Mở đầu (trang 26) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.1 và giải thích nguyên lí chuyển đổi cơ năng thành điện năng của turbine thủy điện.
Trả lời:
- Giải thích nguyên lí chuyển đổi cơ năng thành điện năng của turbine thủy điện như sau:
+ Khi nước chảy tạo ra áp lực, làm quay các cánh turbine, cánh turbine quay kéo theo roto quay, chuyển động cơ năng của roto biến thành điện năng trên stato.
I. Khái niệm về sản xuất điện năng
Khám phá 1 (trang 26) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.2 và phân loại các nguồn năng lượng dùng để sản xuất điện năng thành hai nhóm: năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo.
Trả lời:
- Năng lượng tái tạo: hạt nhân
- Năng lượng không tải tạo: các năng lượng còn lại
II. Các phương pháp sản xuất điện năng chủ yếu
1. Thuỷ điện
Khám phá 2 (trang 27) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.3 và giải thích hoạt động của nhà máy thuỷ điện
Trả lời:
- Nhà máy thủy điện là một công trình khai thác năng lượng nước để sản xuất điện năng. Hoạt động của nhà máy thủy điện diễn ra theo các bước sau:
+ Bước 1: Nước từ hồ chứa chảy qua đường dẫn nước với áp lực cao.
+ Bước 2: Nước tác động vào cánh quạt của turbine, làm turbine quay.
+ Bước 3: Trục turbine được nối với máy phát điện.
+ Bước 4: Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).
+ Bước 5: Dòng điện AC được truyền tải đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống điện quốc gia.
2. Nhiệt điện
Khám phá 3 (trang 28) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.4 và giải thích hoạt động của nhà máy nhiệt điện.
Trả lời:
- Giải thích hoạt động của nhà máy nhiệt điện:
+ Sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy nhiên liệu, sau đó được hóa hơi, áp suất cao của hơi nước làm quay turbine, tiếp theo là quá trình chuyển đổi cơ năng thành năng lượng điện. Dòng điện từ máy phát điện qua trạm biến áp tăng áp và được đưa lên đường dây truyền tải.
3. Điện hạt nhân
Khám phá 4 (trang 28) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.5 và giải thích hoạt động của nhà máy điện hạt nhân.
Trả lời:
- Nhà máy điện hạt nhân sử dụng nguyên liệu hạt nhân uranium hoặc plutonium làm nhiên liệu. Trong lò phản ứng hạt nhân, các phản ứng xảy ra giải phóng nhiệt lớn. Nhiệt động năng lượng này được sử dụng làm sôi nước trong hệ thống lò phản ứng. Nhiệt động năng lượng tạo ra từ phản ứng phân hạt nhân làm cho nước trong lò phản ứng biến thành hơi nước.
- Hơi nước được dùng để làm xoay một turbine. Khi turbine quay, nó làm cho một máy phát điện hoạt động, chuyển đổi năng lượng cơ học từ turbine thành năng lượng điện. Điện năng sau đó được dẫn ra khỏi nhà máy và cung cấp cho lưới điện quốc gia. Sau khi hơi nước đã đi qua turbine và làm việc, nó cần được làm nguội lại trở thành nước và tái sử dụng trong quá trình lò phản ứng. Điều này thường được thực hiện thông qua hệ thống làm mát bằng nước, gọi là làm mát bằng nước.
4. Điện gió
Khám phá 5 (trang 29) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.6 và giải thích hoạt động của nhà máy điện gió
Trả lời:
* Giải thích hoạt động của nhà máy điện gió dựa trên Hình 5.6:
- Gió tác động vào cánh quạt của tua bin gió:
+ Tua bin gió được đặt trên các cột cao để tận dụng tối đa sức mạnh của gió.
+ Cánh quạt của tua bin gió được thiết kế đặc biệt để thu năng lượng từ gió.
+ Khi gió thổi, cánh quạt quay với tốc độ cao.
- Trục tua bin gió được nối với máy phát điện:
+ Trục tua bin gió được nối trực tiếp với máy phát điện.
+ Khi cánh quạt quay, trục tua bin cũng quay, truyền chuyển động quay cho máy phát điện.
- Máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều (AC):
+ Máy phát điện có cấu tạo gồm rôto và stato.
+ Rôto là phần quay cùng với trục tua bin gió, tạo ra từ trường.
+ Stato là phần cố định, gồm các cuộn dây dẫn điện.
+ Khi rôto quay, từ trường liên tục biến đổi trong các cuộn dây của stato, tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).
- Dòng điện AC được truyền tải đến các hộ tiêu thụ thông qua hệ thống điện quốc gia:
+ Dòng điện AC được truyền tải từ máy phát điện đến trạm biến áp.
+ Tại trạm biến áp, điện áp được nâng cao để giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải.
+ Dòng điện AC được truyền tải qua hệ thống đường dây điện cao áp đến các trạm biến áp phụ.
+ Tại trạm biến áp phụ, điện áp được hạ thấp để cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
5. Điện mặt trời
Khám phá 6 (trang 30) Công nghệ 12 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát Hình 5.7 và và giải thích hoạt động của nhà máy điện mặt trời.
