Giải chuyên đề học tập Vật lí 10 KNTT bài 10: Năng lượng tái tạo và một số công nghệ thu năng lượng tái tạo

Hướng dẫn trả lời:

Để khai thác được nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hóa thạch:

• Xây dựng các nhà máy sản xuất pin mặt trời.

• Xây dựng các trạm tuabin gió.

• Xây dựng nhà máy thủy điện.

Câu hỏi 1. Em hãy kể tên một số dạng nhiên liệu hóa thạch và giải thích tại sao nguồn nhiên liệu này lại là nguồn năng lượng không tái tạo.

Một số dạng nhiên liệu hóa thạch:

• Than đá
• Dầu mỏ

Nguồn nhiên liệu này là nguồn năng lượng không thể tái tạo vì chúng không thể được bổ sung, làm lại trong một thời gian ngắn mà phải mất hàng triệu năm mới có thể hình thành.

2. Làm thế nào thu được năng lượng tái tạo?

1. Các loại năng lượng tái tạo và ưu, nhược điểm của chúng:

• Năng lượng Mặt Trời
• Năng lượng nước
• Năng lượng địa nhiệt
• Năng lượng gió
• Năng lượng từ sóng biển, đại dương
• Năng lượng sinh khối

2. Để thu được năng lượng tái tạo phải xây dựng các hệ thống, thiết bị phù hợp với từng loại năng lượng:

• Thu năng lượng Mặt Trời cần hệ thống có pin mặt trời.
• Thu năng lượng gió cần hệ thống có tua bin gió.
• Thu năng lượng nước cần hệ thống nhà máy thủy điện.
• Thu năng lượng sinh khối cần hệ thống phân hủy xác thực vật.

Câu hỏi 3. Hãy tìm hiểu một số nhà máy thủy điện ở Việt Nam:

1. Kể tên ba nhà máy thủy điện có công suất lớn. Nhận xét lợi ích các nhà máy thủy điện mang lại và nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thủy điện có thể gây ra.

2. Tại sao các nhà máy thủy điện chủ yếu được xây dựng ở miền núi?

1. Ba nhà máy thủy điện có công suất lớn:

• Nhà máy thủy điện Sơn La (2400 MW)
• Nhà máy thủy điện Hòa Bình (1920 MW)
• Nhà máy thủy điện Lai Châu (1200 MW)

Lợi ích các nhà máy thủy điện:

• Không sử dụng năng lượng hóa thạch, sử dụng nguồn năng lượng gần như vô hạn.
• Tuổi thọ của các nhà máy thủy điện lớn hơn các nhà máy nhiệt điện.
• Chi phí nhân công để vận hành nhà máy thấp.

Nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thủy điện có thể gây ra:

• Thay đổi dòng chảy của nước là nguyên nhân gây nên xói lở bờ sông, nơi canh tác nông nghiệp của người dân.
• Chất lượng nước vùng hạ lưu bị giảm sút.
• Người nông dân không có đủ nước cho các hoạt động nông nghiệp.
• Hệ sinh thái sinh vật dưới nước bị thay đổi.
• Ở các cửa sông hiện tượng xâm nhập mặn tăng lên.
• Những thay đổi gây ra các tác động xấu đối với nguồn lợi thủy sản. Một số loài không thể sống sót và sinh kế của các ngư dân bị đe dọa.

2. Các nhà máy thủy điện chủ yếu được xây dựng ở miền núi vì:

Nhà máy thủy điện khai thác động năng của dòng nước để tạo ra điện. Dòng nước chảy từ trên cao xuống thông qua các ống làm quay tubin máy phát điện.

Miền núi là vùng có địa hình cao, bị cắt xẻ mạnh và có nhiều sông lớn => thuận lợi để xây dựng các nhà máy thủy điện.

Câu hỏi 4. Hãy tìm hiểu và thảo luận công nghệ sản xuất khí sinh học:

1. Chu trình sản xuất khí sinh học như thế nào?

2. Các yêu cầu thiết kế công trình khí sinh học nhỏ như thế nào? Tại sao cần thực hiện các yêu cầu đó?

1. Chu trình sản xuất khí sinh học được mô tả như hình vẽ:

• Năng lượng sinh học bắt nguồn từ quá trình chuyển đổi sinh khối, là các chất hữu cơ dễ phân hủy có nguồn gốc từ thực vật, động vật.
• Nhiên liệu sinh học thu được nhờ chuyển hóa sinh khối nhiên liệu ở dạng lỏng hoặc khí.

