I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Năng lượng tái tạo là gì?

Năng lượng tái tạo là năng lượng đến từ các nguồn có sẵn trong thiên nhiên, liên tục được bổ sung thông qua các quá trình tự nhiên.

Các dạng năng lượng tái tạo bao gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng từ gió, năng lượng từ sóng biển, năng lượng từ dòng sông, năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt…

Phân biệt với năng lượng không tái tạo: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên là năng lượng hóa thạch — không tái tạo vì cần hàng triệu năm hình thành và đang dần cạn kiệt. Năng lượng tái tạo thì được thiên nhiên bổ sung liên tục.

Vì sao cần tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo? Vì nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Năng lượng tái tạo là giải pháp thay thế bền vững, giúp giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường.

2. Ưu điểm và nhược điểm của một số dạng năng lượng tái tạo

a) Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời luôn có sẵn, khó cạn kiệt trong tương lai gần. Được khai thác trực tiếp (chiếu sáng, phơi khô, sấy nông sản, làm muối, pin mặt trời chuyển thành điện năng) hoặc gián tiếp qua thiết bị thu nhiệt (làm nóng nước, chạy nhà máy nhiệt điện).

Ưu điểm:

• Không gây tiếng ồn khi sử dụng.
• Không phát thải khí gây ô nhiễm hay khí nhà kính.
• Trữ lượng gần như vô hạn, có mặt ở khắp nơi.

Nhược điểm:

• Giá thành sản xuất tấm pin mặt trời còn cao.
• Hiệu suất chuyển hóa năng lượng của hệ thống hấp thụ nhiệt còn thấp.
• Pin hết hạn sử dụng (trung bình 25 năm) tạo ra rác thải điện tử, chất thải rắn khó phân hủy.
• Lắp đặt nhiều pin trong thành phố gây ô nhiễm ánh sáng (phản xạ mạnh).
• Nhà máy điện mặt trời chiếm diện tích lớn, ảnh hưởng hệ sinh thái, quang hợp thực vật, môi trường sống động vật.
• Phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày (chỉ khai thác được ban ngày, khi trời nắng).

Tiềm năng ở Việt Nam: Nước ta có tiềm năng năng lượng mặt trời rất lớn, cường độ bức xạ cao nhất tập trung ở các tỉnh Tây Nguyên và Nam Bộ (Đắk Lắk, Gia Lai, Nha Trang, Ninh Thuận, Bình Thuận, Tây Ninh, Bình Phước).

b) Năng lượng từ gió

Năng lượng từ gió luôn có sẵn trong thiên nhiên. Công nghệ khai thác phát triển mạnh, được xem là một trong những giải pháp quan trọng nhất nhằm giảm biến đổi khí hậu toàn cầu. Gió ngoài khơi thường ổn định và mạnh hơn trên đất liền, nên năng lượng gió ngoài khơi rất triển vọng.

Ưu điểm:

• Không phát thải khí gây ô nhiễm hay hiệu ứng nhà kính.
• Trữ lượng rất lớn, coi như vô hạn.
• Công nghệ phát triển mạnh, là giải pháp quan trọng giảm biến đổi khí hậu.

Nhược điểm:

• Hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp.
• Giá thành đầu tư ban đầu cao.
• Nhà máy điện gió phát ra tiếng ồn gây ảnh hưởng đến môi trường sống sinh vật.
• Tua-bin có thể làm nhiễu tín hiệu phát thanh.
• Ảnh hưởng đến vùng hoạt động của các loài chim (đặc biệt chim di cư) và dơi.
• Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (cần gió đủ mạnh).

c) Năng lượng từ sóng biển

Sóng biển hình thành chủ yếu do tác động của gió. Năng lượng từ sóng biển là năng lượng có nguồn gốc từ hoạt động của các con sóng, được khai thác bằng công nghệ hiện đại và chuyển hóa thành điện năng (biến đổi cơ năng thành điện năng).

