Tài liệu Đề cương bài giảng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (áp dụng cho hệ trung cấp)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP CAO SU Vì chất lượng nguồn nhân lực Cao su Việt Nam ĐT: 06513 879787 Fax: 06513 870291 www.ric.edu.vn ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ (Áp dụng cho hệ trung cấp) LƯU HÀNH NỘI BỘ BÌNH PHƯỚC 2012 Lời nói đầu Các nguồn năng lượng trên thế giới hiện nay chủ yếu được khai thác từ năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch như dầu mỏ, than đá, khí đốt...) sẽ cạn kiệt trong một tương lai không xa. Bên cạnh đó, chất thải trong quá trình sử dụng năng lượng là tác nhân gây ra các vấn đề về môi trường cũng như sự ấm lên toàn cầu của khí hậu trái đất. Do vậy, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là vấn đề hết sức cấp bách trong giai đoạn hiện nay góp phần làm bình ổn thị trường năng lượng thế giới nói chung, góp phần đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nói riêng, và cải thiện môi trường sống mà con người phải trực tiếp gánh chịu. Đề cương bài giảng SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ này được biên soạn để làm tài liệu chính thức dùng cho học sinh trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su. Đề cương bài giảng này dựa trên cơ sở Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (đã được kỳ họp thứ 7, Quốc hội khóa XII thông qua ngày 17/06/2010, và đã được Văn phòng Chủ tịch nước đã tổ chức họp báo công bố Lệnh của Chủ tịch nước về việc công bố Luật ngày 9/7/2010, đầu năm 2011 đã được ban hành). Đề cương còn dựa trên các nội dung chính của các giáo trình trước đây do các đồng chí Nguyễn Trọng Phượng; Nguyễn văn Tuyên biên soạn và các cuốn sách, bài báo của J. Priest, Raven, Berg, Johnson, Wanyue Wang, Yunshan Han, Grant D. Jacobsen, Matthew J. Kotchen, Qing Ye, Zengjun Yang, Per Ljung viết. Nhân đây chúng tôi cũng xin phép các tác giả - những người đã biên soạn các cuốn sách mà tôi dùng làm tài liệu tham khảo cho phép tôi sử dụng trong công tác giảng dạy và tài liệu tham khảo. Tuy đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót, rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô giáo và các học sinh để Đề cương bài giảng ngày càng được hoàn thiện hơn. THS. VŨ PHẠM LAN ANH Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 1/64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp MỤC LỤC Lời nói đầu ............................................................................................................ 1 Mục lục .................................................................................................................. 2 CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU ....................................................................................... 8 1.1. Giới thiệu môn học ........................................................................................ 8 1.1.1. Sự cần thiết của môn học .................................................................. 8 1.1.2. Giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ......................... 8 1.2. Khái niệm SDNL TK&HQ ........................................................................... 8 1.2.1. Khái niệm sử dụng năng lượng tiết kiệm ......................................... 8 1.2.2. Khái niệm sử dụng năng lượng hiệu quả .......................................... 9 1.2.3. Khái niệm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ....................... 9 1.3. Vai trò của việc SDNL TK&HQ đối với đời sống của con ngƣời ............. 9 1.3.1. Sự cần thiết phải SDNL TK&HQ .................................................... 9 1.3.2. Vai trò của việc SDNL TK&HQ đối với đời sống của con người .... 9 1.4. Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc SDNL TK&HQ .............................. 10 1.4.1. Tầm quan trọng của việc SDNL TK&HQ ...................................... 10 1.4.2. Ý nghĩa của việc SDNL TK&HQ ................................................... 10 CÂU HỎI ÔN TẬP KẾT THÚC CHƢƠNG I ................................................. 11 CHƢƠNG II: NĂNG LƢỢNG .......................................................................... 11 2.1. Khái niệm năng lƣợng ................................................................................ 11 2.1.1. Năng lượng ...................................................................................... 