Năng lượng sạch là gì?

Ngành công nghiệp năng lượng sạch tạo ra hàng trăm tỷ hoạt động kinh tế và dự kiến ​​sẽ tiếp tục phát triển nhanh chóng trong những năm tới. Có cơ hội kinh tế to lớn cho các quốc gia phát minh, sản xuất và xuất khẩu công nghệ năng lượng sạch.

Các nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, gió, nước, địa nhiệt, năng lượng sinh học và hạt nhân đang được các quốc gia trên thế giới thúc đẩy mạnh trong những năm gần đây. Mỗi nguồn năng lượng mang đến những nguồn lợi nhất định.

Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là năng lượng từ mặt trời được chuyển đổi thành nhiệt năng hoặc năng lượng điện. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và sạch nhất hiện có, và Hoa Kỳ có một số nguồn năng lượng mặt trời phong phú nhất trên thế giới. Công nghệ năng lượng mặt trời có thể khai thác năng lượng này cho nhiều mục đích sử dụng, bao gồm tạo ra điện, cung cấp ánh sáng hoặc môi trường bên trong thoải mái và làm nóng nước cho mục đích sử dụng trong gia đình, thương mại hoặc công nghiệp.

Công nghệ năng lượng mặt trời

Có ba cách chính để khai thác năng lượng mặt trời : quang điện , sưởi ấm và làm mát bằng năng lượng mặt trời. Quang điện tạo ra điện trực tiếp từ ánh sáng mặt trời thông qua một quy trình điện tử và có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho bất cứ thứ gì từ các thiết bị điện tử nhỏ như máy tính và biển báo đường đến nhà và các cơ sở kinh doanh thương mại lớn. Các ứng dụng sưởi ấm & làm mát bằng năng lượng mặt trời (SHC) và năng lượng mặt trời tập trung (CSP) đều sử dụng nhiệt do mặt trời tạo ra để cung cấp không gian hoặc làm nóng nước trong trường hợp hệ thống SHC hoặc để chạy các tuabin tạo điện truyền thống trong trường hợp điện CSP cây.

Năng lượng mặt trời được sử dụng như thế nào?

Năng lượng mặt trời là một công nghệ năng lượng rất linh hoạt: nó có thể được xây dựng dưới dạng phát điện phân tán (đặt tại hoặc gần điểm sử dụng) hoặc như một nhà máy điện mặt trời quy mô tiện ích , trạm trung tâm (tương tự như các nhà máy điện truyền thống). Cả hai phương pháp này cũng có thể lưu trữ năng lượng mà chúng tạo ra để phân phối sau khi mặt trời lặn, sử dụng công nghệ lưu trữ + năng lượng mặt trời tiên tiến. Năng lượng mặt trời tồn tại trong một hệ thống điện phức tạp và có mối liên hệ với nhau ở Hoa Kỳ, hoạt động cùng với các công nghệ khác như năng lượng gió để chuyển Hoa Kỳ sang một nền kinh tế năng lượng sạch.

Tất cả các ứng dụng này phụ thuộc vào các khuôn khổ chính sách hỗ trợ ở cấp địa phương, tiểu bang và liên bang để đảm bảo người tiêu dùng và doanh nghiệp được tiếp cận công bằng với các công nghệ năng lượng sạch như năng lượng mặt trời.

Thị trường năng lượng mặt trời ngày nay

Có gần 114 gigawatt (GW) năng lượng mặt trời được lắp đặt ở Mỹ, đủ để cung cấp năng lượng cho 21,8 triệu ngôi nhà. Trong thập kỷ qua, thị trường năng lượng mặt trời ở Hoa Kỳ đã tăng trưởng với tốc độ trung bình 42% mỗi năm. Có hơn 3 triệu hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời riêng lẻ ở Mỹ, từ các hệ thống nhỏ trên mái nhà đến các hệ thống quy mô tiện ích lớn bổ sung hàng trăm megawatt điện sạch vào lưới điện.

Năng lượng gió

Bức xạ mặt trời không ảnh hưởng đến bề mặt trái đất như nhau: một số khu vực ấm hơn những khu vực khác, và ở những khu vực này, không khí, có trọng lượng ít hơn, có xu hướng tăng lên, tạo ra các vùng áp suất thấp, trong khi ở các khu vực lạnh hơn, không khí đi xuống và nặng hơn, tạo ra các khu vực áp suất. Sự khác biệt về áp suất khiến không khí di chuyển và tạo ra gió, một yếu tố mạnh đến mức nó có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng.

Năng lượng gió là năng lượng thu được từ lực của gió, thông qua một tuabin gió biến đổi động năng của các dòng không khí thành năng lượng điện. Năng lượng chủ yếu được chiết xuất với rôto, nó biến động năng thành cơ năng và với máy phát điện, biến cơ năng này thành năng lượng điện.

Tuabin gió thường cao từ 80 đến 120 mét, phụ thuộc vào sức mạnh của gió. Vì lý do này, các trang trại điện gió, nơi tập hợp một số lượng lớn các tuabin gió và có thể thu được năng lượng này với số lượng lớn, phải được thiết lập ở những nơi có điều kiện gió là chủ yếu.

