Năng lượng tái tạo là gì? Các dạng năng lượng tái tạo phổ biến hiện nay

Năng lượng tái tạo là gì?

Khái niệm về năng lượng tái tạo đã được định nghĩa trong điều 43 Luật Bảo vệ môi trường 2014 như sau:

“Năng lượng tái tạo là năng lượng được khai thác từ nước, gió, ánh sáng mặt trời, địa nhiệt, sóng biển, nhiên liệu sinh học và các nguồn tài nguyên năng lượng có khả năng tái tạo khác”.

Sau khi Luật Bảo vệ Môi trường 2014 hết hiệu lực, được thay thế bằng Luật Bảo vệ môi trường 2020, khái niệm về năng lượng tái tạo không còn nữa. Tuy nhiên, các quy định của Luật vẫn đề cấp để sử dụng năng lượng tái tạo đi kèm năng lượng sạch. 

Còn theo định nghĩa của Wikipedia, Năng lượng tái tạo được định nghĩa như sau:

“Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt”.

Hiểu theo cách thông thường năng lượng tái tạo là một dạng năng lượng sạch, năng lượng tái sinh, là năng lượng được khai thác từ nước, gió, ánh sáng mặt trời, địa nhiệt, sóng biển, nhiên liệu sinh học và các nguồn tài nguyên năng lượng có khả năng tái tạo khác.

Phân loại năng lượng tái tạo

Chúng ta sẽ quan tâm đến các dạng năng lượng tái tạo (năng lượng sạch, năng lượng tái sinh). Hiện nay, các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi, ngược lại với các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Trong bối cảnh ngày càng cạn kiệt tài nguyên trong đó là nguồn năng lượng, việc sử dụng năng lượng tái tạo có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, và mang lại lợi ích kinh tế. Các cuộc khảo sát ý kiến công cộng trên toàn 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.

Dưới đây là một số dạng năng lượng tái tạo, mời các bạn cùng tìm hiểu.

Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời, là nguồn năng lượng tái tạo từ ánh sáng và nhiệt độ mặt trời, đang trở thành một trong những giải pháp quan trọng nhất để giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường. Đây là một nguồn năng lượng sạch, vô tận và tiềm năng, mang lại lợi ích lớn cho con người và hành tinh của chúng ta.

Trang trại điện mặt trời – Nguồn: Internet

Cách hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời

• Quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng: Quá trình chuyển đổi bắt đầu khi các tia UV, ánh sáng và nhiệt từ Mặt Trời được hấp thụ bởi tấm pin mặt trời, gọi là tấm năng lượng mặt trời. Tấm năng lượng mặt trời chứa các tế bào quang điện (Solar cell), làm từ các vật liệu bán dẫn như silicon đơn tinh thể. Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện, nó kích thích các electron trong vật liệu, tạo ra dòng điện đi qua mạch điện.
• Các thành phần chính của hệ thống năng lượng mặt trời: Hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm các thành phần chính như tấm năng lượng mặt trời, bộ điều khiển và bộ biến đổi. Sau khi ánh sáng được chuyển đổi thành dòng điện bởi tấm năng lượng mặt trời, điện năng được chuyển đến một bộ điều khiển để điều chỉnh và đảm bảo hiệu suất của hệ thống. Tiếp theo, điện năng được chuyển đến bộ biến đổi để chuyển đổi dòng điện thành dạng mà có thể sử dụng được.
• Các loại hệ thống năng lượng mặt trời phổ biến: Có hai loại hệ thống năng lượng mặt trời phổ biến là hệ thống on-grid và hệ thống off-grid. Hệ thống on-grid kết nối với lưới điện công cộng để cung cấp điện cho nhà ở hoặc doanh nghiệp. Trái lại, hệ thống off-grid hoạt động độc lập và lưu trữ điện trong pin để sử dụng khi cần, thích hợp cho các khu vực xa xôi hoặc không có lưới điện sẵn có.