11 2.1.2. Năng lượng sơ cấp ........................................................................... 12 Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 2|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp 2.1.3. Năng lượng thứ cấp ......................................................................... 12 2.2. Các loại năng lƣợng đƣợc sử dụng trong sản xuất và đời sống .............. 12 2.2.1. Phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng .................................... 12 2.2.2. Phân loại theo mức độ ô nhiễm môi trường .............................................. 26 2.3. Vai trò của năng lƣợng đối với đời sống con ngƣời ................................. 27 2.3.1. Vai trò của năng lượng đối với thế giới hiện tại ............................. 27 2.3.2. Vai trò của năng lượng đối với Việt Nam ....................................... 28 2.3.3. Vai trò của việc năng lượng đối với đời sống con người ............... 29 2.4 Tình hình khai thac tài nguyên năng lƣợng và ảnh hƣởng đối với môi trƣờng .................................................................................................................. 29 2.4.1. Tình hình khai thác năng lượng....................................................... 31 2.4.2. Ảnh hưởng đối với môi trường ....................................................... 33 2.5 Xu hƣớng sử dụng nguồn tài nguyên năng lƣợng hiện nay...................... 34 2.5.1. Xu hướng sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng Việt Nam hiện nay34 2.5.2. Xu hướng sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng trên thế giới hiện nay .................................................................................................. 35 CÂU HỎI ÔN TẬP KẾT THÚC CHƢƠNG II ............................................... 37 CHƢƠNG III: CHÍNH SÁCH VỀ SDNL TK&HQ ....................................... 38 3.1. Những qui định chung ................................................................................ 38 3.1.1. Đối tượng và phạm vi ...................................................................... 38 3.1.2. Các khái niệm chung ....................................................................... 38 3.1.3. Các nguyên tắc SDNL TK&HQ ...................................................... 40 3.1.4. Chiến lược, qui hoạch, chương trình sử dụng năng lượng .............. 40 Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 3|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp 3.1.5. Thống kê về sử dụng năng lượng .................................................... 40 3.1.6. Các hành vi bị cấm ......................................................................... 41 3.2. Chính sách của Nhà nƣớc về SDNL TK&HQ .......................................... 41 3.2.1. Biện pháp ......................................................................................... 42 3.2.2. Chính sách khuyến khích ................................................................ 42 3.2.3. Chính sách tài chính ........................................................................ 42 3.2.4. Chính sách đầu tư ............................................................................ 42 3.3. Quản lý việc sử dụng năng lƣợng của cơ sở sử dụng năng lƣợng trọng điểm ...................................................................................................................... 42 3.3.1. Cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm ............................................ 42 3.3.2. Trách nhiệm của cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm ................. 42 3.3.3. Kiểm soát năng lượng đối với cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm42 3.3.4. Điều kiện, nhiệm vụ của người quản lý năng lượng tại cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm .......................................................... 42 3.3.5. Trách nhiệm quản lý nhà nước đối với cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm ...................................................................................... 45 3.4. Quản lý phƣơng tiện, thiết bị sử dụng năng lƣợng .................................. 45 3.4.1. Biện pháp quản lý sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đối với phương tiện, thiết bị ....................................................................... 