Một số công nghệ khai thác:

• Attenuator: thiết bị nhiều phân đoạn nổi trên mặt biển, chuyển động lên xuống theo sóng → quay tua-bin. Chỉ cần đặt nổi trên mặt biển.
• Point Absorber: phao đơn gắn với đáy biển, chuyển động thẳng đứng theo sóng.
• Oscillating water surge: thiết bị gắn đáy biển, dao động theo phương ngang.

Ưu điểm:

• Luôn có sẵn trong tự nhiên, trữ lượng rất lớn.
• Không tạo chất thải khi khai thác.
• Dồi dào hơn năng lượng gió, ổn định hơn năng lượng mặt trời.

Nhược điểm:

• Cần nhiều máy phát điện đặt trong không gian rộng mới đạt công suất lớn.
• Gây ảnh hưởng đến giao thông đường biển và hệ sinh thái biển.
• Giá thành đầu tư ban đầu cao, chi phí bảo trì cao.
• Phụ thuộc lớn vào các mùa trong năm, chịu ảnh hưởng bởi thiên tai.

Tiềm năng ở Việt Nam: Vùng bờ biển miền Trung từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận có tiềm năng năng lượng sóng biển lớn nhất. Thời gian thuận lợi nhất là mùa đông (gió mùa đông bắc tạo sóng mạnh).

d) Năng lượng từ dòng sông

Năng lượng từ dòng sông là năng lượng lấy từ sức chảy của dòng nước. Để khai thác, người ta xây dựng các nhà máy thủy điện — xây đập ngăn dòng chảy, tích trữ nước, sau đó cho nước chảy qua tua-bin máy phát điện.

Ưu điểm:

• Có sẵn trong thiên nhiên, ít tác động tiêu cực đến môi trường so với năng lượng hóa thạch.
• Không phát thải khí ô nhiễm.
• Hiệu suất chuyển đổi thành điện năng cao hơn so với năng lượng mặt trời, gió.
• Có thể cung cấp điện liên tục, hỗ trợ phát triển kinh tế.

Nhược điểm:

• Xây đập làm động vật không di chuyển được từ hạ nguồn lên thượng nguồn.
• Nước ngập thượng nguồn, cạn hạ nguồn → thay đổi môi trường sống sinh vật.
• Gây áp lực lớn lên địa chất → nguy cơ nứt đập, gãy địa tầng, động đất.
• Diện tích rừng bị suy giảm, tác động đến chất lượng nước.
• Nhà máy công suất lớn cần di dời dân cư số lượng lớn, thay đổi văn hóa tập quán.
• Nếu vỡ đập → gây ngập lụt diện rộng, thiệt hại nặng nề.

Tiềm năng ở Việt Nam: Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới, lượng mưa cao, địa hình đồi núi, bờ biển dài, sông ngòi dày đặc → tiềm năng thủy điện tương đối lớn.

3. Một số biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường

Sử dụng hiệu quả năng lượng là dùng ít năng lượng hơn để thực hiện cùng một công việc hoặc cùng một chức năng của thiết bị. Việc này giúp giảm tiêu thụ năng lượng, giảm khí thải, giảm tác động đến môi trường.

Các biện pháp cụ thể:

• Sử dụng năng lượng tái tạo: điện mặt trời, điện gió, thủy điện → giảm phát thải khí nhà kính, giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch.
• Dùng thiết bị tiết kiệm điện: đèn LED thay đèn sợi đốt, tủ lạnh/điều hòa có tính năng tiết kiệm năng lượng.
• Tắt thiết bị khi không sử dụng: tivi, đèn, máy tính…
• Sử dụng phương tiện giao thông công cộng thay phương tiện cá nhân.
• Tận dụng ánh sáng và gió tự nhiên: mở cửa đón gió, kê bàn học gần cửa sổ, sơn phòng sáng màu (phản xạ ánh sáng tốt hơn).
• Trồng cây xanh quanh nhà và trường: cây hấp thụ $CO_2$, tạo bóng mát giảm nhu cầu dùng điều hòa, cải thiện chất lượng không khí.
• Bảo trì, vệ sinh thiết bị thường xuyên để duy trì hiệu suất cao.
• Tái chế, tái sử dụng sản phẩm và nguyên liệu thân thiện môi trường.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Nhận biết và phân biệt năng lượng tái tạo / không tái tạo — Ưu nhược điểm

