Năng Lượng Tái Tạo

Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo được hiểu nôm na là những năng lượng tốt hay những phương pháp khai thác các dạng năng lượng mà nếu cân đo bằng các phương pháp chuẩn mực của con người có thể sử dụng lâu dài vô hạn, với các phương pháp tái tạo ít hao phí và không tốn nhiều tài nguyên. Tài nguyên sử dụng vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là nguồn năng lượng tồn tại đủ nhiều đến mức mà không thể cạn kiệt khi con người sử dụng (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) các dòng năng lương tuowg tự hoặc năng lượng có khả năng tự tái tạo trong thời gian ngắn và quá trình diễn ra liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong quy trình này còn diễn biến trong một thời gian dài trên Trái Đất.

Theo ý nghĩa trong vật lý

Các dạng năng lượng không thể tự tái tạo mà trước tiên là do Mặt Trời và các yếu tốt liên quan mang lại và được chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác nhau hay các vật mang năng lượng mới. Tùy theo môi trường mà các dạng năng lượng này được sử dụng ngay tức khắc không hao phí hoặc có thể tạm thời dự trữ.

Việc sử dụng các khái niệm “tái tạo” theo hiểu thông thường là năng lượng dùng để chỉ đến các chu kỳ mới tái tạo ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh học so sánh với năng lượng hóa thạch). Trong tất cả cảm giác về thời gian của loài người thì Mặt Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng cho trái đất trong một thời gian gần như là vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cấp năng lượng liên tục quy trình diễn tiến tốt trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình diễn tiến này có thể cung cấp năng lượng cho loài người và cũng có thể mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng trong thời gian tới. Dòng nước chảy tự nhiên, các luồng gió với sức gió lớn và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất là trong thời đại công nghiệp nặng là sức nước nhìn theo góc nhìn phương diện sử dụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái.

Ngược lại với việc sử dụng các dạng năng lượng này là một quy trình khá phức tạp trong quá trình khai thác chuyển đổi các nguồn năng lượng cũng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng trên thế giới mà ngày nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều (trong thời đại công nghệp nặng năng lượng là thứ cần thiết nhất để một quốc gia phát triển). Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại “vô tận” thì trong phản ứng tổng hợp hạt nhân hay còn gọi là (phản ứng nhiệt hạch), khi đó có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật và phản ứng phân rã hạt nhân (phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh hiện tại (breeder reactor), khi năng lượng này hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium con người có thể được giữ ở mức thấp, đều là những nguồn năng lượng mới được tái tạo mặc dù là thường thì chúng cũng không được tính vào loại năng lượng này.

Năng lượng tái tạo hiện nay

Năng lượng tái tạo hay còn gọi năng lượng tái sinh là năng lượng từ các nguồn liên tục mà theo chuẩn mực mới của con người có thể nói vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và năng lượng địa nhiệt.. Nguyên tắc này cơ bản của việc bạn có thể sử dụng năng lượng tái sinh là quá trình tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các thuật ngữ sử dụng kỹ thuật. Các quy trình chuyển hóa này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời. Năng lượng tái tạo này có thể thay thế các nguồn nhiên liệu trong truyền thống bao gồm 4 lĩnh vực: quá trình phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu của động cơ, và hệ thống điện độc lập nông thôn.

