Năng lượng tái tạo với nguồn cung cấp dường như vô tận từ tự nhiên, đang trở thành trụ cột cho một tương lai bền vững. Chuyển đổi sang sử dụng năng lượng tái tạo không chỉ giúp bảo vệ môi trường, giảm thiểu biến đổi khí hậu mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm mới và thúc đẩy phát triển kinh tế. Hãy cùng GREEN IN tìm hiểu năng lượng tái tạo là gì và các loại năng lượng tái tạo phổ biến trong nội dung dưới đây!
1. Năng lượng tái tạo là gì?
Năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên được bổ sung với tốc độ cao hơn mức tiêu thụ. ví dụ như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, sinh học, đại dương và địa nhiệt.
Năng lượng tái tạo không chỉ là giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch mà còn là tương lai của ngành năng lượng, hứa hẹn một nguồn cung cấp năng lượng sạch, bền vững và đa dạng cho các ứng dụng từ sản xuất điện, đun nước nóng đến vận tải và các hệ thống năng lượng độc lập ở nông thôn.
2. Các loại năng lượng tái tạo
Hiện nay có rất nhiều loại năng lượng tái tạo, trong đó phổ biến và ứng dụng hiệu quả nhất phải kể đến 8 hình thức sau:
2.1. Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là một món quà vô giá từ thiên nhiên, không chỉ cung cấp ánh sáng và nhiệt mà còn là nguồn năng lượng sạch vô tận. Qua hàng ngàn năm, con người đã biết tận dụng ánh nắng mặt trời để trồng trọt, sấy khô thực phẩm. Tuy nhiên, phải đến khi công nghệ tế bào quang điện ra đời, chúng ta mới có cơ hội khai thác được một phần tiềm năng của nguồn năng lượng này.
Các tấm quang năng còn gọi là tấm pin mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện, có khả năng chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Năng lượng mặt trời là một loại năng lượng sạch. Năng lượng mặt trời hầu như không gây ra ô nhiễm môi trường, không thải ra khí nhà kính, góp phần bảo vệ trái đất. Bên cạnh đó, năng lượng mặt trời còn giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
2.2. Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là một nguồn năng lượng sạch và bền vững, khai thác nhiệt lượng khổng lồ từ lòng Trái Đất. Quá trình sản xuất điện từ nguồn này diễn ra khi hơi nước hoặc chất lỏng nóng sâu dưới lòng đất được đưa lên bề mặt, tạo ra áp suất cao và nhiệt độ lớn. Hơi nước này sẽ quay các tuabin, qua đó sản sinh ra điện năng.
Các khu vực có hoạt động địa chất mạnh như Iceland, New Zealand, hay các vùng núi lửa, là những địa điểm lý tưởng để khai thác năng lượng địa nhiệt. Tại đây, nhiệt độ dưới lòng đất có thể lên tới hàng trăm độ C, cung cấp nguồn năng lượng dồi dào và ổn định.
So với các nguồn năng lượng hóa thạch, năng lượng địa nhiệt không gây ra khí thải nhà kính, giảm thiểu đáng kể tác động tiêu cực đến môi trường. Bên cạnh việc phát điện, năng lượng địa nhiệt còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như làm nóng không khí, nước nóng, và thậm chí là trồng trọt.
2.3. Năng lượng thủy điện
Năng lượng thủy điện, hay thủy năng, tận dụng sức mạnh của dòng nước chảy để tạo ra điện năng. Con người đã khai thác nguồn năng lượng này từ hàng nghìn năm trước, đến đầu thế kỷ 21, thủy điện đã trở thành nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất thế giới, chiếm hơn 18% tổng công suất phát điện toàn cầu vào năm 2019.
Nguyên lý hoạt động của thủy điện dựa trên sự chuyển hóa thế năng của nước thành điện năng. Nước được dẫn từ một độ cao nhất định xuống một độ cao thấp hơn qua các tua bin. Trong quá trình này, thế năng của nước chuyển thành động năng, làm quay tuabin và kích hoạt máy phát điện sản sinh ra dòng điện. Sau khi đi qua tua bin, nước được xả trở lại nguồn nước ban đầu với vận tốc gần như bằng không và thế năng thấp hơn.
