Giáo án chuyên đề Vật lí 10 cánh diều CĐ 3 Bài 3: Năng lượng tái tạo (P2)

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu công nghệ thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời

- GV cho HS đọc SGK, thảo luận và trả lời câu hỏi:

Công nghệ thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời gồm mấy loại? Đó là những loại nào? Đặc điểm của từng loại?

- HS trả lời câu hỏi 3:

Năng lượng nhiệt của Mặt Trời có vai trò gì trong hoạt động phơi nông sản, sản xuất muối?

- GV đặt các câu hỏi thêm:

+ Liệt kê một số thiết bị sử dụng điện mặt trời mà em biết? (máy tính cầm tay, xe điều khiển từ xa,… điện mặt trời sử dụng trong các nhà dân)

+ Trình bày nguyên lí hoạt động của bếp năng lượng mặt trời?

(Sử dụng một gương parabol để hội tụ toàn bộ ánh sáng mặt trời về một vùng nhỏ)

+ Trình bày nguyên lí hoạt động của máy nước nóng năng lượng mặt trời?

(Nguyên lí đối lưu và hiệu ứng lồng kính để chuyển hoá quang năng thành nhiệt năng).

- HS thảo luận và trả lời tìm hiểu thêm 1:

Từ xa xưa con người đã chú ý tìm cách thiết kế nhà cửa mát vào mùa hè, ấm vào mùa đông và thu được nhiều ánh sáng tự nhiên. Nhờ vậy, tiết kiệm được năng lượng để sưởi ấm, làm mát hoặc thắp sáng ngôi nhà. Bạn hãy tìm hiểu về các cách thiết kế nhà tiết kiệm năng lượng này.

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu công nghệ thu năng lượng từ sức nước.

- GV cho HS đọc SGK, thảo luận và tìm hiểu:

Tìm hiểu và kể tên một số nhà máy thuỷ điện nổi tiếng ở Việt Nam cùng với công suất của chúng. (Nhà máy thuỷ điện Sơn La 2 400 MW, nhà máy thuỷ điện Hoà Bình 1 920 MW, nhà máy thuỷ điện Lai Châu 1 200 MW,…)

- GV chia lớp thành các nhóm, yêu cầu các nhóm vẽ sơ đồ nguyên lí hoạt động sản xuất điện từ năng lượng nước.

(Sơ đồ:

)

- HS trả lời câu hỏi 4:

Tại sao nói sức nước là năng lượng tái tạo và có nguồn gốc từ Mặt Trời?

- GV đặt câu hỏi để gợi ý HS trả lời câu hỏi 4:

+ Nguồn năng lượng nước có bị hạn chế không? Có tốn nhiều thời gian để tái tạo lại không?

+ Mặt trời có cung cấp phản ứng tạo ra nước và tham gia vào quá trình tạo mưa không?

- HS thảo luận, trả lời tìm hiểu thêm 2, 3:

+ Tìm hiểu thêm 2: Tìm hiểu thêm các mặt trái của việc xây dựng và vận hành các nhà máy thuỷ điện.

+ Tìm hiểu thêm 3: Hiện còn có một số công nghệ khai thác năng lượng từ sóng biển, thuỷ triều, các dòng hải lưu, đối lưu nhiệt đại dương và chênh lệch độ mặn trong nước. Bạn hãy tìm hiểu thêm về công nghệ này.

- GV hỏi để hướng dẫn HS trả lời tìm hiểu 2:

+ Thay đổi dòng chảy của nước dẫn đến hậu quả gì?

+ Chất lượng nước vùng hạ lưu như thế nào?

+ Lượng nước trong các hoạt động nông nghiệp?

+ Hệ sinh thái sinh vật dưới nước như thế nào?

+ Những thay đổi gây ra tác động gì với nguồn lợi thuỷ sản và sinh kế của các ngư dân?

- GV cung cấp thêm thông tin: Với đặc điểm địa hình và chế độ thuỷ triều, vùng biển Đông Bắc (Quảng Ninh và Hải Phòng) là khu vực có tiềm năng phát triển điện thuỷ triều lớn nhất nước.