1. Có khoảng 16% lượng điện tiêu thụ trên toàn cầu từ các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau, với 10% các dạng năng lượng trong tất cả năng lượng quá trình từ sinh khối truyền thống, chủ yếu được dùng để cung cấp nhiệt lượng, và 3,4% từ thủy điện.
2. Các nguồn năng lượng tái tạo mới hiện nay(small hydro là dạng năng lượng không ổn đinh, sinh khối hiện đại, năng lượng gió, mặt trời, năng lượng địa nhiệt, và nhiên liệu sinh học) chiếm thêm 3% và đang có tiềm năng phát triển nhanh chóng.
3. Ở cấp quốc gia, có ít nhất 30 quốc gia trên thế giới đã sử dụng loại năng lượng tái tạo và cung cấp hơn 20% nhu cầu năng lượng đáp ứng nhu cầu sống của họ.
4. Các thị trường năng lượng tái tạo cấp quốc gia tại các quốc gia có công nghiệp năng được dự đoán tốt trong năm 2025 và có thể phát triển được các nguồn năng lượng mới tạo đà phát triển dựa trên các hoạt động năng lượng gió, năng lương địa nhiệt, và bên cạch đó có các giải pháp năng lượng để đáp ứng nhu cầu về chuyển đổi năng lượng liên quan đến môi trường và địa nhiệt được dự đoán tiếp tục tăng trưởng mạnh trong thập kỷ tới và sau đó nữa có một số dạng năng lượng mới có khả năng thay thế toàn bộ năng lượng trong tương lai như dạng năng lượng nhiệt hạch, và năng lượng hạt nhân.
5. Tồn đọng duy nhất đối với năng lượng hạt nhân là heli nguyên tố này khá quan trọng với dạng năng lượng hạt nhân, vấn đề quan trọng chính cấp thiết đối với năng lượng này là heli rất hiếm ở trái đất nhưng ở ngoài vũ trụ có rất nhiều heli, vậy chúng ta có thể lấy heli từ vũ trụ về để dễ hàng phản ứng tạo ra năng lượng hạt nhân hay không?. Ví dụ như, năng lượng gió đang phát triển với tốc độ 30% mỗi năm, công suất lắp đặt trên toàn cầu là 282.482 (MW) đến cuối năm 2012.

Các nguồn năng lượng tái tạo trên toàn thế giới gặp một số vấn đề lớn

Hiện trạng đang tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý tồn tại nhiều dạng tóm gọn lại là năng lượng mẹ, hay còn gọi là năng lượng của trái đất, ngược lại với các nguồn năng lượng hiếm khác khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Việc đưa vào sử dụng năng lượng tái tạo phát triển tại nhiều quốc gia, với tốc độ phát triển rất nhanh và đem lại hiệu quả cao các vấn đề tồn đọng về năng lượng đang là mối lo ngại lớn đối với các quốc gia hiện nay, nhất là các nước lớn như Trung Quốc nếu họ ngừng nhập dầu trong 15 ngày rất có thể chiếc xe của người dân không có thể chạy được.

Vấn đề cấp thiết hiện tại là năng lượng đối với các quốc gia có ngành công nghiệp nặng, tương lai Việt Nam là một trong các nước sản xuất hàng hóa công nghiệp nặng vì thế vấn đề quan trọng ở đây là năng lượng tốt nhanh và hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu vấn đề năng lượng mặt trời có thể thay thế cho các dạng năng lượng khác là rất khó vì chúng ta biết nếu toàn quốc gia, trái đất sử dụng năng lượng mặt trời thì phải đối mặt với việc nóng lên toàn cầu, nếu mọi người sử dụng năng lượng mặt trời khả năng cao là năng lượng này sẽ phải đối mặt với tồn đọng về nhiệt( các vùng thử nghiệm năng lượng mặt trời luôn ở mức nhiệt độ cao hơn bình thường. đêm xuống vẫn ở mức nhiệt độ 37 – 40 độ rất khó để kiểm soát nguồn năng lượng này, tiềm năng là rất lớn nhưng khó khăn này cũng không thể đem lại nguồn kinh tế cho các cuộc biến đổi năng lượng mới và có lợi ích về kinh tế. Các cuộc khảo sát ý kiến công cộng trên toàn, được đánh giá từ các chuyên gia hàng đầu thế giới về giải pháp năng lượng  nhu cầu đưa ra sự ủng hộ rất mạnh việc phát triển và sử dụng những nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Trong khi hiện nay có rất nhiều dự án năng lượng tái tạo lớn được đầu tư bởi các quốc gia lớn như Nga, Trung Quốc và các quốc gia công nghiệp nặng nhiều dự án năng lượng tái tạo được ra đời có quy mô rất lớn, các công nghệ năng lượng tái tạo hiện nay cũng không còn thích hợp với các vùng nông thôn và vùng sâu, vùng xa và các nước đang phát triển.Tổng thư ký Liên Hợp Quốc Ban Ki-moon phát biểu rằng năng lượng tái tạo có khả năng nâng những nước nghèo, các nước chưa phát triển lên một tầm mới thịnh vượng hơn.
Năng lượng Mặt Trời rất có triển vọng

Năng lượng Mặt Trời

Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất của chúng ta là một dạng năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng vô tận này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.