Ưu điểm nổi bật của thủy điện là khả năng giảm thiểu lượng khí thải nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường. Bên cạnh đó, thủy điện còn đóng vai trò quan trọng trong điều hòa hệ thống điện, cung cấp năng lượng ổn định và hỗ trợ các nguồn năng lượng tái tạo khác như gió và mặt trời.
Thủy điện được phân loại thành hai loại chính dựa trên công suất lắp máy: thủy điện lớn và thủy điện nhỏ. Thủy điện lớn là những nhà máy có công suất trên 30 MW, trong khi đó, thủy điện nhỏ có công suất dưới ngưỡng này. Sự phân chia này không phụ thuộc vào quy mô của sông mà hoàn toàn dựa trên khả năng sản xuất điện năng của nhà máy.
Ví dụ: Thủy điện Đa Nhim được xây dựng trên con sông rất nhỏ cùng tên, công suất 160 MW, được xếp vào loại hình thủy điện lớn.
2.4. Năng lượng gió
Quá trình tạo ra điện từ gió khá đơn giản: khi gió thổi vào các cánh quạt của tua bin gió, chúng sẽ quay và truyền động năng đến máy phát điện. Máy phát điện sau đó chuyển đổi động năng này thành điện năng sạch, không gây ô nhiễm môi trường.
So với các nguồn năng lượng hóa thạch, năng lượng gió có ưu điểm vượt trội là hầu như không phát thải khí nhà kính, góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, năng lượng gió cũng có hạn chế nhất định. Do tính chất thất thường của gió, sản lượng điện từ các nhà máy điện gió có thể biến động tùy thuộc vào tốc độ gió. Để khắc phục hạn chế này, các hệ thống dự báo thời tiết và lưới điện thông minh đang được phát triển để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng gió.
2.5. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học là một dạng năng lượng tái tạo được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ có thể tái sinh như thực vật, động vật và chất thải. Các nguồn nguyên liệu này có thể kể đến như dầu thực vật (đậu nành, hướng dương), mỡ động vật, ngũ cốc (ngô, lúa mì), chất thải nông nghiệp (rơm rạ, bã mía) và thậm chí cả chất thải hữu cơ từ các nhà máy công nghiệp.
Trong quá khứ, nhiên liệu sinh học chủ yếu được sử dụng như một nguồn năng lượng thay thế nhỏ lẻ. Tuy nhiên, trước bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và mối quan ngại về biến đổi khí hậu, nhiên liệu sinh học đã trở thành một giải pháp năng lượng tái tạo tiềm năng. Nhiều quốc gia trên thế giới đã đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
2.6. Năng lượng sóng biển
Tiềm năng của năng lượng sóng biển trên toàn cầu là rất lớn, với ước tính có thể khai thác được 29.500 TWh/năm. Nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước châu Âu, đã tiên phong trong việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ khai thác năng lượng sóng. Các trạm điện chạy bằng năng lượng sóng với công suất từ vài chục kW đến vài MW đã được xây dựng và vận hành thành công, cung cấp điện cho các khu dân cư, đảo xa và các ứng dụng khác.
Việt Nam với hơn 3000 km bờ biển, sở hữu tiềm năng năng lượng sóng dồi dào. Việc khai thác nguồn năng lượng này không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là các vùng ven biển và hải đảo.
Công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển hiện nay rất đa dạng, được phân loại dựa trên vị trí lắp đặt: trên bờ (onshore), gần bờ (nearshore) và xa bờ (offshore).
- Thiết bị trên bờ: Được đặt trực tiếp trên bờ hoặc trong các cấu trúc cố định như đập, dễ bảo trì nhưng hiệu suất khai thác năng lượng thường thấp do sóng yếu hơn.