Nhiệm vụ 3: Tìm hiểu công nghệ thu năng lượng từ sức gió

- GV cho HS đọc SGK và tìm hiểu theo các nội dung:

+ Khái niệm năng lượng gió

+ Các loại công nghệ thu năng lượng từ sức gió

+ Vẽ sơ đồ nguyên lí hoạt động cơ bản của nguồn năng lượng điện gió:

- HS thảo luận và trả lời câu hỏi 5 và tìm hiểu thêm 4:

Câu hỏi 5: Tại sao nói sức gió là năng lượng tái tạo và có nguồn gốc từ Mặt Trời?

Tìm hiểu thêm 4: Tua bin gió đứng sử dụng công nghệ hiện đại, luôn quay ổn định với mọi hướng gió. Bạn hãy tìm hiểu công nghệ này.

- GV gợi ý HS trả lời câu hỏi 5:

+ Gió là gì? (Là luồng không khí lớn chuyển động trên bề mặt Trái Đất)

+ Khi có sự chênh lệch áp suất thì điều gì xảy ra với không khí? (Không khí di chuyển từ nơi có áp suất cao tới áp suất thấp)

+ Tác động nào đã tạo ra sự chênh lệch áp suất khí quyển theo vị trí địa lí? (Mặt Trời)

- GV cung cấp thêm thông tin:

Với khoảng 3 000 km bờ biển và thuộc khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa, Việt Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng năng lượng gió tốt. Hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512 GW.

Nhiệm vụ 4: Tìm hiểu công nghệ thu năng lượng từ sinh khối động thực vật

- GV cho HS đọc SGK, tìm hiểu về:

+ Năng lượng được dự trữ trong sinh khối động thực vật

+ Khái niệm sinh khối

- HS thảo luận cặp đôi trả lời câu hỏi 6:

 Tại sao nói năng lượng dự trữ trong sinh khối có nguồn gốc từ Mặt Trời?

- GV đặt câu hỏi để gợi ý HS trả lời câu hỏi 6:

+ Sinh khối bao gồm những gì? (cây cối tự nhiên, các loài thực vật,…)

+ Năng lượng Mặt Trời đóng vai trò gì trong quá trình quang hợp của cây? (năng lượng dự trữ)

- HS tìm hiểu và trả lời câu hỏi 7:

Tại sao nói nhiên liệu hoá thạch có nguồn gốc từ sinh khối động thực vật?

- GV gợi ý HS trả lời câu hỏi 7: Hàng triệu năm trước đây, thực vật, động vật bị hoá thạch chuyển hoá tương ứng thành than đá, dầu mỏ.

- GV chia lớp làm ba nhóm, mỗi nhóm sẽ bốc thăm để tìm hiểu về từng nội dung cụ thể trong bài

Các nhóm sẽ đọc SGK và tìm hiểu thêm tư liệu, trả lời các câu hỏi hoặc tìm hiểu thêm (nếu có) tương ứng trong phần kiến thức đã chọn.

- GV hướng dẫn các nhóm tìm hiểu nội dung bài học theo các ý sau:

+ Khái niệm (xăng sinh học, dầu sinh học, khí sinh học là gì?)

+ Nguyên tắc tạo thành?

+ Ưu điểm?

- Nhóm trả lời tìm hiểu thêm 5:

Các mô hình kinh tế truyền thống (tuyến tính) đã tạo ra khối lượng hàng hoá khổng lồ phục vụ cho sự phát triển kinh tế - xã hội nhưng cũng đem đến hệ luỵ ô nhiễm và cạn kiệt tài nguyên.

Mô hình kinh tế tuần hoàn chuyển đổi từ mô hình kinh tế truyền thống “khai thác – sản xuất – tiêu huỷ” sang mô hình tái sử dụng có mục đích. Mục tiêu là giữ lại càng nhiều càng giá trị càng tốt từ các nguồn lực, sản phẩm, thành phẩm và vật liệu nhằm kiến tạo một hệ thống cho phép tái sử dụng, tái sản xuất và tái chế lâu dài, tối ưu.

Bạn hãy tìm hiểu thêm về mô hình kinh tế toàn cầu.