Chúng ta có thể trực tiếp thu lấy dạng năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon từ phản ứng của Mặt Trời thành điện năng, như trong các tấm pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon này cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, chuyển thành nhiệt năng tốt, sử dụng cho bình đun nước năng lượng Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời.

Năng lượng của các photon này có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng liên kết hóa học của phản ứng quang hóa.

Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt tái tạo

Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng được tạo ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất. Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành cơ bản nguyên thủy của hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ trên bề mặt Trái Đất. Năng lượng địa nhiệt này đã được sử dụng để nung và có thể tắm kể từ thời La Mã cổ đại, nhưng ngày nay dạng năng lượng tái tạo này được dùng để phát điện. Có khoảng 10 GW công suất điện tái tạo địa nhiệt được lắp đặt trên thế giới đến tận năm 2007, cung cấp 0,3% nhu cầu điện trên toàn cầu con số tuy không quá ấn tượng nhưng dòng điện địa nhiệt này rất có tiềm năng để phát triển, một trong các quốc gia lớn như Mỹ, Trung Quốc, Nga đang đầu tư nghiên cứu các dự án về địa nhiệt và lòng đất lớn nhất trên thế giới. Thêm vào đó, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt này được trực tiếp lắp đặt phục vụ cho mục đích sưởi ấm, trong các spa, quá trình công nghiệp nhẹ, lọc nước biển ở các quốc gia có biển và nông nghiệp ở một số khu vực không nổi trội.

Khai thác năng lượng địa nhiệt hiện chưa có hiệu quả lớn về kinh tế do chi phí cao để khai  tốn kém rất nhiều tài nguyên hao phí, hiện nay còn một số tồn đọng hiện đang được các quốc gia lớn nghiên cứu và trong quá trình khai thác thử nghiệm, chúng ta sẽ đón chờ một tương lai mới có dòng điện này. Ưu điểm rất lớn của dòng năng lượng này là khả năng thực hiện hoàn toàn thân thiện với môi trường, nhưng trước đây chúng ta bị giới hạn về mặt địa lý đối với các khu vực tiếp xúc gần các ranh giới kiến tạo mảng. Các tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện đây đã từng bước mở rộng phạm vi hiện nay và quy mô của các tài nguyên tiềm năng này, đặc biệt là các ứng dụng trực tiếp như dùng để sưởi trong các hộ gia đình tại vùng lạnh. Các giếng địa nhiệt hiện nay có khuynh hướng giải phóng khí thải nhà kính bị giữ dưới sâu trong lòng đất, nhưng sự phát thải tự nhiên này thấp hơn rất nhiều so với phát thải từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch các khí tốt thông thường, dầu khí, than đá…. Công nghệ năng lượng tái tạo này có khả năng giúp giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu nhất là các quốc gia có bờ biển. Nếu nó được triển khai rộng rãi chúng sẽ góp phần bảo vệ môi trường rất tốt trong tương lai, không lo về vấn đề ô nhiễm khí thải, nóng lên toàn cầu và các tác nhân liên quan.

Năng lượng thủy triều

Tái tạo Năng lượng thủy triều

Trường hấp dẫn hiện nay không đều trên bề mặt Trái Đất gây ra bởi Mặt Trăng, cộng với một lượng lớn trường lực quán tính ly tâm không đều tạo nên bề mặt hình elipsoit của thủy quyển trên Trái Đất (và ở một mức độ yếu hơn, của khí quyển trên Trái Đất và thạch quyển Trái Đất). Hình elipsoit này là một hình cố định so với đường nối từ Mặt Trăng và Trái Đất, trong khi Trái Đất của chúng ta tự quay quanh nó, dẫn đến mực nước biển trên một điểm của bề mặt Trái Đất chúng ta có mực nước dâng lên hạ xuống trong ngày, tạo ra hiện tượng gọi là thủy triều.