- Thiết bị gần bờ: Nằm ở vùng nước sâu trung bình, có thể là cấu trúc nổi hoặc cố định. Loại thiết bị này tận dụng được năng lượng sóng tốt hơn nhưng phải đối mặt với các thách thức về độ bền và chi phí lắp đặt.
- Thiết bị xa bờ: Đặt ở vùng nước sâu, khai thác được năng lượng sóng mạnh mẽ nhất nhưng đòi hỏi công nghệ cao, chi phí lớn và khó bảo trì.
Mỗi loại thiết bị đều có những ưu và nhược điểm riêng, cần có các giải pháp kỹ thuật phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Lựa chọn loại thiết bị nào sẽ phụ thuộc vào điều kiện địa lý, thủy văn và mục tiêu khai thác năng lượng của từng khu vực.
2.7. Năng lượng thủy triều
Năng lượng thủy triều được tạo ra từ sự lên xuống của thủy triều do tương tác hấp dẫn giữa Trái Đất, Mặt Trời và Mặt Trăng, được xem là một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng. Khi thủy triều chảy qua các eo biển hoặc cửa sông, động năng của dòng nước có thể được chuyển đổi thành điện năng thông qua các tuabin thủy điện đặc biệt. Những vị trí lý tưởng để khai thác năng lượng thủy triều là các khu vực có biên độ thủy triều lớn và dòng chảy mạnh.
So với các nguồn năng lượng tái tạo khác như gió, năng lượng thủy triều có một ưu thế nổi bật: nước có mật độ lớn hơn không khí, do đó cùng một kích thước tuabin sẽ tạo ra công suất lớn hơn nhiều. Đồng nghĩa với năng lượng thủy triều có thể cung cấp một nguồn điện ổn định và đáng tin cậy hơn.
Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, tổng tiềm năng năng lượng từ sóng, thủy triều và dòng hải lưu trên toàn cầu là rất lớn, đủ để cung cấp điện cho hàng triệu hộ gia đình. Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng thủy triều còn gặp phải những thách thức nhất định như chi phí đầu tư ban đầu cao, tác động đến môi trường và các yếu tố kỹ thuật phức tạp.
2.8. Năng lượng dòng hải lưu
Miền Trung Việt Nam sở hữu 7 trong tổng số 12 điểm có dòng chảy mạnh nhất bờ Tây Thái Bình Dương. Tốc độ dòng hải lưu tại đây đạt từ 1,05 đến 1,26 m/s, đủ mạnh để cung cấp năng lượng cho cả một quốc gia. Với chiều dài dòng hải lưu lên tới 1.000km, độ sâu trung bình 10-35m và độ rộng khoảng 24km, Việt Nam hoàn toàn có thể khai thác nguồn năng lượng này để thay đổi bộ mặt kinh tế.
Một trong những công nghệ hứa hẹn nhất để tận dụng dòng hải lưu là mô hình "trống quay". Tuabin hình trụ rỗng nhờ lực đẩy Archimedes sẽ tự động quay theo dòng chảy, chuyển đổi động năng thành cơ năng với hiệu suất lên tới 99,6%.
So với các công nghệ hiện tại như tua bin gió (hiệu suất 70%), tuabin "trống quay" dự kiến đạt hiệu suất 63% trong quá trình chuyển đổi cơ năng thành điện năng. Con số này cho thấy, Việt Nam đang sở hữu một công nghệ đột phá, có thể cung cấp nguồn năng lượng tái tạo sạch, bền vững và dồi dào cho tương lai.
Lời kết
Năng lượng tái tạo đang ngày càng khẳng định vị thế quan trọng trong cuộc chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Nhờ vào tính ổn định và giá cả cạnh tranh ngày càng tăng, năng lượng tái tạo đã trở thành một nguồn thu hút đáng kể các khoản đầu tư xanh. Qua bài viết này, GREEN IN hy vọng đã giúp quý độc giả hiểu rõ hơn về năng lượng tái tạo và các loại năng lượng tái tạo phổ biến hiện nay.