Ếch Ộp
Intern Writer
Chào các bạn, hôm nay mình muốn chia sẻ một chủ đề khá thú vị trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, đó là sự khác biệt giữa năng lượng thủy triều và năng lượng sinh khối. Dù cả hai đều là những nguồn năng lượng xanh, sạch, nhưng các nhà nghiên cứu đã chỉ ra nhiều điểm độc đáo để phân biệt chúng, mà cốt lõi nhất chính là nguồn gốc năng lượng và nguyên lý chuyển hóa. Cứ hình dung thế này, nếu cả hai cùng được dùng để cung cấp điện cho một hệ thống, thì việc phân tích nguồn gốc ban đầu và con đường chuyển hóa năng lượng sẽ giúp chúng ta thấy rõ sự khác biệt cốt lõi.
Nếu chúng ta có thể "mổ xẻ" riêng biệt chuỗi tạo ra năng lượng và các thiết bị sử dụng của từng loại, thì việc xác định đặc tính kỹ thuật và kịch bản ứng dụng của chúng sẽ càng rõ ràng hơn. Tuy nhiên, phương pháp phân biệt dựa trên nguồn gốc năng lượng chỉ phù hợp cho việc phân loại cơ bản thôi. Còn nếu muốn so sánh sâu hơn về cách khai thác, chúng ta cần đi sâu vào các thông số kỹ thuật và điều kiện ứng dụng của chúng.
Vậy, cái gọi là "sự khác biệt trong việc tạo ra và sử dụng năng lượng" chính là những đặc điểm riêng biệt mà hai loại năng lượng này thể hiện trong toàn bộ quá trình, từ khi năng lượng được hình thành, chuyển hóa thành dạng có thể sử dụng, cho đến khi được ứng dụng thực tế. Những khác biệt này chứa đựng thông tin quan trọng về bản chất của năng lượng, và điểm mấu chốt nằm ở sự khác nhau về nguồn gốc năng lượng. Vì vậy, cơ chế tạo ra năng lượng khác nhau sẽ trực tiếp quyết định cách chúng ta khai thác và sử dụng chúng.
Trong quá trình nghiên cứu và thực tiễn lâu dài, các nhà khoa học trong lĩnh vực năng lượng đã nhận ra rằng, nguồn năng lượng càng ổn định thì khả năng cung cấp năng lượng càng liên tục, đồng thời yêu cầu về điều kiện địa lý cũng càng khắt khe. Điều này có nghĩa là, chỉ cần nhìn vào đặc tính nguồn gốc của năng lượng, chúng ta đã có thể phần nào dự đoán được mức độ phù hợp của nó với các kịch bản ứng dụng khác nhau. Hiện tại, hệ thống phân loại và so sánh năng lượng tái tạo mà chúng ta thường dùng nhất là khung phân loại thuộc tính năng lượng do Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đề xuất.
Thông qua khung phân loại này, chúng ta có thể biết rằng năng lượng thủy triều thuộc phạm trù năng lượng vật lý. Bởi vì cốt lõi năng lượng của thủy triều chính là động năng và thế năng của khối nước, việc tạo ra nó phụ thuộc vào chuyển động thủy triều do lực hấp dẫn của các thiên thể gây ra. Vì thế, năng lượng thủy triều thường được ví như một ứng dụng cụ thể của "năng lượng hấp dẫn thiên thể". Phân tích cơ chế tạo ra năng lượng thủy triều không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ đặc tính năng lượng của nó mà còn xác định được những hạn chế về mặt địa lý khi khai thác.
Theo nghiên cứu của các chuyên gia năng lượng, hiệu suất sử dụng năng lượng thủy triều có mối quan hệ tỷ lệ thuận với biên độ thủy triều. Nói cách khác, vùng biển nào có biên độ thủy triều càng lớn thì giá trị khai thác năng lượng thủy triều càng cao. Trong khi đó, hiệu suất sử dụng năng lượng sinh khối lại tỷ lệ thuận với độ ẩm và giá trị nhiệt của nguyên liệu. Chúng ta đều biết, nguyên lý tạo ra năng lượng thủy triều là do chuyển động của khối nước dưới tác động của lực hấp dẫn thiên thể. Do các khu vực bãi triều ven biển nông thường chịu ảnh hưởng rõ rệt hơn bởi hiệu ứng khuếch đại địa hình, nên mật độ năng lượng thủy triều ở đó sẽ tương đối cao. Còn năng lượng sinh khối lại được tạo ra nhờ quá trình quang hợp tích trữ năng lượng của sinh vật, môi trường sinh trưởng của nguyên liệu trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu quả tích lũy năng lượng. Ở những khu vực có đủ ánh sáng mặt trời và lượng mưa thích hợp, giá trị nhiệt của nguyên liệu sẽ cao hơn.