Sự nâng hạ của mực nước biển có thể làm chuyển động các máy phát điện trong các nhà máy điện thủy triều. Về lâu về dài, hiện tượng thủy triều này sẽ giảm dần mức độ, do tiêu thụ dần động năng tự quay của toàn bộ Trái Đất, cho đến lúc Trái Đất luôn hướng một mặt về phía Mặt Trăng. Thời gian kéo dài của các hiện tượng thủy triều cũng dần nhỏ hơn so với tuổi thọ của Mặt Trời.

Thủy điện

Năng lượng tái tạo Thủy điện

Thủy điện là một nguồn điện có được từ sức chảy của dòng nước hay còn gọi là năng lượng nước. Đa số năng lượng thủy điện này có được từ thế năng của dòng nước được tích lại tại các đập nước làm quay một tuốc bin nước và máy phát điện. Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của dòng nước hay các nguồn nước không được tích bằng các đập nước như năng lượng thủy triều. Thủy điện là một dạng năng lượng tái tạo.

Thủy điện chiếm 20% trên tổng lượng điện thế giới. Na Uy đã sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước ( thủy điện), trong khi Iceland đã sản xuất tới 83% nhu cầu của họ trong năm (2004), Áo đã sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ). Canada một trong các quốc gia sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này đã chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ.

Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng về thủy điện, năng lực nước hiện nay cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì nước có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thủy điện bằng bơm nước – pumped-storage hydroelectric reservoir – thỉnh thoảng nó được dùng để tích trữ điện được sản xuất từ các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm). Thủy điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển vì đa số các địa điểm chính các nước đó có tiềm năng khai thác nguồn thủy điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể được khai thác được vì các lý do khác như môi trường.

Năng lượng gió

Tái tạo Năng lượng gió

Năng lượng gió hiện nay là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển của Trái Đất. Năng lượng gió có thể nói đây là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Năng lượng gió được con người chúng ta khai thác từ các tuabin gió.

Trong số đó 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, chỉ riêng ở châu Âu đã có 13 nước với các quốc gia chủ đạo trong đó Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượng gió với khoảng cách xa so với tất cả các nước còn lại. Tại Đức, Tây Ban Nha và Đan Mạch việc phát triển năng lượng gió đang được chú trọng liên tục trong nhiều năm qua được nâng đỡ bằng quyết tâm chính trị năng lượng cung cấp cho ngành công nghiệp nặng tại quốc gia này. Nhờ vào đó mà có một ngành công nghiệp mới đã phát triển tại 3 quốc gia này. Năm 2007 thế giới chúng ta đã xây mới được khoảng 20073 MW điện, trong đó nước Mỹ với 5244 MW, nước Tây Ban Nha 3522MW, nước Trung Quốc 3449 MW, 1730 MW ở toàn Ấn Độ và 1667 ở nước Đức, nâng công suất định mức của các nhà máy điện sản xuất từ gió lên 94.112 MW.

Sinh khối

Tái tạo năng lượng Sinh khối

Sinh khối là một dạng vật liệu sinh học từ sự sống, hay có thể nói đây là sinh vật sống, đa số trong các cây trồng hay vật liệu này có nguồn gốc từ thực vật.Được xem là nguồn năng lượng tái tạo tốt vì nó có thể tái tuần hoàn bảo toàn năng lượng trong một thời gian vô cùng ngắn do hoạt động trồng trọt và sự tồn tại của của nó cũng dễ dàng giúp hấp thụ một phần CO2 trong không khí để sản sinh O2. Năng lượng sinh khối này có tiềm năng lớn trong việc thay thế năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch qua hàng triệu năm do việc sử dụng năng lượng sinh khối là thông qua quá trình cháy tuơng đối giống các loại nhiên liệu hóa thạch. Năng lượng sinh khối hiện nay có thông qua quá trình đốt cháy trực tiếp để tạo thành điện năng hoặc nhiệt năng. Hoặc sinh khối này có thể được chuyển thành dạng nhiên liệu sinh khối và có phẩm cấp cao hơn thông qua các quá trình biến đổi nhiệt hóa học hoặc dạng năng lượng biến đổi sinh hóa rồi được đưa qua các quá trình công nghệ để sinh điện hoặc sinh hơi.

Nhiên liệu sinh học

Bài chi tiết: Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học hiện nay có thể hiểu nôm na là loại nhiên liệu được hình thành từ hợp chất hữu cớ có nguồn gốc động thực vật như nhiên liệu từ chế xuất chất béo của động thực và động vật (mỡ động vật, dầu dừa,…), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương…), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân,…), sản phẩm này là chất thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…),…

Trước kia, nhiên liệu sinh học rất nhiều và hầu như không được con người của chúng ta chú trọng, nhưng vấn đề khan hiếm nhiên liệu trên toàn cầu dần phát triển chúng rất có khả năng làm nguyên liệu thay thế trong một thời gian ngắn giúp giải quyết vấn đề năng lượng cấp bách trong thời gian này để đảm bảo nguồn năng lượng sinh hoạt, các hoạt động năng lượng ngắn, giúp đảm bảo năng lượng công nghiệp nhỏ…. Hầu như đây là một dạng năng lượng chỉ là một loại nhiên liệu thay thế phụ, tận dụng ở các quy mô nhỏ. Tuy nhiên con người của chúng ta sau khi xuất hiện tình trạng khủng hoảng nhiên liệu này ở quy mô toàn cầu cũng như ý thức bảo vệ môi trường của mọi người được nâng lên lên cao, nhiên liệu sinh học đang dần bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn trên toàn cầu.

Năng lượng tái tạo và hệ sinh thái

giải pháp năng lượng trong năm 2025 – vấn đề về môi trường đối với các dạng năng lượng mới

Người ta hy vọng rằng việc sử dụng năng lượng tái tạo trong tương lai sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái cũng như là lợi ích gián tiếp cho kinh tế giải quyết các vấn đề tồn đọng khó khăn tại các quốc gia có ngành công nghiệp nặng và khả năng ảnh hưởng đến môi trường. So sánh với các nguồn năng lượng khác hiện nay, năng lượng tái tạo hiện nay có nhiều ưu điểm hơn vì tránh được các hậu quả độc hại đến môi trường. Nhưng các ưu thế về sinh thái này có thực tế và tái tạo năng lượng này có thật sự tốt hay không thì cần phải xem xét  và thời gian để chứng minh, cũng như độ hiệu quả của chúng mạng lại và sự cân đối về sinh thái trong từng trường hợp khác nhau. Thí dụ như khi sử dụng năng lượng sinh khối phải đối chiếu giữa việc sử dụng đất, sử dụng các chất hóa học và xúc tác bảo vệ và làm giảm đa dạng của các loài sinh vật trong tự nhiên với sự mong muốn giảm thiểu lượng CO2. Việc đánh giá các hiệu ứng kinh tế của các quốc gia phụ cũng còn nhiều điều không chắc chắn. Sử dụng năng lượng tái sinh thái tạo rộng rãi và liên tục có thể tác động tốt đến việc phát triển của khí hậu Trái Đất về lâu dài. Có thể hình dung đơn giản: dòng chuyển động của gió sẽ yếu đi khi chúng đi qua các cánh đồng cánh quạt gió, nhiệt độ trong không khí giảm xuống tại các nhà máy điện mặt trời thất thường, và làm con người lo ngại về quá trình sử dụng của chúng, có một số vùng sử dụng điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam sau khi nghiên cứu và quá trình sử dụng, nhiệt độ tại các vùng này tăng lên đáng kể, tồn đọng nhiều vấn đề đến nhiệt độ(do lượng bức xạ phản xạ trở lại không khí bị suy giảm).