Chuyên đề Vật lí 10 Bài 8 (Chân trời sáng tạo): Năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo

Giải bài tập Chuyên đề Vật lí 10 Bài 8: Năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo

A/ Câu hỏi đầu bài

Mở đầu trang 63 Chuyên đề Vật lí 10:

Tốc độ khai thác, tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch quá nhanh so với tốc độ hình thành khiến nguồn năng lượng hóa thạch rơi vào tình trạng cạn kiệt. Vì vậy nhu cầu về việc thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch bằng các nguồn năng lượng tái tạo càng trở nên cấp thiết. Vậy năng lượng tái tạo có những ưu điểm gì so với năng lượng hóa thạch và làm thế nào để có thể khai thác được năng lượng tái tạo?

Lời giải:

- Năng lượng tái tạo

- Năng lượng tái tạo có những ưu điểm so với năng lượng hóa thạch là

+ Có sẵn trong thiên nhiên, liên tục được bổ sung thông qua các quá trình tự nhiên.

+ Năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, thải ra ít carbon trong quá trình sản xuất, chuyển đổi. 

+ Phong phú, có thể khai thác rộng rãi ở mọi khu vực khác nhau trên trái đất. Có thể sử dụng để tạo ra điện và nhiệt.

- Để có thể khai thác được năng lượng tái tạo ta sử dụng một số công nghệ cơ bản:

+ Khai thác được năng lượng mặt trời để biến đổi quang năng thành điện năng, ta sử dụng pin mặt trời hay pin thông thường. Mặt khác, để biến đổi quang năng thành nhiệt năng ta sử dụng 1 gương parabol hoặc 1 ống chân không.

+ Khai thác được năng lượng gió để biến đổi năng lượng gió thành điện năng, ta sử dụng 1 thiết bị gián tiếp như tuabin gió.

+ Khai thác được năng lượng sinh khối biến đổi năng lượng sinh khối thành điện năng, ta sử dụng phương pháp đốt trực tiếp và sử dụng lò hơi hoặc phương pháp đốt liên kết và phương pháp nhiệt phân.

+ Khai thác được năng lượng nước biến đổi thế năng thành điện năng, ta cho dòng nước chảy từ đập trên cao xuống, làm quay tuabin nước.

B/ Câu hỏi giữa bài

1. Phân loại năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo

Câu hỏi 1 trang 63 Chuyên đề Vật lí 10: Liệt kê một số dạng của năng lượng năng lượng hóa thạch mà em có thể sử dụng được trong cuộc sống hàng ngày.

Lời giải:

Một số dạng của năng lượng năng lượng hóa thạch mà em có thể sử dụng được trong cuộc sống hàng ngày là: dầu mỏ (các loại xe chạy bằng động cơ dầu, xăng), than đá, khí thiên nhiên (bếp gas)....

Câu hỏi 2 trang 63 Chuyên đề Vật lí 10: Liệt kê một số khí thải độc hại được sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch

Lời giải:

Một số khí thải độc hại được sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch là:

Các oxide nitơ (NO₂), dioxide lưu huỳnh (SO₂), CO, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các kim loại nặng.

Luyện tập trang 64 Chuyên đề Vật lí 10: Quan sát biểu đồ hình 8.2 và đọc phần mở rộng, tìm hiểu và ước lượng tổng thời gian khai thác than đá tại Việt Nam đến cạn kiệt

Lời giải:

- Trữ lượng than của nước ta (tính đến 31/12/2015) là 48,88 tỉ tấn = 48880 triệu tấn.

- Sản lượng khai thác than nước ta (giai đoạn 2016 -2019) là:

40 + 37 + 41 + 46 = 164 triệu tấn.

Giả sử tốc độ khai thác được giữ nguyên trong những năm tiếp theo. Vậy thời gian để nước ta khai thác số than là: $\frac{48800}{164}.4=1222$ năm hay đến khoảng năm 3230 thì nước ta sẽ cạn kiệt nguồn than tự nhiên.

Câu hỏi 3 trang 65 Chuyên đề Vật lí 10: Quan sát Hình 8.4 và kể tên những nguồn năng lượng tái tạo liên quan

Lời giải:

Hình 8.4a: Năng lượng mặt trời.

Hình 8.4b: Năng lượng nước.

Hình 8.4c: Năng lượng gió.

Hình 8.4d: Năng lượng địa nhiệt.

Câu hỏi 4 trang 66 Chuyên đề Vật lí 10: Liệt kê một số nhược điểm của điện gió và thuỷ điện

Lời giải:

- Nhược điểm của điện gió là

+ Điện năng chỉ được tạo ra khi có gió.

+ Công suất phát ra thay đổi theo mức gió.

+ Vùng thuận lợi cho đặt nhà máy cũng thường cách xa vùng tiêu thụ. Điều này làm cho lưới điện phải bố trí dẫn truyền điện, và có kế hoạch điều hòa nguồn phát thích hợp để đảm bảo năng lượng cho các phụ tải tiêu thụ.

+ Chi phí xây dựng tốn kém

+ Tiếng ồn ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

+ Cánh quạt gió gặp trục trặc có thể là mối nguy hiểm cho những người làm việc gần đó.

- Nhược điểm của thủy điện là

+ Chi phí truyền tải lớn do xa trung tâm phụ tải.

+ Thời gian xây dựng lâu và tốn nhiều chi phí.

+ Gây mất cân bằng hệ sinh thái ⇒ ô nhiễm môi trường.

+ Ảnh hưởng đến đời sống của người dân ở khu vực lân cận, đặc biệt là ảnh hưởng đến nông nghiệp.