2. Các yêu cầu thiết kế công trình khí sinh học nhỏ

• Áp suất khí và chiều dày lớp đất lấp trên vòm bể phân huỷ của thiết bị nắp cố định phải được tính toán sao cho vòm bể không bị nứt vỡ khi làm việc.
• Các bể phải chịu được tải trọng di động bằng 200 kg/m2.
• Tỉ lệ pha loãng đảm bảo sao cho cơ chất có hàm lượng chất khô là 9 - 10% đối với phân động vật, 20 - 22% đối với thực vật.
• Thời gian lưu đối với phân động vật đảm bảo không nhỏ hơn giá trị tương ứng với nhiệt độ qui định ở bảng sau:

• Thời gian lưu đối với nguyên liệu thực vật được qui định là 100 ngày.

Cần thực hiện các yêu cầu này nhằm đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường.

1. Nhận xét lợi ích các nhà máy này mang lại.

2. Giải thích tại sao phần lớn các dự án điện Mặt Trời ở Việt Nam tập trung nhiều ở miền Trung và miền Nam.

1. Lợi ích của các nhà máy mang lại:

• Tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo gần như vô hạn.
• Tiết kiệm nguồn năng lượng không tái tạo.
• Bảo vệ, thân thiện với môi trường.

2. Phần lớn các dự án điện Mặt Trời ở Việt Nam tập trung nhiều ở miền Trung và miền Nam vì ở đó có cường độ bức xạ mặt trời cao nhất cả nước với số giờ nắng trung bình 2.000 - 2.600 giờ/năm, cao hơn so với số giờ nắng trung bình ở Miền Bắc (1.500 - 1.700 giờ nắng/năm).

Nguyên nhân là do miền Trung và Nam Bộ nằm trong vùng đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa và cận xích đạo nên lượng nắng dồi dào, thời gian bức xạ dài, nhiệt độ cao.

Câu hỏi 6. Tìm hiểu một số mô hình cánh quạt tuabin gió và nhận xét ưu điểm, nhược điểm của tuabin gió trục đứng và tuabin gió trục ngang.

Một số mô hình cánh quạt tuabin gió:

Hoạt động. Dự án chế tạo hệ thống thu năng lượng tái tạo

Em hãy tìm hiểu chế tạo một máy phát điện gió đơn giản.

Để thiết kế máy phát điện gió, em hãy tìm hiểu và trả lời các câu hỏi sau:

1. Nguyên lí hoạt động của máy phát điện gió dựa trên hiện tượng gì?

2. So sánh giữa các mô hình cánh quạt tuabin gió về hiệu quả làm quay tuabin máy phát điện.

3. Thiết kế máy phát điện gió như thế nào?

Để chuẩn bị chế tạo máy phát điện gió cần chuẩn bị những vật liệu sau:

• Một máy phát điện là mô tơ điện một chiều.
• Bộ xử lí hướng gió.
• Pin và hệ thống điều khiển.
• Cánh quạt: khi có gió thổi qua, cánh quạt quay.
• Trụ đỡ: được làm bằng thép hình trụ hoặc ống nhựa.

Nhiệm vụ: Sử dụng bộ dụng cụ, tìm hiểu máy phát điện, lắp máy phát điện gió sao cho bóng đèn phát sáng.

Chuẩn bị bài báo cáo gồm các nội dung sau:

• Nguyên lí hoạt động và cách sử dụng sản phẩm.
• Bản phương án thiết kế cuối cùng với những cải tiến.
• Kết quả thử nghiệm sản phẩm.

1. Nguyên lí hoạt động của máy phát điện gió dựa trên sự truyền và chuyển hóa năng lượng:

• Động năng của gió làm quay tua bin, chuyển hóa động năng đó thành điện năng.
• Tuabin gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc độ quay của tuabin nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường. Khi có gió, cánh quạt sẽ quay làm quay tuabin máy phát điện, nhờ đó tạo ra điện năng.

2. So sánh giữa các mô hình cánh quạt tuabin gió về hiệu quả làm quay tuabin máy phát điện.

• Một số mô hình cánh quạt tuabin gió: tuabin gió trục ngang và trục đứng.

• Tuabin gió trục ngang cho hiệu suất lớn hơn so với tuabin gió trục đứng.

3. Sau khi bố trí thiết kế thí nghiệm xong như hình vẽ.