45 3.4.2. Xây dựng, công bố tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng, mức hiệu suất năng lượng tối thiểu ....................................................................... 45 3.4.3. Dán nhãn năng lượng ...................................................................... 46 3.4.4. Quản lý phương tiện, thiết bị dưới mức hiệu suất năng lượng tối thiểu ................................................................................................ 46 Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 4|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp 3.5. Trách nhiệm quản lý nhà nƣớc về sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả ........................................................................................................................ 46 3.5.1. Trách nhiệm của nhà nước về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả .................................................................................................. 46 3.5.2. Trách nhiệm của Bộ Công Thương về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả...................................................................................... 47 3.5.3. Trách nhiệm của Ủy ban nhân dân cấp tỉnh về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ...................................................................... 47 CÂU HỎI ÔN TẬP KẾT THÚC CHƢƠNG III .............................................. 47 CHƢƠNG IV: PHƢƠNG PHÁP SDNL TK&HQ .......................................... 48 4.1. Điện năng và quá trình sản xuất - truyền tải - phân phối điện năng..... 48 4.1.1. Điện năng......................................................................................... 48 4.1.2. Quá trình sản xuất - truyền tải - phân phối điện năng .................... 49 4.2. Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất công nghiệp 47 4.2.1. Trách nhiệm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của cơ sở sản xuất công nghiệp ...................................................................... 50 4.2.2. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong cơ sở sản xuất, chế biến, gia công sản phẩm hàng hoá .................................. 51 4.2.3. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong cơ sở chế tạo, sửa chữa phương tiện, thiết bị ................................................. 51 4.2.4. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong cơ sở khai thác mỏ ................................................................................... 52 4.2.5. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong cơ sở sản xuất, cung cấp năng lượng.............................................................. 52 Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 5|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp 4.2.6. Trách nhiệm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp ......................................................... 53 4.3. Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong xây dựng, chiếu sáng công cộng ............................................................................................................ 53 4.3.1. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động xây dựng ................................................................................ 53 4.3.2. Trách nhiệm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong chiếu sáng công cộng ............................................................................... 53 4.4. Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong giao thông vận tải...... 54 4.4.1. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động giao thông vận tải .................................................................. 54 4.4.2. Trách nhiệm của tổ chức, cá nhân sản xuất, nhập khẩu thiết bị, phương tiện vận tải ......................................................................... 54 4.5. Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp 55 4.5.1. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp .................................................................................... 55 4.5.2. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong thủy lợi55 4.5.3. Giảm tổn thất điện năng và sử dụng năng lượng tái tạo trong sản xuất nông nghiệp, nông thôn .......................................................... 55 4.6. Sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong họat dộng dịch vụ và hộ gia đình ................................................................................................................ 