Chính vì thế, kịch bản ứng dụng của các loại năng lượng khác nhau có sự phân hóa rõ rệt. Chẳng hạn, ở các khu vực vịnh có biên độ thủy triều vượt quá 5 mét, hiệu suất khai thác năng lượng thủy triều có thể đạt từ 30% đến 40%. Trong khi đó, năng lượng sinh khối khi được sử dụng thông qua việc đốt cháy rơm rạ đã hóa rắn ở các vùng sản xuất nông nghiệp chính, hiệu suất có thể đạt từ 25% đến 35%. Từ đó, thông qua việc phân tích cơ chế tạo ra của hai loại năng lượng này, chúng ta có thể xác định được kịch bản ứng dụng và giới hạn hiệu suất của chúng.
Vậy, làm thế nào để xác định cụ thể sự khác biệt trong việc sử dụng năng lượng thủy triều và năng lượng sinh khối? Mặc dù cả hai đều phục vụ nhu cầu thay thế năng lượng sạch, nhưng chúng ta vẫn có thể đưa ra kết luận rõ ràng thông qua các khía cạnh như đặc tính kỹ thuật, điều kiện ứng dụng và tác động môi trường.
Cách đầu tiên mà chúng ta có thể xem xét là phương pháp so sánh nguyên lý tạo ra. Phương pháp này thường được dùng để phân biệt sự khác biệt bản chất về nguồn gốc năng lượng và cần lấy định luật bảo toàn năng lượng làm cơ sở lý thuyết. Bởi vì quá trình chuyển hóa năng lượng chắc chắn tuân theo quy luật bảo toàn. Khi chúng ta truy tìm dạng năng lượng ban đầu của hai loại năng lượng này - năng lượng thủy triều bắt nguồn từ thế năng hấp dẫn thiên thể, còn năng lượng sinh khối bắt nguồn từ sự chuyển hóa sinh học của năng lượng mặt trời – thì việc phân tích toàn bộ chuỗi chuyển hóa năng lượng sẽ giúp chúng ta xác định rõ ràng sự khác biệt cốt lõi trong khâu tạo ra.
Tiếp theo, một phương pháp khác để phân biệt là so sánh thiết bị sử dụng và lộ trình công nghệ, đây là khía cạnh then chốt để phân biệt sự khác biệt trong ứng dụng của chúng. Việc khai thác năng lượng thủy triều phụ thuộc vào các tổ máy phát điện thủy triều, thông qua việc dòng nước đẩy tuabin quay để chuyển hóa năng lượng. Cốt lõi công nghệ ở đây là thiết kế tuabin có khả năng chống ăn mòn và chịu được tác động của dòng chảy mạnh. Trong khi đó, việc sử dụng năng lượng sinh khối lại được chia thành nhiều lộ trình như đốt trực tiếp, khí hóa phát điện. Các thiết bị cốt lõi bao gồm lò hơi sinh khối, lò khí hóa, và trọng tâm công nghệ là xử lý sơ bộ nguyên liệu và kiểm soát chất gây ô nhiễm. Hơn nữa, phát điện thủy triều cần phải xây dựng kèm theo đập chắn thủy triều để tạo thành hồ chứa, còn việc sử dụng năng lượng sinh khối lại cần xây dựng các nhà xưởng lưu trữ và xử lý sơ bộ nguyên liệu.
Và cuối cùng, một khía cạnh quan trọng nữa để so sánh là phương pháp so sánh mức độ phù hợp với kịch bản ứng dụng. Trong thực tiễn ứng dụng năng lượng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng mức độ phù hợp với kịch bản của các loại năng lượng khác nhau được quyết định trực tiếp bởi điều kiện tạo ra chúng. Cái gọi là sự khác biệt về mức độ phù hợp với kịch bản có nghĩa là năng lượng thủy triều bị hạn chế rất nhiều bởi điều kiện địa lý, chỉ có thể được khai thác và sử dụng ở các khu vực ven biển có biên độ thủy triều lớn và vùng biển rộng mở. Ngược lại, năng lượng sinh khối lại có khả năng thích ứng rộng rãi với nhiều khu vực địa lý, dù là ven biển hay nội địa, miễn là có nguồn nguyên liệu sinh khối thì đều có thể sử dụng. Ngược lại, những khu vực khan hiếm nguyên liệu sẽ khó có thể triển khai ứng dụng quy mô lớn.