- GV cung cấp thêm thông tin: Việt Nam là nước nông nghiệp lâu đời, nguồn nguyên liệu sản xuất năng lượng sinh khối khoảng 118 triệu tấn/năm. Nếu quy đổi ra dầu sẽ tương đương 80,7 triệu tấn dầu, gấp hai lần tổng lượng khai thác dầu khí của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam. Tiềm năng lớn như vậy nhưng hầu hết các nguồn năng lượng sinh khối của chúng ta vẫn chưa thể tận dụng, gây lãng phí, thậm chí là nguồn gây ô nhiễm môi trường.

Nhiệm vụ 5: Tìm hiểu công nghệ thu năng lượng từ nguồn địa nhiệt

- GV cho HS tìm hiểu SGK và trả lời các câu hỏi:

+ Năng lượng địa nhiệt là gì?

+ Năng lượng địa nhiệt được đưa lên mặt đất dưới dạng nào?

+ SGK đề cập những công nghệ thu năng lượng từ  nguồn địa nhiệt nào?

+ Các công nghệ thu năng lượng từ nguồn địa nhiệt có đặc điểm và ứng dụng gì?

- GV yêu cầu HS thảo luận, trả lời tìm hiểu thêm 6:

Tìm hiểu thêm các mặt trái của việc khai thác địa nhiệt.

- GV cung cấp thêm thông tin: Suối nước nóng thực chất là mạch nước ngầm được đun nóng bởi địa nhiệt của lớp vở Trái Đất. Có rất nhiều mạch nước nóng ở nhiều nơi trên lớp vỏ Trái Đất. Ở Việt Nam có các mạch nước nóng ở Bản Mòng, Sơn La; Kim Bôi, Hoà Bình; Trạm Tấu, Yên Bái; Kênh Gà, Ninh Bình; Thanh Tân, Thừa Thiên Huế; Bình Châu, Bà Rịa – Vũng Tàu.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, suy nghĩ trả lời câu hỏi, hoàn thành các yêu cầu.

- GV: quan sát và trợ giúp HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

III. Vai trò của năng lượng tái tạo

1. Công nghệ thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời

Công nghệ điện mặt trời

 Để thu được năng lượng mặt trời và chuyển hoá thành điện năng, người ta sử dụng pin quang điện.

Công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời

 Quang năng từ bức xạ điện từ Mặt Trời được chuyển hoá trực tiếp thành nhiệt năng và được sử dụng trong một số thiết bị như: bếp và máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời.

TL Câu hỏi 3:

 Mặt Trời là nguồn năng lượng ánh sáng và năng lượng nhiệt tự nhiên cho hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người trong hàng nghìn năm nay như phơi nông sản, làm muối.

+ Làm bay hơi nước biển trong quá trình làm muối.

+ Làm khô nông sản (phơi thóc, phơi nông sản,...)

+ Diệt nấm mốc.    

TL tìm hiểu thêm 1:

 Một số cách thiết kế nhà tiết kiệm năng lượng:

- Hệ thống thông gió tự nhiên: Tạo ra môi trường khí hậu tốt, bầu không khí trong lành hơn và giảm nhiệt độ không gian, từ đó giảm tần suất sử dụng các thiết bị điện để làm mát như quạt, điều hoà.

- Thiết bị năng lượng mặt trời: Lắp đặt pin quang điện mặt trời hoặc sử dụng bình nước nóng năng lượng mặt trời,...

2. Công nghệ thu năng lượng từ sức nước

Công nghệ thuỷ điện trên sông:

 Nhà máy thuỷ điện trên sông khai thác năng lượng để sản xuất xuất điện chủ yếu từ các dòng chảy trên sông.

Công nghệ thuỷ điện hồ chứa

 Công nghệ thuỷ điện này dựa vào lượng nước được tích trong hồ, cho phép tạo ra điện theo nhu cầu, giảm phụ thuộc vào sự thay đổi của dòng chảy. Những hồ chứa rất lớn có thể tích trữ nước hàng tháng hoặc hàng năm và cung cấp các dịch vụ ngăn ngừa lũ và tưới tiêu.

TL câu hỏi 4:

- Năng lượng từ sức nước là năng lượng tái tạo vì nguồn nước gần như vô hạn, có thể tái tạo nhanh chóng.  