55 4.6.1. Biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hộ gia đình ................................................................................................. 56 4.6.2. Trách nhiệm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động dịch vụ ................................................................................... 56 Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 6|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp 4.7. Biện pháp thúc đẩy sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả .............. 56 4.7.1. Biện pháp của Nhà nước trong việc thúc đẩy SDNL TK&HQ ...... 56 4.7.2. Biện pháp của các tổ chức trong việc thúc đẩy SDNL TK&HQ .... 57 4.7.3. Biện pháp của cá nhân trong việc thúc đẩy SDNL TK&HQ .......... 58 CÂU HỎI ÔN TẬP KẾT THÚC CHƢƠNG VI .............................................. 63 Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 64 Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 7|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp CHƢƠNG I MỞ ĐẦU 1.1. Giới thiệu môn học Ngày nay, việc khai thác, sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng đang trở thành một vấn đề cấp bách mang tính toàn cầu. Sở dĩ như vậy là do nhân loại đang đứng trước hàng loạt nguy cơ mà nguyên nhân của nó chính là vấn đề khai thác, sử dụng năng lượng: những nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch) đang ngày một cạn kiệt, nạn ô nhiễm môi trường và sự nóng lên của khí hậu trái đất do chất thải trong quá trình sử dụng năng lượng. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề năng lượng đối với sự phát triển bền vững, các quốc gia đã xây dựng cho mình một chương trình phát triển năng lượng mà trọng tâm là hướng đến nguồn năng lượng sạch và sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả (SDNLTK&HQ). 1.1.1. Sự cần thiết của môn học Sự thiếu hiểu biết về năng lượng và tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của con người là một trong những các nguyên nhân chính gây nên sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng và huỷ hoại môi trường sinh thái. Do vậy, cần phải giáo dục cho mọi người biết và hiểu về năng lượng, tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sự phát triển bền vững. 1.1.2. Giáo dục sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả Giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là một quá trình hình thành, phát triển ở người học sự hiểu biết, kĩ năng, giá trị và quan tâm tới những vấn đề về SDNLTK&HQ, tạo điều kiện cho người học tham gia vào phát triển xã hội bền vững về sinh thái. Giáo dục nhằm giúp cho mỗi cá nhân và cộng đồng có sự hiểu biết về năng lượng cùng với các vấn đề của nó; những khái niệm cơ bản về năng lượng và sử dụng tiết kiệm, hiệu quả; những tình cảm, mối quan tâm trong việc cải thiện và sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; những kĩ năng giải quyết cũng như thuyết phục các thành viên cùng tham gia; tinh thần trách nhiệm trước những vấn đề năng lượng và có những hành động thích hợp giải quyết vấn đề. Mục đích của giáo dục SDNLTK&HQ: Làm cho các cá nhân và cộng đồng hiểu được tầm quan trọng của năng lượng và của việc sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn năng lượng; đem lại cho người học kiến thức, nhận thức về giá trị, thái độ và kĩ năng thực hành để người học tham gia một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong phòng ngừa và giải quyết các vấn đề năng lượng. 1.2. Khái niệm SDNL TK&HQ 1.2.1. Khái niệm về SDNL tiết kiệm: Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 8|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp - Sử dụng năng lượng tiết kiệm: sử dụng hợp lí, giảm hao phí năng lượng trong quá trình sử dụng. 1.2.2. Khái niệm về SDNL hiệu quả: - Sử dụng năng lượng hiệu quả: đảm bảo thực hiện được các hoạt động cần thiết với mức tiêu phí năng lượng thấp nhất. 1.2.3. Khái niệm về SDNL TK&HQ: - Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lí, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt. [1] 1.3. Vai trò của việc SDNL TK&HQ đối với đời sống của con ngƣời 1.3.1. Sự cần thiết phải SDNL TK&HQ - Do nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch) ngày càng cạn kiệt. - Do ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường của việc sử dụng các nguồn năng lượng phục vụ đời sống con người. - Sức