Các tuabin gió phải được định hướng theo hướng gió, điều này được thực hiện nhờ một cánh trên nan. Từ đó, lực của các dòng không khí sẽ đặt ba phần chính của tuabin gió chuyển động:

• Rôto: được cấu tạo bởi ba cánh quạt và ống lót ghép chúng lại với nhau, chức năng của nó là thu nhận lực của gió và chuyển nó thành năng lượng quay cơ học.
• Bộ nhân: được nối với động cơ bằng trục, chức năng của nó là tăng tốc độ quay từ 30 vòng / phút (vòng / phút) lên 1500 vòng / phút.
• Máy phát điện: phần tử này có nhiệm vụ biến đổi cơ năng của chuyển động quay thành năng lượng điện.

Mỗi tuabin gió tạo nên một trang trại gió được liên kết với nhau bằng cáp ngầm mang điện đến một trạm biến áp. Từ đó, nó được vận chuyển đến nhà, nhà máy hoặc trường học, giữa những người nhận khác, thông qua mạng lưới phân phối của các công ty điện lực khác nhau.

Các loại năng lượng gió

Hiện tại có hai loại năng lượng gió tùy thuộc vào nơi các tuabin gió được lắp đặt:

• Năng lượng gió trên bờ: Sản xuất điện bằng cách khai thác gió từ các trang trại gió nằm trên đất liền
• Năng lượng gió ngoài khơi: Là năng lượng thu được bằng cách khai thác lực của gió sinh ra trên biển, nơi đạt tốc độ cao hơn và ổn định hơn so với trên đất liền.

Ưu điểm của năng lượng gió

Năng lượng gió mang lại nhiều lợi ích, cho cả các công ty đầu tư vào nó và cho xã hội bằng cách giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu :

• Không yêu cầu bất kỳ quá trình đốt cháy nào, nó là năng lượng có lượng phát thải khí nhà kính (GEI) thấp,thủ phạm chính của sự nóng lên toàn cầu .
• Gió là một nguồn tài nguyên không giới hạn,và việc sử dụng nó cũng như vậy miễn là có đủ các luồng không khí.
• Chi phí cho mỗi kWsản xuất và bảo trì nó đều khá thấp. Ở những nơi gió thổi mạnh hơn, lợi ích còn lớn hơn.

Địa nhiệt

Được sử dụng lần đầu tiên ở Ý vào năm 1904, địa nhiệt là một nguồn năng lượng nhất quán – và đang mở rộng – trong những năm gần đây. Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA), năng lượng địa nhiệt đã tăng trưởng ổn định từ khoảng 10GW trên toàn thế giới năm 2010 lên 13,3GW vào năm 2018.

Năng lượng địa nhiệt là nhiệt đến từ bề mặt dưới của trái đất. Nó được chứa trong đá và chất lỏng bên dưới vỏ trái đất và có thể được tìm thấy ở tận sâu lớp đá nóng chảy của trái đất, magma.

Để sản xuất năng lượng từ năng lượng địa nhiệt, các giếng được đào sâu một dặm vào các hồ chứa dưới lòng đất để tiếp cận hơi nước và nước nóng ở đó, sau đó có thể được sử dụng để điều khiển các tua-bin kết nối với máy phát điện. Có ba loại nhà máy điện địa nhiệt ; hơi khô, chớp cháy và nhị phân.

Hơi nước khô là hình thức lâu đời nhất của công nghệ địa nhiệt và đưa hơi nước lên khỏi mặt đất và sử dụng nó để truyền động trực tiếp cho tuabin. Nhà máy chớp cháy sử dụng nước nóng áp suất cao thành nước mát, áp suất thấp trong khi nhà máy nhị phân truyền nước nóng qua chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp hơn, chất này chuyển thành hơi để dẫn động tuabin.

Năng lượng địa nhiệt được sử dụng ở hơn 20 quốc gia. Hoa Kỳ là nhà sản xuất năng lượng địa nhiệt lớn nhất trên thế giới và là nơi có mỏ địa nhiệt lớn nhất.

Năng lượng sinh học

Năng lượng sinh học đề cập đến điện và khí được tạo ra từ chất hữu cơ, được gọi là sinh khối. Đây có thể là bất cứ thứ gì, từ thực vật và gỗ đến chất thải nông nghiệp và thực phẩm – và thậm chí cả nước thải.

Khi sinh khối được sử dụng như một nguồn năng lượng, nó được gọi là ‘nguyên liệu thô’. Nguyên liệu thô có thể được trồng đặc biệt để lấy năng lượng (một loại cây năng lượng), hoặc chúng có thể được tạo thành từ các sản phẩm phế thải từ các ngành công nghiệp như nông nghiệp, chế biến thực phẩm hoặc sản xuất gỗ.

Nguyên liệu thô, dễ cháy như viên gỗ được đốt trong lò hơi hoặc lò nung. Điều này đến lượt nó đun sôi nước và tạo ra hơi nước, điều này thúc đẩy một tuabin tạo ra điện.

