối ở Việt Nam đã được áp dụng vào nhiều lĩnh vực và mức độ ứng dụng ở các ngành là khác nhau, ví dụ như: dự án khí sinh học ở nông thôn, công nghệ sản xuất điện, nhiên liệu lỏng (xăng sinh học,...). Theo Bộ Công thương, tính từ tháng 12/2020, ở Việt Nam có khoảng 378 MW điện sinh khối bã mía đang hoạt động cung cấp cho mạng điện cả nước, đặc biệt là các nhà máy đường. Bên cạnh đó, khoảng 100 MW điện từ trấu và 70 MW điện từ gỗ đang được chuẩn bị đầu tư. Ngoài ra, Bộ Công thương cho biết, theo số liệu năm 2019, toàn quốc có 34 nhà máy trên tổng số 35 nhà máy đường đang hoạt động sử dụng bã mía làm nhiên liệu cung cấp sản xuất điện và hơi. Trong số đó, có 10 nhà máy sản xuất được điện thừa và đưa lên mạng lưới điện quốc gia.

3. Một số công nghệ cơ bản để thu được năng lượng tái tạo

Câu hỏi 6. Liệt kê một số thiết bị sử dụng điện mặt trời mà em biết.

Thiết bị sử dụng điện mặt trời mà em biết: 

Hệ thống điện mặt trời cho hộ gia đình và hệ thống điện mặt trời hòa lưới, pin mặt trời trong các thiết bị điện tử như máy tính cầm tay, xe điều khiển từ xa, …

Câu hỏi 7. Quan sát Hình 8.10 và mô tả quy trình sinh ra năng lượng bằng cách sử dụng năng lượng sinh khối.

Quy trình sinh ra năng lượng bằng cách sử dụng năng lượng sinh khối trong Hình 8.10:

• Sinh khối sau khi được sấy khô, cắt thành mảnh vụn, ép thành bánh than cùng với không khí được chuyển vào lò đốt từ đáy lò trong hệ thống đốt trực tiếp.
• Sinh khối được đưa vào trong lò đun từ phía trên trong lò hơi.
• Hơi nước được tạo ra từ trong lò hơi và hơi nước sinh ra làm quay tuabin của máy phát điện, từ đó có thể sinh ra điện năng.

Câu hỏi 8. Tìm hiểu và kể tên một số nhà máy thủy điện nổi tiếng ở Việt Nam cùng với công suất của chúng.

Một số nhà máy thủy điện nổi tiếng ở Việt Nam cùng với công suất của chúng:

• Nhà máy thủy điện Sơn La: 2 400 MW
• Nhà máy thủy điện Hòa Bình: 1 920 MW
• Nhà máy thủy điện Lai Châu: 1 200 MW
• Nhà máy thủy điện Yaly: 720 MW
• Nhà máy thủy điện Trị An: 400 MW
• Nhà máy thủy điện Tuyên Quang: 342 MW

Luyện tập 3. Vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động sản xuất điện từ năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng nước.

Vận dụng 2. Làm việc nhóm để thảo luận thiết kế và chế tạo một mô hình thiết bị vận hành bằng nguồn năng lượng tái tạo

TỰ LÀM MÔ HÌNH TUABIN HOẠT ĐỘNG BẰNG

NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1. Chuẩn bị:

• Làm một chong chóng cắt ra từ vỏ lon nước ngọt.
• Một que cứng gắn trên một giá cố định để làm trục quay.
• Một nút áo cột vào đầu sợi dây dài 1m quấn quanh trục.

2. Tiến hành:

• Đặt các cánh quạt của chong chóng bên dưới vòi nước.
• Mở vòi nước, sức nước chảy mạnh làm chong chóng quay và tạo ra lực nâng vật lên cao.

Bài tập

Bài 1. Phân tích sự chuyển hóa giữa các dạng năng lượng khi khai thác năng lượng mặt trời, năng lượng nước, năng lượng gió.

Năng lượng mặt trời: quang năng → nhiệt năng hoặc quang năng → điện năng.

Năng lượng nước: thế năng → động năng → điện năng.

Năng lượng gió: động năng → điện năng.

Bài 2. Viết một bài luận ngắn để tìm hiểu về một nhà máy khai thác năng lượng tái tạo ở nước ta.

Nhà máy Thủy điện Hoà Bình được xây dựng tại tỉnh Hòa Bình (từ năm 1979 đến năm 1991 là tỉnh Hà Sơn Bình), trên dòng sông Đà thuộc miền bắc Việt Nam. Đây là nhà máy thủy điện lớn nhất Việt Nam và Đông Nam Á từ năm 1994 đến 2012 (Bị phá vỡ kỉ lục vào năm 2012 bởi Nhà máy thủy điện Sơn La). Nhà máy thủy điện Hòa Bình do Liên Xô (sau năm 1991 đến 1994 là Liên bang Nga) viện trợ kinh phí, hỗ trợ công tác xây dựng và hướng dẫn vận hành.

Công trình khởi công 6/11/1979, khánh thành 20/12/1994.

Nhà máy thủy điện Hòa Bình là nguồn cung cấp điện chủ lực của toàn bộ hệ thống điện Việt Nam. Năm 1994, cùng với việc khánh thành nhà máy và tiến hành xây dựng Đường dây 500 kV Bắc - Nam từ Hòa Bình tới trạm Phú Lâm (Thành phố Hồ Chí Minh) hình thành một mạng lưới điện quốc gia. Công trình này góp phần đắc lực trong việc cung cấp nguồn điện cho miền Nam và miền Trung Việt Nam. Nhà máy cung cấp khoảng 27% (Thời điểm trước năm 2010) nguồn điện của cả nước.

Cung cấp nước tưới tiêu:

Đập thủy điện Hòa Bình góp phần quan trọng vào việc cung cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp ở vùng hạ lưu trong đó có đồng bằng sông Hồng, nhất là trong mùa khô. Điều tiết mực nước sông đồng thời đẩy nước mặn ra xa các cửa sông.

Phục vụ giao thông - vận tải:

Cải thiện việc đi lại bằng đường thủy ở cả thượng lưu và hạ lưu. Năm 2004, công trình tượng đài chiến thắng Điện Biên Phủ được vận chuyển chủ yếu bằng con đường này.