Phương pháp:

• Năng lượng tái tạo: mặt trời, gió, sóng biển, dòng sông, sinh khối, địa nhiệt, thủy triều.
• Năng lượng KHÔNG tái tạo: than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên (hóa thạch).
• Gỗ, ethanol, biodiesel là nhiên liệu sinh học (tái tạo), không phải hóa thạch.
• Nhiệt điện dùng nhiên liệu hóa thạch → không phải năng lượng tái tạo.
• Ưu điểm chung năng lượng tái tạo: dồi dào, ít ô nhiễm. Nhược điểm chung: hiệu suất thấp, chi phí đầu tư cao, phụ thuộc thời tiết/địa lý.
• “Không phụ thuộc vào điều kiện địa lý và thời tiết” là SAI — đây là nhược điểm, không phải ưu điểm.

Ví dụ 1: Năng lượng nào sau đây KHÔNG phải năng lượng tái tạo?

A. Thủy điện B. Điện mặt trời C. Điện thủy triều D. Nhiệt điện

Lời giải:

Thủy điện, điện mặt trời, điện thủy triều đều sử dụng nguồn năng lượng tái tạo. Nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí) để phát điện → không phải năng lượng tái tạo.

Đáp án: D.

Ví dụ 2: Tua-bin điện gió có thể gây ra ảnh hưởng nào sau đây?

A. Làm nhiễu tín hiệu phát thanh B. Ảnh hưởng giao thông đường biển C. Gây ô nhiễm ánh sáng D. Tạo rác thải điện tử

Lời giải:

• B: ảnh hưởng giao thông đường biển → đặc điểm của khai thác sóng biển, không phải điện gió.
• C: ô nhiễm ánh sáng → đặc điểm của pin mặt trời.
• D: rác thải điện tử → đặc điểm của pin mặt trời hết hạn.
• A: đúng — tua-bin điện gió có thể làm nhiễu tín hiệu phát thanh.

Đáp án: A.

Dạng 2: Biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường

Phương pháp:

• Tiết kiệm năng lượng = giảm hao phí, giảm chi phí, giảm khai thác → giảm ô nhiễm.
• Tận dụng ánh sáng/gió tự nhiên → giảm dùng điện.
• Dùng thiết bị hiệu suất cao (LED > huỳnh quang > sợi đốt).
• Trồng cây xanh → hấp thụ CO₂, tạo bóng mát, giảm dùng điều hòa.
• Giao thông công cộng → giảm khí thải.

Ví dụ 3: Giải thích vì sao phơi quần áo ngoài nắng, dùng đèn LED thay đèn sợi đốt, và chọn hướng nhà đón gió tự nhiên là sử dụng hiệu quả năng lượng.

Lời giải:

• Phơi quần áo ngoài nắng: Tận dụng năng lượng mặt trời tự nhiên để làm khô quần áo, thay vì dùng máy sấy tiêu tốn điện năng.
• Dùng đèn LED thay đèn sợi đốt: Đèn LED có hiệu suất phát sáng cao hơn rất nhiều (khoảng 75% năng lượng thành ánh sáng), trong khi đèn sợi đốt chỉ khoảng 5% thành ánh sáng, phần còn lại thành nhiệt → đèn LED tiết kiệm năng lượng hơn.
• Chọn hướng nhà đón gió tự nhiên: Gió tự nhiên làm mát ngôi nhà, giảm nhu cầu sử dụng điều hòa và quạt điện → giảm lượng điện tiêu thụ.