Từ đó, các nhà nghiên cứu đã đưa ra logic ứng dụng bổ sung cho hai loại năng lượng này, và họ còn phát hiện ra rằng, khu vực nào có điều kiện địa lý càng phức tạp thì giá trị bổ sung của chúng càng cao. Điều này có nghĩa là, chỉ cần chúng ta xác định rõ đặc điểm địa lý và tình hình sản xuất nguyên liệu của một khu vực, kết hợp với nhu cầu năng lượng, chúng ta có thể biết khu vực đó phù hợp hơn để phát triển loại năng lượng nào hoặc áp dụng mô hình bổ sung ra sao.
Nếu chúng ta có thể "mổ xẻ" riêng biệt chuỗi tạo ra năng lượng và các thiết bị sử dụng của từng loại, thì việc xác định đặc tính kỹ thuật và kịch bản ứng dụng của chúng sẽ càng rõ ràng hơn. Tuy nhiên, phương pháp phân biệt dựa trên nguồn gốc năng lượng chỉ phù hợp cho việc phân loại cơ bản thôi. Còn nếu muốn so sánh sâu hơn về cách khai thác, chúng ta cần đi sâu vào các thông số kỹ thuật và điều kiện ứng dụng của chúng.
Vậy, cái gọi là "sự khác biệt trong việc tạo ra và sử dụng năng lượng" chính là những đặc điểm riêng biệt mà hai loại năng lượng này thể hiện trong toàn bộ quá trình, từ khi năng lượng được hình thành, chuyển hóa thành dạng có thể sử dụng, cho đến khi được ứng dụng thực tế. Những khác biệt này chứa đựng thông tin quan trọng về bản chất của năng lượng, và điểm mấu chốt nằm ở sự khác nhau về nguồn gốc năng lượng. Vì vậy, cơ chế tạo ra năng lượng khác nhau sẽ trực tiếp quyết định cách chúng ta khai thác và sử dụng chúng.
Trong quá trình nghiên cứu và thực tiễn lâu dài, các nhà khoa học trong lĩnh vực năng lượng đã nhận ra rằng, nguồn năng lượng càng ổn định thì khả năng cung cấp năng lượng càng liên tục, đồng thời yêu cầu về điều kiện địa lý cũng càng khắt khe. Điều này có nghĩa là, chỉ cần nhìn vào đặc tính nguồn gốc của năng lượng, chúng ta đã có thể phần nào dự đoán được mức độ phù hợp của nó với các kịch bản ứng dụng khác nhau. Hiện tại, hệ thống phân loại và so sánh năng lượng tái tạo mà chúng ta thường dùng nhất là khung phân loại thuộc tính năng lượng do Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đề xuất.
Thông qua khung phân loại này, chúng ta có thể biết rằng năng lượng thủy triều thuộc phạm trù năng lượng vật lý. Bởi vì cốt lõi năng lượng của thủy triều chính là động năng và thế năng của khối nước, việc tạo ra nó phụ thuộc vào chuyển động thủy triều do lực hấp dẫn của các thiên thể gây ra. Vì thế, năng lượng thủy triều thường được ví như một ứng dụng cụ thể của "năng lượng hấp dẫn thiên thể". Phân tích cơ chế tạo ra năng lượng thủy triều không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ đặc tính năng lượng của nó mà còn xác định được những hạn chế về mặt địa lý khi khai thác.
Theo nghiên cứu của các chuyên gia năng lượng, hiệu suất sử dụng năng lượng thủy triều có mối quan hệ tỷ lệ thuận với biên độ thủy triều. Nói cách khác, vùng biển nào có biên độ thủy triều càng lớn thì giá trị khai thác năng lượng thủy triều càng cao. Trong khi đó, hiệu suất sử dụng năng lượng sinh khối lại tỷ lệ thuận với độ ẩm và giá trị nhiệt của nguyên liệu. Chúng ta đều biết, nguyên lý tạo ra năng lượng thủy triều là do chuyển động của khối nước dưới tác động của lực hấp dẫn thiên thể. Do các khu vực bãi triều ven biển nông thường chịu ảnh hưởng rõ rệt hơn bởi hiệu ứng khuếch đại địa hình, nên mật độ năng lượng thủy triều ở đó sẽ tương đối cao. Còn năng lượng sinh khối lại được tạo ra nhờ quá trình quang hợp tích trữ năng lượng của sinh vật, môi trường sinh trưởng của nguyên liệu trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu quả tích lũy năng lượng. Ở những khu vực có đủ ánh sáng mặt trời và lượng mưa thích hợp, giá trị nhiệt của nguyên liệu sẽ cao hơn.