Thách thức và cơ hội của năng lượng mặt trời

Việc sử dụng năng lượng mặt trời cũng đặt ra cho chúng ta một số thách thức như sau:

• Công nghệ và hạ tầng: Mặc dù giá thành của tấm pin mặt trời đã giảm đáng kể trong những năm gần đây nhưng việc triển khai và duy trì các hệ thống vẫn còn đắt đỏ. Ngoài ra, cần phải xây dựng hoặc nâng cấp hạ tầng để chứa và phân phối năng lượng mặt trời, đặc biệt là khi mở rộng hệ thống trên quy mô lớn.
• Khả năng tích hợp và lưu trữ năng lượng: Do tính biến đổi và không ổn định của nguồn điện mặt trời, việc phát triển các giải pháp hiệu quả để lưu trữ năng lượng và tích hợp với các nguồn năng lượng khác vẫn là một vấn đề lớn. Sự phát triển của công nghệ lưu trữ năng lượng có thể giúp giải quyết vấn đề này, nhưng vẫn cần nhiều nỗ lực nghiên cứu và đầu tư để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí.
• Bên cạnh những thách thức kể trên, năng lượng tái tạo cũng mở ra cơ hội phát triển mới cho tất cả các ngành/lĩnh vực, trong đó phải kể đến cơ hội phát triển ngành năng lượng tái tạo. Việc nâng cao hiệu suất và giảm chi phí của công nghệ mặt trời sẽ mở ra cơ hội lớn cho việc triển khai rộng rãi hơn. Ngoài ra, sự tăng cường về nhu cầu năng lượng sạch và ý thức về biến đổi khí hậu có thể tạo ra động lực mạnh mẽ để đầu tư vào năng lượng mặt trời. Các công ty và nhà nghiên cứu có thể khai thác cơ hội này để phát triển các giải pháp mới và nâng cao khả năng cạnh tranh của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời trong tương lai.

Năng Lượng Gió

Điện gió là nguồn năng lượng tái tạo được tạo ra từ sức gió, thông qua quá trình chuyển đổi năng lượng cơ học của cánh quạt máy cánh quạt thành điện năng. Điện gió không chỉ là một nguồn năng lượng sạch, không gây ra khí thải hay ô nhiễm môi trường mà còn giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, đóng góp vào mục tiêu giảm thiểu biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường sống.

Trong những năm gần đây, điện gió đã trở thành một phần quan trọng của ngành năng lượng tái tạo và đang trải qua sự phát triển đáng kể trên toàn cầu. Nhiều quốc gia đã đầu tư mạnh mẽ vào phát triển công nghệ điện gió, xây dựng các trạm điện gió trên đất liền và trên biển. Với tiềm năng gió dồi dào và không giới hạn, điện gió có khả năng đáp ứng một phần lớn nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai và đóng góp vào việc xây dựng một hệ thống năng lượng bền vững và đảm bảo.

Trong quá trình khai thác năng lượng từ gió, các thiết bị khảo sát gió đóng một vai trò quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của các tuabin gió. Các thiết bị này thường là các cảm biến đo gió, các thiết bị đo lường tốc độ và hướng gió tại mặt đất, tham khảo thêm các công nghệ khảo sát gió tại đây .

Thiết bị khảo sát gió tại mặt đất ZX300 

Cách hoạt động của hệ thống điện gió

• Nguyên lý hoạt động của các cột máy cánh quạt: Hệ thống điện gió hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản của cánh quạt chuyển động dưới tác động của sức gió. Cánh quạt thường được gắn trên các cột cao, được đặt tại những vị trí có lưu lượng gió đủ lớn. Khi gió thổi qua cánh quạt, năng lượng cơ học của sức gió được chuyển đổi thành năng lượng quay của cánh quạt.
• Quá trình biến đổi sức gió thành điện năng: Cánh quạt kết nối với một trục xoay, qua đó truyền động cho một máy phát điện. Máy phát điện sử dụng nguyên tắc của vi sóng điện từ để chuyển đổi năng lượng cơ học từ quay của trục thành điện năng. Dòng điện được tạo ra sau đó được điều khiển và điều chỉnh để phù hợp với điện áp và tần số của lưới điện hoặc lưu trữ trong pin.
• Các thành phần chính của một trạm điện gió: Trạm điện gió thường bao gồm các thành phần chính như cột máy cánh quạt, cánh quạt, trục xoay, máy phát điện, bộ điều khiển và hệ thống kết nối với lưới điện. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng và đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống.