Dạng 3: Bài toán tính năng lượng — So sánh nguồn năng lượng

Phương pháp:

• Năng lượng điện từ pin mặt trời: $W_{điện} = W_{mặt trời} \times H$ (H là hiệu suất chuyển hóa).
• Năng lượng mặt trời chiếu tới: $W = q \times S \times t$ (q: năng lượng/m²/s, S: diện tích, t: thời gian tính bằng giây).
• Năng lượng nhiệt khi đốt nhiên liệu: $Q = m \times q$ (m: khối lượng, q: năng suất tỏa nhiệt).
• So sánh năng lượng điện tiêu thụ: $W = P \times t$ (P: công suất, t: thời gian).
• Hiệu suất đèn: $H = \dfrac{\text{quang năng}}{\text{điện năng}} \times 100\%$.

Ví dụ 4: Một bộ pin quang điện có diện tích bề mặt 5 m². Hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện là 10%. Năng lượng ánh sáng mặt trời chiếu tới trung bình 1,0 kJ/m² mỗi giây. Thời gian chiếu sáng trung bình 10 giờ/ngày.

a) Tính năng lượng điện bộ pin cung cấp mỗi ngày.

b) Một gia đình dùng 1 kg than mỗi ngày để đun nấu. Biết năng suất tỏa nhiệt của than là 27 MJ/kg. So sánh với kết quả câu a.

Lời giải:

a) Năng lượng mặt trời chiếu tới bề mặt pin trong 1 ngày:

$$W = 1{,}0 \times 5 \times 10 \times 3\,600 = 180\,000 \text{ kJ}$$

Năng lượng điện pin sinh ra mỗi ngày (hiệu suất 10%):

$$W_{điện} = 180\,000 \times 10\% = 18\,000 \text{ kJ} = 18 \text{ MJ}$$

b) Năng lượng đun nấu hằng ngày:

$$Q = 1 \times 27 = 27 \text{ MJ}$$

So sánh: $W_{điện} = 18$ MJ $< Q = 27$ MJ → năng lượng pin cung cấp chưa đủ cho nhu cầu đun nấu trong trường hợp này.

Ví dụ 5: Ba loại đèn cho độ sáng tương đương: đèn sợi đốt (60 W), đèn huỳnh quang compact (15 W), đèn LED (8 W). Mỗi ngày dùng 6 giờ. Tính năng lượng tiêu thụ mỗi loại trong 1 tháng (30 ngày).

Lời giải:

Thời gian sử dụng trong 1 tháng: $t = 6 \times 30 = 180$ giờ.

• Đèn sợi đốt: $W_1 = 60 \times 180 = 10\,800 \text{ Wh} = 10{,}8 \text{ kWh}$
• Đèn huỳnh quang: $W_2 = 15 \times 180 = 2\,700 \text{ Wh} = 2{,}7 \text{ kWh}$
• Đèn LED: $W_3 = 8 \times 180 = 1\,440 \text{ Wh} = 1{,}44 \text{ kWh}$

Nhận xét: Đèn LED tiêu thụ ít năng lượng nhất (1,44 kWh), tiết kiệm gấp 7,5 lần so với đèn sợi đốt. Đây là lý do đèn LED được khuyến khích sử dụng.

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Năng lượng tái tạo — Khái niệm

• 1.1. Từ nguồn có sẵn trong thiên nhiên, liên tục được bổ sung
• 1.2. Gồm: mặt trời, gió, sóng biển, dòng sông, sinh khối, địa nhiệt
• 1.3. Phân biệt: hóa thạch (than, dầu, khí) là KHÔNG tái tạo

2. Ưu nhược điểm từng dạng

3. Biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng

• 3.1. Dùng năng lượng tái tạo thay hóa thạch
• 3.2. Thiết bị tiết kiệm: LED, điều hòa inverter
• 3.3. Tắt thiết bị khi không dùng
• 3.4. Tận dụng ánh sáng, gió tự nhiên
• 3.5. Giao thông công cộng, xe điện
• 3.6. Trồng cây xanh, tái chế
• 3.7. Bảo trì thiết bị thường xuyên

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu