Công nghệ năng lượng xanh

Ngày đăng: 13-11-2023 | Chuyên mục: Công nghệ mới và Tiềm lực KH&CN | Tác giả: Nguyễn Thanh Tùng-Trung tâm Khoa học và Công nghệ

Năng lượng xanh (NLX) là nguồn năng lượng không có chất thải hoặc có chất thải nhưng không gây ô nhiễm không khí và nguồn nước hoặc không ảnh hưởng tới môi trường sống của con người và hệ sinh thái. Các nguồn năng lượng này có khả năng tái tạo, trong khi nhiên liệu hóa thạch là có hạn và đang bị cạn kiệt dần. NLX còn có các tên gọi khác như năng lượng sạch, năng lượng tái tạo, năng lượng mới, hay năng lượng bền vững. Các công nghệ (CN) NLX bao gồm: Điện gió, điện mặt trời, thủy điện, địa nhiệt, các loại pin.

Điện gió: Sử dụng sức gió để tạo ra điện, nhà máy điện gió bao gồm các tuabin gió được lắp đặt tại những nơi có gió mạnh và ổn định. Khi có gió thổi, các cánh quạt của tuabin gió sẽ quay, truyền động đến máy phát điện để tạo ra điện năng. Điện gió là một nguồn năng lượng tái tạo không hạn chế và không có chi phí sản xuất, không gây ra khí thải carbon. Sự phát triển của công nghệ điện gió giúp chúng ta tận dụng tài nguyên thiên nhiên mà không gây tổn hại lớn cho môi trường.

Điện gió Thạnh Phú-Bến Tre. Ảnh: Thanh Tùng.

Điện mặt trời: Là nguồn điện được tạo ra từ công nghệ dựa trên nhiên liệu là năng lượng mặt trời. Hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm hệ thống sử dụng tấm pin quang điện và một số thành phần khác, hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Cấu tạo của hệ thống điện năng lượng mặt trời gồm tấm pin quang điện, bộ hòa lưới điện (thiết bị biến tần inverter), tủ phân phối và bảo vệ DC/AC (tủ điện), khung giá đỡ và các phụ kiện chuyên dụng, hệ thống đo đếm điện năng và giám sát từ xa, hệ thống lưu trữ điện năng (trong hệ thống điện độc lập hoặc hòa lưới có dự trữ). Các tấm pin quang điện tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC này sau đó sẽ được bộ biến tần hoà lưới inverter chuyển thành AC (điện xoay chiều) cùng pha và cùng tần số với điện lưới của hệ thống điện quốc gia. Ở hệ thống điện hòa lưới hoặc hòa lưới có dự trữ, dòng diện mặt trời tạo ra sẽ được hòa vào lưới điện.

Hệ thống điện mặt trời tại Công ty TNHH Thương mại-Sản xuất Nệm Kim Cương.   Ảnh: freesolar.vn.

Thủy điện: Là nguồn điện được tạo ra từ việc tận dụng dòng chảy của nước, chuyển động trong tua bin tạo ra điện. Nguyên tắc hoạt động của thủy điện dựa trên việc chuyển đổi năng lượng thủy động thành năng lượng điện. Một nhà máy thủy điện sẽ bao gồm: đập nước, hồ chứa nước, cống xả, đường ống dẫn, máy phát điện và trạm biến áp. Quá trình hoạt động của thủy điện bắt đầu bằng việc lưu trữ nước ở hồ chứa, sau đó nước được chuyển qua cống xả để tạo ra lưu lượng nước chảy mạnh. Lưu lượng nước này sẽ truyền qua đường ống dẫn, đẩy cánh quạt của tua bin quay và tạo ra sự chuyển động năng lượng. Tua bin sẽ kết nối với máy phát điện, tạo ra điện năng từ năng lượng chuyển động của nước.

Nhà máy thủy điện Sơn La. Ảnh: sonlahpc.com.vn.

Địa nhiệt: Là nguồn nhiệt năng có sẵn trong lòng đất, nguồn năng lượng nhiệt này lấy từ nguồn nhiệt tự nhiên trong lòng quả đất bằng cách khoan sâu xuống lòng đất. Độ biến thiên địa nhiệt trong lỗ khoan vào khoảng 1^oC/36 mét. Nguồn nhiệt này được đưa lên mặt đất dưới dạng hơi nóng hoặc nước nóng. Nguồn nhiệt này có thể sử dụng trực tiếp để sưới ấm các căn hộ hoặc dùng để sản xuất điện năng.

Mô hình hoạt động của nhà máy điện địa nhiệt. Ảnh: AFEST.

Các loại pin: Có nhiều công nghệ pin đã và đang được sử dụng phổ biến để lưu trữ năng lượng, có thể kể đến như pin axit chì (ắc-quy), pin Lithium-ion (pin Li-ion), pin thể rắn, pin oxy hóa-khử Vanadium… Nhờ nguồn năng lượng lưu trữ lớn, tỷ lệ tự xả thấp, công nghệ pin Lithium-ion ngày càng được sử dụng phổ biến trong hầu hết các thiết bị điện gia dụng, lĩnh vực xe điện, các thiết bị an ninh, lưu trữ điện cho mạng lưới điện khu vực và quốc gia… Pin Lithium-ion thậm chí được xem là cốt lõi cho cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư và là “chìa khóa” mở ra tương lai không sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Trong tương lai Pin thể rắn là một kỳ vọng sẽ trở thành giải pháp thay thế cho pin Lithium-ion vì có khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn, được nạp đầy nhanh hơn và tỏa ít nhiệt hơn. Để sản xuất được các loại pin như đã nêu ở trên cần phải có nguyên liệu đầu vào là các khoáng sản và kim loại như  Nhôm, Crôm, Cô ban, Đồng, Graphite, Sắt, Chì, Mangan, Molypden, Niken, Vanadi…

Ứng dụng của Pin Li-ion. Ảnh: thegioididong.com.

Nhiều loại khoáng sản và kim loại được sử dụng trong CNNLX, bao gồm:

Khoáng sản và kim loại đã đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của nhiều CNNLX được sử dụng rộng rãi ngày nay từ tua-bin gió, tấm pin năng lượng mặt trời cho đến xe điện và bộ lưu trữ pin. Khi việc triển khai CNNLX tăng lên, ngành năng lượng cũng đang ngày càng trở thành một phần quan trọng của ngành công nghiệp kim loại và khoáng sản.