ép dân số và phát triển kinh tế ngày càng gia tăng trong khi các nguồn tài nguyên, nhiên liệu có hạn đang cạn kiệt dần. Chúng ta đã sử dụng nhiên liệu hóa thạch gấp 50,000 lần tốc độ chúng đang được tái tạo lại. Chắc chắn rằng, chúng sẽ không còn tồn tại nữa trong một tương lai không xa. - Giải quyết vấn đề năng lượng đòi hỏi chúng ta không chỉ ưu tiên cho việc phát triển các nguồn năng lượng thay thế mới mà còn cần chú ý đến khía cạnh bảo tồn và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng. Cả bảo tồn và nâng cao hiệu suất năng lượng đều nhằm một mục đích - tiết kiệm năng lượng. - Tiết kiệm năng lượng sẽ đem lại cho chúng ta những ích lợi đáng kể về kinh tế, giảm thiểu suy thoái do việc khai thác và "để dành" được những tài nguyên quý giá cho mai sau. Đó cũng là một thái độ sống có trách nhiệm với cộng động và với thế hệ tương lai. 1.3.2. Vai trò của việc SDNL TK&HQ đối với đời sống của con ngƣời - SDNL TK&HQ có vai trò rất lớn đối với cuộc sống con người, nó quyết định sự tồn tại, phát triển và chất lượng cuộc sống con người. Ngày nay, có thể thấy rõ các vấn đề khủng hoảng năng lượng thường có tác động rất lớn tới kinh tế và xã hội của các nước trên thế giới. Do vậy, nhiều nước đã đưa vấn đề năng lượng thành quốc sách, đặt thành vấn đề “an ninh năng lượng ” đối với sự phát triển quốc gia. - Việc gia tăng khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên năng lượng như hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam đã dẫn đến nguồn tài nguyên năng lượng không tái sinh như than, dầu lửa, khí đốt đang bị cạn kiệt. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 9|64 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp Hình 1.1: Khai thác than lộ thiên tại Tỉnh Quảng Ninh (http://vnexpress.net/gl/xa-hoi/2008/04/3ba017b1/) - Dân số toàn cầu hiện nay đã hơn 6 tỷ người. Muốn duy trì sự phát triển của xã hội cần khai thác được các nguồn tài nguyên lớn trong đó có tài nguyên năng lượng. Cần SDNL TK&HQ để không phụ thuộc vào năng lượng nhập siêu nhằm đẩy mạnh việc phát triển Kinh Tế, An Ninh Quốc Phòng. - Việc khai thác và sử dụng các nguồn nguyên liệu hóa thạch có quy mô càng lớn thì càng ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và làm gia tăng hiệu ứng nhà kính là một trong những nguyên nhân chủ yếu tác động đến môi trường, mà môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Do vậy, việc SDNL TK&HQ có vai trò vô cùng to lớn. [2] 1.4. Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc SDNL TK&HQ 1.4.1. Tầm quan trọng của việc SDNL TK&HQ - Năng lượng là nguồn động lực duy trì sự tồn tại và phát triển của tất cả các ngành kinh tế trong một quốc gia. Do đó, năng lượng nói chung và điện năng nói riêng luôn đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong đời sống chúng ta và quá trình sản xuất, sự khan hiếm và thiếu hụt năng lượng là một trong những nguyên nhân lớn làm hạn chế việc nâng cao chất lượng cuộc sống và kìm hãm sự phát triển kinh tế xã hội. 1.4.2. Ý nghĩa của việc SDNL TK&HQ - Sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả là một trong các giải pháp thiết thực và tối ưu đối với hoàn cảnh của đất nước ta hiện nay. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 10 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp - Hiện nay việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả chính là sự quan tâm không chỉ của một cá nhân, một tổ chức, một quốc gia mà là của toàn thế giới, vì năng lượng hiện nay do con người tạo ra phần lớn từ nguồn năng lượng hoá thạch của trái đất, những nguồn năng lượng đó không phải là vô tận mà còn gây ra ô nhiễm môi trường rất lớn làm biến đổi khí hậu toàn cầu, ảnh hưởng tới đời sống của hàng triệu con người. CÂU HỎI ÔN TẬP CUỐI CHƢƠNG I: Câu 1: Giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là gì? Câu 2: Mục đích của việc giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả? Câu 3: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là gì? Câu 4: Vì sao phải sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả? Câu 5: Vai trò của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đối với đời sống con người? CHƢƠNG II NĂNG LƢỢNG 2.1. Khái niệm năng lƣợng 2.1.1. Năng lƣợng Có nhiều khái niệm khác nhau về năng lượng, một số khái niệm khá phổ biến: - Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng… [3] - Hoặc, năng lượng được định nghĩa là năng lực làm vật thể hoạt động. Có nhiều dạng năng