Thách thức và cơ hội của điện gió

• Thách thức về vị trí và điều kiện thời tiết: Một trong những thách thức lớn nhất của điện gió là vị trí và điều kiện thời tiết. Việc tìm kiếm vị trí phù hợp, có gió đủ mạnh và ổn định để xây dựng trạm điện gió có thể là một thách thức đối với các nhà đầu tư. Ngoài ra, các điều kiện thời tiết cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của các tuabin gió, đặc biệt là trong những khu vực có thời tiết biến đổi và khí hậu cực đoan.
• Khả năng tích hợp vào lưới điện truyền thống: Việc tích hợp điện gió vào lưới điện truyền thống cũng đặt ra nhiều thách thức. Do sự biến đổi không ổn định của nguồn năng lượng gió, cần phải có các giải pháp lưu trữ hoặc các nguồn năng lượng dự phòng để đảm bảo ổn định cho hệ thống điện. Ngoài ra, cần phải nâng cấp hạ tầng lưới điện để có thể chịu tải cao hơn từ các trạm điện gió và phân phối năng lượng một cách hiệu quả.

Mặc dù có những thách thức, ngành công nghiệp điện gió cũng đem lại nhiều cơ hội phát triển và đổi mới. Việc nâng cao hiệu suất của các tuabin gió và giảm chi phí sản xuất có thể mở ra cơ hội lớn cho việc triển khai rộng rãi hơn. Đồng thời, sự ý thức về biến đổi khí hậu cũng tạo động lực mạnh mẽ để đầu tư vào điện gió và phát triển các giải pháp mới trong ngành.

Năng lượng nước

Năng lượng nước là nguồn năng lượng tái tạo được tạo ra từ sức mạnh của dòng nước, thông qua việc chuyển đổi năng lượng cơ học của dòng nước thành năng lượng điện. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho hàng triệu người trên khắp thế giới và là một phần không thể thiếu trong việc đảm bảo an sinh xã hội và phát triển kinh tế. Đây là một nguồn năng lượng tái tạo không thể thiếu.

Từ các nhà máy thủy điện lớn đến các hệ thống nhỏ hơn như micro-hydro, năng lượng nước đang đóng góp vào việc đảm bảo nguồn cung điện ổn định và bền vững. Tiềm năng phát triển của năng lượng nước còn rất lớn, đặc biệt là ở các khu vực có dòng nước dồi dào và không gian phát triển hợp lý. Điều này tạo ra một cơ hội lớn cho việc mở rộng và phát triển nguồn cung cấp điện bền vững và không gây ô nhiễm từ năng lượng nước trên toàn cầu.

Trong quá trình vận hành thủy điện, việc giám sát động đất đóng vai trò vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn cho cả công trình và cộng đồng xung quanh. Các thiết bị giám sát động đất được sử dụng để theo dõi và phân tích các biến động trong địa chất do tác động của nước chảy và hoạt động của tự nhiên. Các thiết bị được đặt tại các điểm chiến lược trên công trình thủy điện để ghi nhận các biến động nhỏ, từ những dao động nhẹ đến các biến cố động đất nghiêm trọng. Thông tin từ các thiết bị này được sử dụng để đưa ra các cảnh báo và hành động phòng ngừa kịp thời, giảm thiểu nguy cơ tai nạn và hậu quả có thể xảy ra. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự an toàn và ổn định của cả công trình thủy điện và môi trường xung quanh.