Nguyên liệu thô ướt, chẳng hạn như chất thải thực phẩm, được đưa vào các bể kín, nơi chúng thối rữa và tạo ra khí mêtan (còn gọi là khí sinh học). Khí có thể được bắt giữ và đốt cháy để tạo ra điện. Hoặc nó có thể được đưa vào lưới điện quốc gia và được sử dụng để nấu ăn và sưởi ấm.

Năng lượng sinh học là một nguồn năng lượng rất linh hoạt. Nó có thể được chuyển lên và xuống nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu, làm cho nó trở thành một dự phòng tuyệt vời cho các công nghệ tái tạo phụ thuộc vào thời tiết như gió và năng lượng mặt trời.

Đốt sinh khối không giải phóng khí cacbonic. Tuy nhiên, bởi vì nó giải phóng cùng một lượng carbon mà chất hữu cơ được sử dụng để tạo ra nó hấp thụ trong khi lớn lên, nên nó không phá vỡ sự cân bằng carbon của khí quyển.

Trong khi đó, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sẽ giải phóng carbon dioxide đã bị khóa lại trong hàng triệu năm, từ thời kỳ khi bầu khí quyển của trái đất rất khác biệt. Điều này làm tăng thêm nhiều carbon dioxide vào bầu khí quyển hiện tại của chúng ta, phá vỡ sự cân bằng carbon.

Tính bền vững tổng thể và lợi ích môi trường của năng lượng sinh học có thể phụ thuộc vào việc sử dụng nguyên liệu thô hoặc cây năng lượng.

Sinh khối thải tạo ra khí một cách tự nhiên khi nó thối rữa. Nếu điều này xảy ra ở một nơi không có oxy, chẳng hạn như chất thải thực phẩm được chôn sâu trong bãi rác, nó có thể tạo ra khí mê-tan, một loại khí nhà kính mạnh hơn nhiều so với carbon dioxide. Thay vì cho phép mêtan thoát vào khí quyển, việc phá vỡ nó trong một bể kín cho phép nó bị bắt giữ và đốt cháy. Đốt mêtan để lại cho bạn khí cacbonic và nước, những chất này tốt hơn cho môi trường.

Cây năng lượng được trồng đặc biệt để tạo ra năng lượng. Vì vậy, không giống như thu giữ khí mê-tan từ chất thải, không có lập luận nào cho rằng việc đốt cháy chúng làm giảm khí nhà kính vốn đã được thải ra.

Tuy nhiên, các cây năng lượng vẫn có thể có lượng carbon thấp nếu chúng được quản lý bền vững. Ví dụ, khi cây năng lượng bị đốt cháy, nên trồng các loại cây tương đương sẽ hấp thụ cùng một lượng carbon được thải ra khi đốt cháy.

Hạt nhân

Năng lượng hạt nhân đến từ năng lượng liên kết được lưu trữ ở trung tâm của một nguyên tử và giữ chúng lại với nhau. Để giải phóng năng lượng, nguyên tử phải được tách thành các nguyên tử nhỏ hơn. Quá trình này được gọi là quá trình phân hạch.

Tất cả các nhà máy điện đều sử dụng hơi nước để biến nhiệt thành điện năng. Tại các nhà máy điện hạt nhân, nhiệt để tạo ra hơi nước được tạo ra khi các nguyên tử tách ra – gọi là sự phân hạch. Khi các nguyên tử tách ra, chúng sẽ giải phóng nhiệt. Khi quá trình được lặp đi lặp lại, nó được gọi là phản ứng dây chuyền. Trong nhà máy điện hạt nhân, uranium là nguyên liệu được sử dụng trong quá trình phân hạch.

Nhiệt từ quá trình phân hạch làm sôi nước và tạo ra hơi nước để làm quay tuabin. Khi tuabin quay, máy phát điện quay và từ trường của nó tạo ra điện. Sau đó, điện có thể được chuyển đến nhà dân.

Pin nhiên liệu Hydro

Pin nhiên liệu hydro sử dụng năng lượng hóa học của hydro để sản xuất điện. Đây là một dạng năng lượng sạch với điện, nhiệt và nước là các sản phẩm phụ và sản phẩm phụ duy nhất. Pin nhiên liệu cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau, từ vận chuyển đến nguồn dự phòng khẩn cấp và có thể cung cấp năng lượng cho các hệ thống lớn như một nhà máy điện hoặc nhỏ như một máy tính xách tay.

Pin nhiên liệu mang lại những lợi thế so với các công nghệ dựa trên quá trình đốt cháy truyền thống, bao gồm hiệu suất cao hơn và lượng khí thải thấp hơn. Vì pin nhiên liệu hydro chỉ thải ra nước nên không có khí thải carbon dioxide hoặc các chất ô nhiễm khác được thải vào khí quyển. Pin nhiên liệu cũng êm ái trong quá trình hoạt động vì chúng có ít bộ phận chuyển động hơn so với công nghệ đốt cháy.