lượng như: động năng làm dịch chuyển vật thể, nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của vật thể… - Hay, năng lượng là dạng vật chất có khả năng sinh công bao gồm nguồn năng lượng sơ cấp: than, dầu, khí đốt và nguồn năng lượng thứ cấp là nhiệt năng, điện năng được sinh ra thông qua quá trình chuyển hoá năng lượng [4] - Trong thời kỳ sơ khai của loài người, nhiệt sinh ra do đốt than hoặc khí chỉ được sử dụng trực tiếp vào việc sưởi ấm và nấu nướng. Sau đó, nhiệt được dùng để chạy máy móc và xe cộ. Ngoài ra, nhiệt còn làm chạy tua bin máy phát điện để sản Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 11 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp xuất điện năng. Điện năng rất tiện lợi, có thể sử dụng ngay lập tức chỉ bằng việc ấn nút nên việc sử dụng rất rộng rãi. - Trong xã hội văn minh ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả không lãng phí. 2.1.2. Năng lƣợng sơ cấp -Năng lượng sơ cấp: tạm hiểu là nguồn năng lượng "thô" có sẵn ngoài thiên nhiên, muốn sử dụng, cần qua một giai đoạn gọi là chuyển hoá năng lượng để trở thành điện năng, nhiệt năng, công năng. 2.1.3. Năng lƣợng thứ cấp - Năng lượng thứ cấp là những năng lượng được sinh ra trong quá trình chuyển hoá những năng lượng thô như nêu trên. 2.2. Các loại năng lƣợng đƣợc sử dụng trong sản xuất và đời sống - Có nhiều loại năng lượng như năng lượng mặt trời tồn tại ở các dạng chính: bức xạ mặt trời, năng lượng sinh học (sinh khối động thực vật), hay năng lượng chuyển động của khí quyển và thuỷ quyển (gió, sóng, các dòng hải lưu, thuỷ triều, dòng chảy sông...), hoặc năng lượng hoá thạch (than, dầu, khí đốt, đá dầu), còn năng lượng lòng đất gồm nhiệt lòng đất biểu hiện ở các các nguồn địa nhiệt, núi lửa và năng lượng phóng xạ tập trung ở các nguyên tố như U, Th, Po,… Chính vì vậy mà năng lượng được phân thành nhiều loại và ó nhiều cách phân loại năng lượng như: dựa theo nguồn gốc của nhiên liệu, phân loại theo mức độ ô nhiễm, phân loại theo trình tự sử dụng… Ở tài liệu này, giới thiệu hai cách phân loại chủ yếu: phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng và phân loại theo mức độ ô nhiễm.[5] 2.2.1. Phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lƣợng - Phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng, có thể chia năng lượng thành hai loại là năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần và năng lượng tái tạo: 2.2.1.1. Năng lƣợng vật chất chuyển hoá toàn phần - Đây là dạng năng lượng mà nhiên liệu sản sinh ra nó không có khả năng tái sinh và mất đi vĩnh viễn. Thành phần chủ yếu của nhóm năng lượng này là các dạng nhiên liệu hoá thạch (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên). Các loại nhiên liệu này được hình thành thông qua sự hoá thạch của động, thực vật trong một thời gian rất dài, tính tới hàng triệu năm. - Năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần là nguồn cung cấp chủ yếu năng lượng cho các hoạt động sản xuất và đời sống của con người. Tính đến những năm đầu thế kỉ XXI, năng lượng hoá thạch cung cấp hơn 85 % tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu, và cung cấp 2/3 nguồn năng lượng tiêu thụ tại Mỹ. Tuy nhiên đây cũng là tác nhân chính làm ô nhiễm môi trường và làm tăng nhiệt độ trái đất. Theo thống kê của Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ, việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hoá thạch Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 12 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp trong hơn 150 năm qua đã khiến trái đất phải hứng chịu khoảng 245 tỉ tấn cacbon điôxít (các tên gọi khác là anhiđrít cacbonic, khí cacbonic, hay gọi theo công thức hóa học là CO2). - Việc tái tạo loại nhiên liệu hoá thạch phải mất tới hàng triệu năm, vì vậy đây là nguồn nhiên liệu được coi là không thể phục hồi, đến một ngày nào đó nó sẽ biến mất khỏi trái đất. 2.2.1.2. Năng lƣợng thay thế (hay năng lƣợng tái tạo) - Năng lượng thay thế là năng lượng thu được từ những nguồn ngoài 3 dạng nhiên liệu hoá thạch đã đề cập ở trên, đó là: năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối, năng lượng nước…. Những nguồn năng lượng mới, tái sinh và không ô nhiễm, dù hiện tại hiệu suất còn chưa cao nhưng hy vọng rằng, trong tương lai, với những tiến bộ khoa học, chúng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn. Hình 2.1: Năng lượng tái tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến (Tổng