Chính vì thế, kịch bản ứng dụng của các loại năng lượng khác nhau có sự phân hóa rõ rệt. Chẳng hạn, ở các khu vực vịnh có biên độ thủy triều vượt quá 5 mét, hiệu suất khai thác năng lượng thủy triều có thể đạt từ 30% đến 40%. Trong khi đó, năng lượng sinh khối khi được sử dụng thông qua việc đốt cháy rơm rạ đã hóa rắn ở các vùng sản xuất nông nghiệp chính, hiệu suất có thể đạt từ 25% đến 35%. Từ đó, thông qua việc phân tích cơ chế tạo ra của hai loại năng lượng này, chúng ta có thể xác định được kịch bản ứng dụng và giới hạn hiệu suất của chúng.
Vậy, làm thế nào để xác định cụ thể sự khác biệt trong việc sử dụng năng lượng thủy triều và năng lượng sinh khối? Mặc dù cả hai đều phục vụ nhu cầu thay thế năng lượng sạch, nhưng chúng ta vẫn có thể đưa ra kết luận rõ ràng thông qua các khía cạnh như đặc tính kỹ thuật, điều kiện ứng dụng và tác động môi trường.
Cách đầu tiên mà chúng ta có thể xem xét là phương pháp so sánh nguyên lý tạo ra. Phương pháp này thường được dùng để phân biệt sự khác biệt bản chất về nguồn gốc năng lượng và cần lấy định luật bảo toàn năng lượng làm cơ sở lý thuyết. Bởi vì quá trình chuyển hóa năng lượng chắc chắn tuân theo quy luật bảo toàn. Khi chúng ta truy tìm dạng năng lượng ban đầu của hai loại năng lượng này - năng lượng thủy triều bắt nguồn từ thế năng hấp dẫn thiên thể, còn năng lượng sinh khối bắt nguồn từ sự chuyển hóa sinh học của năng lượng mặt trời – thì việc phân tích toàn bộ chuỗi chuyển hóa năng lượng sẽ giúp chúng ta xác định rõ ràng sự khác biệt cốt lõi trong khâu tạo ra.
Tiếp theo, một phương pháp khác để phân biệt là so sánh thiết bị sử dụng và lộ trình công nghệ, đây là khía cạnh then chốt để phân biệt sự khác biệt trong ứng dụng của chúng. Việc khai thác năng lượng thủy triều phụ thuộc vào các tổ máy phát điện thủy triều, thông qua việc dòng nước đẩy tuabin quay để chuyển hóa năng lượng. Cốt lõi công nghệ ở đây là thiết kế tuabin có khả năng chống ăn mòn và chịu được tác động của dòng chảy mạnh. Trong khi đó, việc sử dụng năng lượng sinh khối lại được chia thành nhiều lộ trình như đốt trực tiếp, khí hóa phát điện. Các thiết bị cốt lõi bao gồm lò hơi sinh khối, lò khí hóa, và trọng tâm công nghệ là xử lý sơ bộ nguyên liệu và kiểm soát chất gây ô nhiễm. Hơn nữa, phát điện thủy triều cần phải xây dựng kèm theo đập chắn thủy triều để tạo thành hồ chứa, còn việc sử dụng năng lượng sinh khối lại cần xây dựng các nhà xưởng lưu trữ và xử lý sơ bộ nguyên liệu.
Và cuối cùng, một khía cạnh quan trọng nữa để so sánh là phương pháp so sánh mức độ phù hợp với kịch bản ứng dụng. Trong thực tiễn ứng dụng năng lượng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng mức độ phù hợp với kịch bản của các loại năng lượng khác nhau được quyết định trực tiếp bởi điều kiện tạo ra chúng. Cái gọi là sự khác biệt về mức độ phù hợp với kịch bản có nghĩa là năng lượng thủy triều bị hạn chế rất nhiều bởi điều kiện địa lý, chỉ có thể được khai thác và sử dụng ở các khu vực ven biển có biên độ thủy triều lớn và vùng biển rộng mở. Ngược lại, năng lượng sinh khối lại có khả năng thích ứng rộng rãi với nhiều khu vực địa lý, dù là ven biển hay nội địa, miễn là có nguồn nguyên liệu sinh khối thì đều có thể sử dụng. Ngược lại, những khu vực khan hiếm nguyên liệu sẽ khó có thể triển khai ứng dụng quy mô lớn.
Từ đó, các nhà nghiên cứu đã đưa ra logic ứng dụng bổ sung cho hai loại năng lượng này, và họ còn phát hiện ra rằng, khu vực nào có điều kiện địa lý càng phức tạp thì giá trị bổ sung của chúng càng cao. Điều này có nghĩa là, chỉ cần chúng ta xác định rõ đặc điểm địa lý và tình hình sản xuất nguyên liệu của một khu vực, kết hợp với nhu cầu năng lượng, chúng ta có thể biết khu vực đó phù hợp hơn để phát triển loại năng lượng nào hoặc áp dụng mô hình bổ sung ra sao.