Thiết bị giám sát động đất GMSplus 

Cách hoạt động của hệ thống năng lượng nước

Nguyên lý hoạt động của các nhà máy thủy điện: Các nhà máy thủy điện hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng cơ học của dòng nước thành năng lượng điện. Thông thường, một nhà máy thủy điện bao gồm một đập để tạo ra một hồ chứa nước lớn, một hệ thống đường ống hoặc kênh để hướng dòng nước từ hồ chứa đến một độ cao thích hợp, và các máy phát điện để chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng.

Quá trình biến đổi năng lượng nước thành điện năng: Dòng nước từ hồ chứa được dẫn qua các đường ống hoặc kênh đến máy phát điện. Khi dòng nước đi qua, nó tạo ra áp lực và lực đẩy, làm quay cánh quạt của máy phát điện. Cánh quạt quay tạo ra năng lượng cơ học, và sau đó được chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua máy phát điện.

Các loại nhà máy thủy điện: Có nhiều loại nhà máy thủy điện như thủy điện chiến lược đa mục tiêu, thủy điện bậc thang, thủy điện có hồ chứa điều tiết…. Mỗi loại thủy điện sử dụng công nghệ và phương pháp khác nhau để tận dụng năng lượng của dòng nước. Các công nghệ mới như tuabin có hiệu suất cao và hệ thống kiểm soát tự động đã được phát triển để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong ngành năng lượng nước.

Thách thức và cơ hội của năng lượng nước

Mặc dù năng lượng nước được xem là một nguồn năng lượng tái tạo, nhưng việc xây dựng các công trình thủy điện có thể gây ra tác động lớn đến môi trường và sinh thái. Việc ngăn cản sự di chuyển của các loài cá, làm thay đổi dòng chảy của nước và ảnh hưởng đến sự sinh sản của các loài động vật có thể gây ra những tác động không mong muốn đến hệ sinh thái nước đang tồn tại.
Mặc dù có những thách thức, ngành công nghiệp năng lượng nước vẫn đang mang lại nhiều cơ hội phát triển và đổi mới. Việc sử dụng công nghệ tiên tiến như hệ thống thông minh và cảm biến có thể giúp tối ưu hóa hoạt động của các nhà máy thủy điện và giảm thiểu tác động đến môi trường. Ngoài ra, việc phát triển các công nghệ mới như tuabin hiệu suất cao cũng mở ra cơ hội để tăng cường sản xuất điện từ năng lượng nước và giảm chi phí sản xuất.

Năng lượng sinh học

Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng được sản xuất từ các nguồn tài nguyên sinh học, bao gồm sinh vật và chất hữu cơ, thông qua các phương pháp như cháy, lên men, hoặc sinh học phân hủy. Đây là một loại năng lượng tái tạo và bền vững, không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch mà còn giúp giảm lượng khí thải gây hại cho môi trường.

Năng lượng sinh học đang trải qua sự phát triển nhanh chóng trên toàn cầu. Các công nghệ mới như biofuel, biogas, và biomass đã được phát triển và áp dụng rộng rãi. Tiềm năng của năng lượng sinh học là rất lớn, đặc biệt là ở các khu vực có sự phong phú về nguồn tài nguyên sinh học, như các vùng nông thôn, rừng già, và các đồng cỏ. Việc tận dụng năng lượng từ các nguồn tài nguyên sinh học cung cấp một cơ hội lớn để phát triển các hệ thống năng lượng sạch và đóng góp vào mục tiêu giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu.

Cách hoạt động của nhà máy điện sinh khối

Nhà máy điện sinh khối hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng từ nguồn nguyên liệu sinh học thành điện năng. Dưới đây là cách hoạt động cơ bản của một nhà máy điện sinh khối:

Thu thập nguyên liệu: Nguyên liệu sinh học như rơm, cây cỏ, bã cỏ, bã rơm được thu thập từ các nguồn khác nhau. Đối với các nhà máy lớn, việc thu thập và chuẩn bị nguyên liệu là một quy trình quan trọng và đòi hỏi sự tổ chức kỹ lưỡng.