hợp nhiều hình từ trang mạng http://www.google.com/ với từ khóa” Năng Lượng Thay Thế”)  Năng lƣợng hạt nhân Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 13 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp - Năng lượng hạt nhân là năng lượng có được bằng một trong hai cách: Phân rã hạt nhân các nguyên tử, hoặc kết hợp hạt nhân các nguyên tử. Việc phân rã hạt nhân, hoặc kết hợp hạt nhân nói trên mang lại một nguồn năng lượng khổng lồ. Năng lượng hạt nhân có đặc điểm là một nguồn năng lượng lớn (tính đến năm 2000, Mỹ có 110 nhà máy điện nguyên tử; 70% lượng điện tiêu thụ ở Pháp là từ năng lượng hạt nhân). - NLHN liên quan đến những thay đổi trong hạt nhân nguyên tử, sự liên kết hay phá vỡ lực hạt nhân giữa các nuclon (proton, neutron). Lực hạt nhân này rất lớn, muốn tách một nuclon ra khỏi hạt nhân phải tiêu tốn một năng lượng lớn gấp 1 triệu lần năng lượng cần thiết để bứt một electron ra khỏi lớp vỏ nguyên tử. - Các phản ứng hạt nhân dựa trên sự khai thác thế năng tiềm tàng trong khối lượng các hạt nhân. Có hai phản ứng khác nhau giải phóng ra NLHN: phân hạch và tổng hợp (nhiệt hạch) : + Phản ứng phân hạch: Hạt nhân nặng bị phá vỡ thành các hạt nhân trung bình. + Phản ứng nhiệt hạch: Các hạt nhân nhẹ kết hợp để tạo nên hạt nhân nặng hơn. Hình 2.2: Phản ứng phân hạch (http://thaithanhhoa.edu.vn/vl/index.php?language=vi&nv=news&op=TuLieu-Vat-ly/Phan-ung-hat-nhan-Nang-luong-hat-nhan-32) - Các phản ứng hạt sinh ra năng lượng gấp hàng trăm đến hàng triệu lần năng lượng các phản ứng hoá học thông thường. Năng lượng này lại được giải phóng cùng một lúc, tạo ra lượng nhiệt khổng lồ tiêu hủy tất cả mọi thứ quanh nó. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 14 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp - NLHN có nhiều ưu điểm như: là nguồn năng lượng sạch, rẻ và tương đối an toàn, không phát thải CO2, SOx, NOx gây ô nhiễm không khí. Các nước cung cấp Uranium, nhiên liệu cho điện nguyên tử chủ yếu là Canada, Australia đều là những nước có tình hình chính trị ổn định và có thể cung cấp ổn định. Hơn nữa, vì Uranium có thể phát điện chỉ với một lượng rất nhỏ so với dầu nên có ưu điểm là dễ vận chuyển và bảo quản. Ví dụ, để vận hành nhà máy điện công suất 1000 MW trong vòng một năm thì phải cần tới hơn một triệu tấn dầu, trong khi đó đối với nhiên liệu Uranium thì chỉ cần vài chục tấn. Trong các nhà máy điện nguyên tử, khi nạp nhiên liệu vào lò phản ứng là có thể liên tục phát điện trong vòng 1 năm mà không cần phải thay thế nhiên liệu. Lượng chất thải phóng xạ phát sinh trong nhà máy điện nguyên tử rất ít so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, do vậy có thể quản lý được một cách chặt chẽ, cất giữ và bảo quản an toàn. Hình 2.2: Nhà máy điện hạt nhân Gundremmingen (http://www.khoahoc.com.vn/doisong/moi-truong/giai-phap/28097_Nha-may-dienhat-nhan-dau-tien-cua-Viet-Nam-se-do-Nga-xay-dung.aspx) - Tuy vậy, việc xử lý chất thải hạt nhân và an toàn trong vận hành nhà máy điện nguyên tử vẫn đang là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại. Việc đổ bỏ an toàn các chất phóng xạ hạt nhân là một trong những vấn đề gay go, các chất phóng xạ mức cao phải được cô lập ở những nơi mà khả năng nó nhiễm ra môi trường là thấp nhất. Vị trí bãi đổ cũng phải ổn định về địa chất và không có hoặc có ít dòng chảy có thể lan truyền chúng. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 15 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp - Ứng dụng phản ứng hạt nhân đã mang lại một nguồn năng lượng to lớn khác cho nhân loại, tuy nhiên, nó không thể là giải pháp tối ưu bởi những hậu quả môi trường có khi dài đến hàng thế kỷ mà nó gây ra.  Năng lƣợng mặt trời. - Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng năng lượng lý tưởng, vô tận và không sản sinh ra chất thải gây ô nhiễm môi trường, sẵn có khắp mọi nơi. Năng lượng mặt trời sẽ ngày càng quan trọng trong tương lai. Năng lượng khổng lồ của mặt trời được sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch trong nhân, ở nhiệt độ lên đến 15 triệu độ. Phần lớn năng lượng mặt trời bị phân tán vào vũ trụ, chỉ một phần rất nhỏ của nó đến được trái đất, nhưng "lượng nhỏ" đó cũng đã lên đến 1,73.1014 (10 lũy thừa mũ 14) kW. Cường độ bức xạ mặt trời (BXMT) thay đổi theo vĩ độ, mùa, giờ trong ngày và độ mây che phủ. Vùng vĩ độ thấp, gần xích đạo, nhận được nhiều bức xạ mặt trời hơn vùng vĩ độ cao, gần hai cực. BXMT mùa hè nhiều hơn mùa đông. BXMT có cường độ cao vào buổi trưa và thấp hơn vào bình minh hay hoàng hôn do mây hấp thu một ít NLMT, vì vậy làm giảm cường độ bức xạ. Hình 2.3: Biểu đổ năng lượng mặt trời được sử dụng ngày càng phổ biến ở Thái Lan (http://devi-renewable.com/2011/04/23/thailand-4300mw-nang-luong-tai-tao-nhobieu-gia-fit/) - Sử dụng NLMT về lâu dài sẽ kinh tế và sự tiến bộ của KHKT đang ngày càng nâng cao hiệu suất thu thập NLMT. NLMT được sử dụng theo 2 hướng chính: sưởi ấm nhà cửa bằng hiệu ứng nhà kính và phát điện. NLMT còn là nguồn năng lượng vô hạn và không gây ô nhiễm môi trường. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 16 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp Hình 2.4: Các tấm pin năng lượng mặt trời có trục xoay (http://www.khoahoc.com.vn/congnghemoi/phat-minh/31006_Nhung-cong-nghe-doclam-thay-doi-cuoc-song.aspx) - Tuy nhiên, hạn chế của nó là sự khó khăn trong thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù, mặt khác, chi phí sản xuất còn khá cao. Các công nghệ NLMT hiện nay vẫn chưa phổ biến rộng rãi, phần lớn vì chi phí ban đầu cho việc chuyển hóa năng lượng còn cao và hiệu suất thu thập còn thấp.  Năng lƣợng nƣớc. - Năng lượng dòng nước chảy là năng lượng được sinh ra nhờ sức nước, ví dụ như để chạy máy phát điện (thế năng của nước ở một độ cao nhất định được giữ lại nhờ đập và chuyển thành động năng khi nước chảy qua rãnh tràn (spill way), làm quay tuabin, phát ra điện, hay các "bánh xe nước" đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm, ngoài ra ở một số nơi, người ta cũng đã lợi dụng sức nước để vận chuyển gỗ xuống hạ lưu. - Hiện nay, thủy điện chiếm 6-7% sản lượng điện trên thế giới. Các nước phát triển đã xây dựng đập thủy điện ở hầu hết các vị trí có thể. Thụy Sĩ, Nhật, Canada, Pháp...tiềm lực thủy năng đã cạn. Châu Phi và nam Mỹ có tiềm năng thủy điện lớn nhất nhưng mới chỉ phát triển khoảng 1%. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 17 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp Hình 2.5: Đập thủy điện Hòa Bình – Việt Nam (http://www.vinabooking.vn/kham-pha-du-lich/thong-tin/du-ngoan-tren-thuy-dienhoa-binh-336) - Nước là nguồn tài nguyên phục hồi được, là nguồn năng lượng sạch, hiệu quả và có tiềm năng to lớn, cũng vậy, thủy điện là nguồn năng lượng tương đối sạch và rẻ. Đây Hiện nay, Canada, Mĩ và Brazil là 3 quốc gia đang đứng đầu thế giới về sản lượng điện từ thuỷ năng. - Tuy nhiên, việc xây đập thuỷ điện lại ảnh hưởng sâu sắc tới môi trường xung quanh, làm thay đổi rất lớn hệ sinh thái của thượng nguồn và hạ nguồn. Đập làm thay đổi dòng chảy tự nhiên của con sông, có thể gây ngập trên diện rộng, phá hủy nơi cư trú của động thực vật, ảnh hưởng đến vẻ đẹp cảnh quan xung quanh. -Môi trường nước và đất dưới đập biến đổi theo hướng xấu đi, mặn hóa, chua hóa tăng. Dòng sau đập chỉ còn chảy từ từ, sông không còn lưu thông dễ dàng như trước : độ phì, độ bẩn, kim loại nặng và các chất độc tích tụ, hàm lượng oxy hòa tan giảm, đa dạng sinh học giảm. Nếu vỡ đập thì dân cư và tài sản dưới hạ lưu sẽ rất nguy hiểm. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 18 | 6 4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Áp dụng cho hệ trung cấp Hình 2.6: Mô hình cấu tạo cơ bản của máy phát điện dùng trong các đập thủy điện (http://www.biofuelswatch.com/hydro-power-generators/) - Xây dựng đập tốn kém ban đầu nhưng vận hành thì rẻ. Đập nước tạo thành các hồ chứa nhân tạo nhưng tuổi thọ của hồ có giới hạn, thường 50-200 năm, do với thời gian, bể chứa phủ đầy phù sa tích tụ cho đến khi nó không thể giữ đủ nước để phát điện. Đập giữ phù sa, do đó ngăn trở sự bồi đắp màu mỡ cho các vùng đất nông nghiệp dưới hạ lưu. Dần dần, năng suất nông nghiệp ở vùng cửa sông giảm.  Năng lƣợng sức gió. - Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. - Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên. - Đây là một nguồn tài nguyên vô tận. Sử dụng năng lượng gió không gây ra các vấn đề môi trường quan trọng do gió là nguồn năng lượng sạch, không tạo ra chất thải, không sinh ra SO2, CO2 hay những NOx. Gió không cần "nguyên liệu", nó gần như vô tận, chỉ phải tốn kém cho việc đầu tư thiết bị ban đầu. Vì thế, các công nghệ tiến bộ mới cho thấy năng lượng gió sẽ có thể trở thành nguồn năng lượng quan trọng trong những thập kỷ tới, mặc dù hiện nay, gió chỉ có một vị trí nhỏ trong bức tranh năng lượng. Trường Cao đẳng Công nghiệp Cao su 19 | 6 4