Trả lời:
- Giải thích hoạt động của nhà máy điện mặt trời:
+ Sử dụng năng lượng mặt trời tích lũy vào pin mặt trời, dòng điện từ pin thông qua bộ điều khiển sạc và biến đổi DC thành AC, sau đó qua trạm biến áp tăng áp và được đưa lên đường dây truyền tải. Nếu năng lượng điện dư thừa sẽ được tích lũy vào pin.
Luyện tập
So sánh ưu, nhược điểm của các Phương pháp sản xuất điện.
Lời giải:
* Nhà máy nhiệt điện:
- Ưu điểm:
+ Nguồn nhiên liệu phong phú, dễ dàng vận chuyển và lưu trữ.
+ Có thể hoạt động liên tục, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
+ Chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp.
+ Công nghệ sản xuất đã được phát triển hoàn thiện.
- Nhược điểm:
+ Gây ô nhiễm môi trường do phát thải khí CO2, SO2, NOx, bụi mịn.
+ Tiêu hao nhiều nước để làm mát.
+ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp.
* Nhà máy thủy điện:
- Ưu điểm:
+ Nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.
+ Chi phí vận hành thấp.
+ Có thể điều tiết lượng nước để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như tưới tiêu, giao thông thủy lợi.
- Nhược điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao do cần xây dựng đập và hồ chứa nước.
+ Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái do thay đổi dòng chảy của sông.
+ Có thể gây ra lũ lụt nếu đập bị vỡ.
* Nhà máy điện gió:
- Ưu điểm:
+ Nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.
+ Chi phí vận hành thấp.
+ Không gây ô nhiễm tiếng ồn và khí thải.
- Nhược điểm:
+ Hiệu quả hoạt động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (gió).
+ Cần diện tích lớn để lắp đặt tua bin gió.
+ Gây ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường.
* Nhà máy điện mặt trời:
- Ưu điểm:
+ Nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.
+ Chi phí vận hành thấp.
+ Không gây ô nhiễm tiếng ồn và khí thải.
+ Có thể lắp đặt trên diện tích nhỏ.
- Nhược điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.
+ Hiệu quả hoạt động phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (ánh sáng mặt trời).
+ Tấm pin quang điện sau khi hết hạn sử dụng có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.
* Nhà máy điện hạt nhân:
- Ưu điểm:
+ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.
+ Chi phí vận hành thấp.
+ Không gây ô nhiễm môi trường do không phát thải khí CO2.
- Nhược điểm:
+ Nguy cơ rò rỉ phóng xạ.
+ Chất thải hạt nhân khó xử lý.
+ Chi phí đầu tư ban đầu rất cao.
+ Công nghệ sản xuất phức tạp và đòi hỏi trình độ chuyên môn cao.
Kết nối năng lực: Sử dụng internet hoặc sách, báo,… hãy tìm hiểu tỉ lệ công suất các loại nguồn điện vào hệ thống điện Việt Nam.
Trả lời:
- Nguồn điện năng lượng tái tạo chiếm tỷ trọng 27% tổng công suất, các nguồn điện khác chiếm tỷ trọng 73% tổng công suất.
Vận dụng
Tại sao hệ thống điện gió và điện mặt trời luôn yêu cầu hệ thống lưu trữ năng lượng trong khi thuỷ điện, nhiệt điện, điện hạt nhân lại không cần?
Lời giải:
* Hệ thống điện gió và điện mặt trời cần hệ thống lưu trữ năng lượng vì những lý do sau:
- Tính chất không liên tục:
+ Điện gió và điện mặt trời là nguồn năng lượng không liên tục, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
+ Gió có thể thổi mạnh hoặc yếu, và mặt trời có thể sáng hoặc tối. Do đó, lượng điện mà hệ thống điện gió và điện mặt trời tạo ra không ổn định và không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện liên tục.
- Nhu cầu sử dụng điện:
+ Nhu cầu sử dụng điện thay đổi theo thời gian. Vào ban ngày, nhu cầu sử dụng điện cao hơn, nhưng vào ban đêm, nhu cầu sử dụng điện thấp hơn.
+ Hệ thống điện gió và điện mặt trời chỉ hoạt động vào ban ngày khi có ánh sáng mặt trời hoặc gió thổi. Do đó, cần có hệ thống lưu trữ năng lượng để lưu trữ điện dư thừa vào ban ngày và cung cấp điện vào ban đêm hoặc khi nhu cầu sử dụng điện cao.
- Cân bằng hệ thống điện:
+ Hệ thống điện cần phải cân bằng giữa lượng điện cung cấp và lượng điện tiêu thụ để đảm bảo hoạt động ổn định.
+ Hệ thống lưu trữ năng lượng có thể giúp điều chỉnh lượng điện cung cấp vào hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định và đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của người dùng.
- Ngược lại, thủy điện, nhiệt điện và điện hạt nhân:
+ Có thể hoạt động liên tục và tạo ra lượng điện ổn định để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện.
+ Do đó, không cần hệ thống lưu trữ năng lượng.