Chế biến nguyên liệu: Nguyên liệu được chế biến trước khi được đưa vào quá trình nhiên liệu. Các quá trình chế biến có thể bao gồm nghiền, cắt, nghiền nát hoặc xử lý hóa học để tạo ra sản phẩm dễ đốt hơn và dễ xử lý hơn.

Nhiên liệu đốt: Nguyên liệu chế biến được đưa vào lò đốt. Trong lò, nguyên liệu cháy ở nhiệt độ cao dưới sự kiểm soát của không khí và / hoặc oxi.

Tạo hơi nước: Nhiệt từ quá trình đốt cháy được sử dụng để nấu nước trong hệ thống nồi hơi. Nước được nung nóng để tạo thành hơi nước, làm chuyển động tuabin.

Tuabin và máy phát điện: Hơi nước được dẫn qua tuabin, làm quay cánh quạt của tuabin và tạo ra động lực cần thiết để vận hành máy phát điện. Máy phát điện biến đổi năng lượng cơ thành điện năng.

Hệ thống làm mát và xử lý khí thải: Nhiệt độ của hơi nước càng cao, hiệu suất càng tốt. Sau khi hơi nước đã đi qua tuabin, nó được làm mát và chuyển đổi trở lại thành nước. Khí thải từ quá trình đốt cháy cũng được xử lý thông qua các hệ thống lọc và xử lý khác nhau để giảm thiểu tác động đến môi trường.

Phân phối điện: Điện được sản xuất được kết nối với lưới điện quốc gia để cung cấp cho người tiêu dùng hoặc các cơ sở công nghiệp khác nhau.

Thách thức và cơ hội của điện sinh khối

Thách thức về hiệu suất và khả năng cung cấp

Hiệu suất sản xuất: Mặc dù điện sinh khối được coi là một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng, nhưng thách thức lớn nhất đối mặt là tăng cường hiệu suất sản xuất. Quá trình chuyển đổi sinh khối thành điện năng thường gặp phải tổn thất năng lượng, đặc biệt là trong quá trình đốt cháy. Việc tối ưu hóa quy trình công nghệ và tăng cường hiệu suất biến đổi là cần thiết để giảm thiểu tổn thất và tăng cường hiệu suất của hệ thống.

Khả năng cung cấp ổn định: Một thách thức khác là khả năng cung cấp ổn định của điện sinh khối. Do nguồn nguyên liệu thô, như rơm, cỏ, hoặc cành cây, thường không đồng đều trong suốt cả năm, việc duy trì một nguồn cung ổn định có thể gặp khó khăn. Cần có các giải pháp lưu trữ hoặc các nguồn năng lượng dự phòng để đảm bảo ổn định trong cung cấp điện.

Cơ hội và triển vọng

• Giảm thiểu khí thải: Một trong những cơ hội lớn của điện sinh khối là khả năng giảm thiểu khí thải. Thay vì đốt cháy các nguyên liệu hóa thạch, việc sử dụng sinh khối như rơm, cỏ, hoặc gỗ thải có thể giúp giảm thiểu lượng khí thải gây hại ra môi trường, đóng góp vào mục tiêu giảm thiểu biến đổi khí hậu.
• Phát triển kinh tế địa phương: Việc sử dụng nguồn nguyên liệu sinh học có thể tạo ra cơ hội kinh tế địa phương. Điện sinh khối thường sử dụng các loại nguyên liệu thô địa phương như rơm, cỏ, hoặc gỗ thải, tạo ra một thị trường tiêu thụ mới cho các nông dân và người làm công viên.

Mọi thông tin chi tiết xin vui lòng liên hệ:

• Trung tâm Giải pháp Phần mềm và Thiết bị Công nghệ - Công ty cổ phần Công nghệ và Tư vấn CIC
• Hotline: 0976 268 036 / 024 3974 1373