- Năng lượng từ sức nước có nguồn gốc từ Mặt Trời vì Mặt Trời là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Mặt Trời cung cấp năng lượng cho các phản ứng hoá học, trong đó có phản ứng tạo ra nước từ các phân từ Hidro và Oxi, đồng thời Mặt Trời còn làm nước bốc hơi, tham gia vào quá trình tạo mưa.

Tìm hiểu thêm 2:

 Nguy cơ gây mất cân bằng hệ sinh thái do nhà máy thuỷ điện có thể gây ra:

+ Thay đổi dòng chảy của nước là nguyên nhân gây nên xói lở bờ sông, nơi canh tác nông nghiệp của người dân.

+ Chất lượng nước vùng hạ lưu bị giảm sút

+ Người nông dân không có đủ nước cho các hoạt động nông nghiệp

+ Hệ sinh thái sinh vật dưới nước bị thay đổi.

+ Ở các cửa sông hiện tượng xâm nhập mặn tăng lên

+ Những thay đổi gây ra tác động xấu đối với nguồn lợi thuỷ sản. Một số loài không thể sống sót và sinh kế của các ngư dân bị đe doạ.

Tìm hiểu thêm 3:

- Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển: chuyển đổi động năng của sóng thành điện năng.

- Thiết bị khai thác năng lượng thuỷ triều:

3. Công nghệ thu năng lượng từ sức gió

Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển của Trái Đất.

Công nghệ năng lượng gió trên đất liền

Các tua bin gió lấy động năng từ quá trình di chuyển của không khí (gió) và chuyển đổi thành điện năng thông qua rôto khí động học, được nối qua hệ thống truyền dẫn với máy phát điện.

Công nghệ năng lượng gió ngoài khơi

 Năng lượng gió ngoài khơi được tạo ra bởi các tua bin gió lắp đặt trên biển:

TL câu hỏi 5:

- Sức gió là năng lượng tái tạo vì nó là nguồn năng lượng vô hạn.

- Bề mặt Trái Đất, nước biển và khí quyển hấp thụ bức xạ mặt trời và tăng nhiệt độ. Nhiệt độ tăng làm tăng lượng không khí có chứa nước bốc hơi từ các đại dương, gây ra lưu thông khí quyển hoặc đối lưu (tạo ra gió).

 Không khí bốc lên cao, gặp lạnh, hơi nước ngưng tụ thành mây, tạo ra mưa (có thể sinh ra gió, bão,...)

TL tìm hiểu 6:

 Tua bin gió đứng giống như tuabin nằm ngang, chúng có hộp số và máy phát điện. Tua bin đứng được sử dụng ở quy mô nhỏ hơn, thường được sử dụng để cung cấp năng lượng bổ sung cho các toà nhà, nhà cửa hoặc tàu thuyền. Tua bin thẳng đứng là loại đa hướng và có thể tạo ra năng lượng bất kể gió thổi theo hướng nào.

4. Công nghệ thu năng lượng từ sinh khối động thực vật

- Năng lượng được dự trữ trong sinh khối động thực vật thông qua phản ứng quang hợp để tạo thành carbohydrates.

- Sinh khối là các chất hữu cơ dễ phân huỷ, bao gồm gỗ và các cây nông nghiệp, cây thân thảo, thân gỗ; chất thải hữu cơ đô thị cũng như phân bón:

TL câu hỏi 6:

 Sinh khối bao gồm cây cối tự nhiên, cây trồng công nghiệp và các loài thực vật khác. Nó được xem như một dạng tích trữ năng lượng Mặt Trời vì năng lượng Mặt Trời được giữ lại bởi cây cối qua quá trình quang hợp rồi chuyển đổi thành năng lượng hoá học trong giai đoạn phát triển của cây.

TL câu hỏi 7:

 Nhiên liệu hoá thạch được hình thành từ quá trình phân huỷ kỵ khí của xác các sinh vật, bao gồm thực vật phù du và động vật phù du lắng đọng xuống đáy biển với số lượng lớn trong các điều kiện thiếu oxy, cách đây hàng triệu năm. Do vậy, có thể nói nhiên liệu hoá thạch có nguồn gốc từ sinh khối động thực vật.

Công nghệ sản xuất xăng sinh học (Biogasoline)

- Xăng sinh học là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng cồn ethanol có nguồn gốc sinh học như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì.

- Ethanol sinh học được tạo ra khi lên men các sinh khối có carbohydrates cao (đường, tinh bột, celluloses).

TL tìm hiểu thêm 5:

 Trong bối cảnh hiện nay, việc chuyển đổi từ kinh tế thẳng sang kinh tế tuần hoàn là thiết yếu. Vì:

+ Sự gia tăng nhu cầu về nguyên liệu thô, trong khi nguồn nguyên liệu này ngày càng cạn kiệt.

+ Sự phụ thuộc vào các nước khác, đặc biệt các nguồn quốc gia phụ thuộc nước khác về nguyên liệu thô, dẫn đến căng thẳng về chính trị toàn cầu.

+ Tác động đến sự biến đổi khí hậu (phát thải các khí nhà kính, đặc biệt là CO₂) làm gia tăng quá trình biến đổi khí hậu cực đoan, gây nên các hậu quả cực kì nghiêm trọng.

+ Tạo ra các cơ hội kinh tế với doanh nghiệp và khoa học trong lĩnh vực đổi mới và sáng tạo.

Công nghệ sản xuất dầu sinh học (Biodiesel)

- Dầu sinh học là một loại nhiên liệu lỏng có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống.

- Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một loại dầu thực vật từ lạc, đậu tương, hướng dương, dừa, bông,... và mỡ động vật.

- Xăng, dầu sinh học có ưu điểm lớn là ít làm ô nhiễm môi trường, chứa tới 11% O₂, giảm hơn 70% khí thải CO₂ và giảm hơn 30% khí độc hại do chứa rất ít lưu huỳnh.

Công nghệ sản xuất khí sinh học (Biogas)

- Khí sinh học là một loại khí hữu cơ gồm methane và các đồng đẳng khác.

- Khí sinh học được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ như rác thải, phân động vật, thụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ,...

- Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí đốt từ sản phẩm dầu mỏ hoặc dùng trong sản xuất điện sinh học.

5. Công nghệ thu năng lượng từ nguồn địa nhiệt

- Năng lượng từ lòng đất (địa nhiệt) là loại năng lượng lấy từ nguồn nhiệt tự nhiên trong lòng Trái Đất bằng cách khoan sâu xuống lòng đất.

- Năng lượng nhiệt này được đưa lên mặt đất dưới dạng hơi nóng hoặc nước.

Công nghệ sử dụng địa nhiệt trực tiếp

- Thông qua hệ thống bơm địa nhiệt, nguồn nước nóng tự nhiên được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm các căn hộ, làm ấm hồ bơi, hồ nuôi trồng thuỷ sản, sấy công nghiệp và làm tan tuyết.

- Ở những nơi có mạch nước nóng tự nhiên, nước nóng có thể được dẫn trực tiếp tới lò sưởi. Nếu nguồn nhiệt gần mặt đất nóng nhưng khô thì các ống chuyển đổi nhiệt nông có thể được sử dụng mà không cần dùng bơm nhiệt.

Công nghệ điện địa nhiệt

- Năng lượng địa nhiệt thường sản xuất điện phụ tải vì nó không bị ảnh hưởng bởi thời tiết.

- Phát triển năng lượng tái tạo còn nhiều khó khăn, vướng mắc về công nghệ, chi phí đầu tư, thị trường tiêu thụ và thể chế, pháp lí.

TL tìm hiểu thêm 6:

Mặt trái của việc khai thác địa nhiệt:

- Hoạt động bơm nước dễ gây ra các chấn động nhỏ trên bề mặt Trái Đất.

- Dễ xảy ra hiện tượng sụt lún, tạo ra vết nứt ngầm, làm hư hỏng đường ống, phố xá hay hệ thống thoát nước tự nhiên.

- Thải ra lượng nhỏ khí nhà kính như H₂S hay CO₂. Nước dễ bị ô nhiễm bởi nhiều nguyên tố độc hại khi hệ thống địa nhiệt không được cách nhiệt đúng cách.