Vận dụng trang 66 Chuyên đề Vật lí 10:

Tìm hiểu, thảo luận để hoàn thành bảng so sánh năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo theo gợi ý của Bảng 8.1.

Lời giải:

So sánh một số đặc điểm của năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo

Giống nhau	Cung cấp năng lượng có ích cho các ngành kinh tế, phục vụ cho sinh hoạt và cuộc sống của con người.
Khác nhau	Năng lượng hóa thạch	Năng lượng tái tạo
Trữ lượng	Có giới hạn	vô cùng lớn, có thể vô tận.
Thời gian sử dụng	Sẽ cạn kiệt sau một thời gian nếu không có kế hoạch khai thác và tiêu thụ hợp lí	Không bao giờ cạn kiệt
Giá thành	Không quá cao	cao
Ưu điểm	- dễ khai thác. - dễ chế biến. - dễ trao đổi mua bán - dễ vận chuyển	- có sẵn trong thiên nhiên, liên tục được bổ sung thông qua các quá trình tự nhiên. - năng lượng sạch, thân thiện với môi trường.  - phong phú, có thể khai thác rộng rãi ở mọi khu vực khác nhau trên trái đất. Có thể sử dụng để tạo ra điện và nhiệt.
Nhược điểm	- Phải mất hàng triệu năm để tạo ra các nhiên liệu hóa thạch. - Tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.	- có tính ổn định thấp hơn (hiệu suất thấp hơn) so với các nguồn năng lượng hóa thạch.

2. VAI TRÒ CỦA NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Câu hỏi 5 trang 66 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu và trình bày những tác động tích cực của năng lượng tái tạo đối với môi trường.

Lời giải:

Những tác động tích cực của năng lượng tái tạo đối với môi trường là:

- Năng lượng tái tạo có trữ lượng vô hạn, do đó có tiềm năng thay thế các nguồn năng lượng không tái tạo điều này góp phần tránh được các hậu quả có hại đến môi trường.

Ví dụ: nhiên liệu sinh học được chế tạo dễ dàng từ sinh khối phát triển bền vững nhờ khả năng tái tạo và phân hủy sinh học tốt.

- Việc phát triển năng lượng tái tạo được xem là bước đi tiên phong cho việc giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính, từ đó hướng tới nền tăng trưởng năng lượng xanh, hiện đại.

- Tại Việt Nam, việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo là chiến lược phù hợp, quan trọng vì ít rủi ro hơn góp phần tăng cường nguồn cung trong nước, giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng nhập khẩu nước ngoài, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, đồng thời giảm tác động làm biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường.

Luyện tập trang 67 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu và trình bày về hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối trong việc sản xuất điện năng tại Việt Nam

Lời giải:

- Hàng năm, tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông nghiệp trong đó 40% được sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hộ gia đình và sản xuất điện. Theo số liệu tính toán, cứ 5 kg trấu tạo ra 1kWh điện, như vậy với lượng trấu hàng triệu tấn, mỗi năm Việt Nam có thể thu được hàng trăm MW điện. Phế phẩm nông nghiệp rất dồi dào ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng phế phẩm nông nghiệp toàn quốc và vùng Đồng bằng sông Hồng với 15% tổng sản lượng toàn quốc.

- Tại miền Bắc, dự án xây dựng nhà máy điện sinh khối Biomass tại khu Rừng Xanh, thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ đã được hoàn thiện và đi vào hoạt động từ năm 2013 với công suất 40 MW và sản lượng điện là 331,5 triệu kWh/năm

- Tại miền Nam, Tập đoàn Doosan (Hàn Quốc) đã đầu tư xây dựng và hoàn thiện nhà máy nhiệt điện sinh khối tại khu công nghiệp Minh Hưng - Hàn Quốc với công suất 19 MW, cung cấp hơi nước 70m³/giờ

- Tại Cần Thơ, nhà máy điện sinh khối đốt trấu tại Khu Công Nghiệp Trà Nóc 2 do công ty cổ phần nhiệt điện Đinh Hải đầu tư cũng đã hoàn thành và đưa vào hoạt động với công suất 20 tấn hơi/giờ.

- Tại Phú Yên, nhà máy điện sinh khối của công ty TNHH Công nghiệp KCP có công suất 60 MW cũng đã hoàn thành và hòa vào lưới điện quốc gia từ năm 2017.

3. MỘT SỐ NGHỆ CƠ BẢN ĐỂ THU ĐƯỢC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Câu hỏi 6 trang 67 Chuyên đề Vật lí 10: Liệt kê một số thiết bị sử dụng điện mặt trời mà em biết

Lời giải:

Thiết bị sử dụng điện mặt trời mà em biết: Hệ thống điện mặt trời cho hộ gia đình và hệ thống điện mặt trời hòa lưới, pin mặt trời trong các thiết bị điện tử như máy tính cầm tay, xe điều khiển từ xa, …

Câu hỏi 7 trang 68 Chuyên đề Vật lí 10: Quan sát Hình 8.10 và mô tả quy trình sinh ra năng lượng bằng cách sử dụng năng lượng sinh khối.

Lời giải:

Quy trình sinh ra năng lượng bằng cách sử dụng năng lượng sinh khối trong Hình 8.10:

- Sinh khối sau khi được sấy khô, cắt thành mảnh vụn, ép thành bánh than cùng với không khí được chuyển vào lò đốt từ đáy lò trong hệ thống đốt trực tiếp.

- Sinh khối được đưa vào trong lò đun từ phía trên trong lò hơi.

- Hơi nước được tạo ra từ trong lò hơi và hơi nước sinh ra làm quay tuabin của máy phát điện, từ đó có thể sinh ra điện năng.

Câu hỏi 8 trang 69 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu và kể tên một số nhà máy thủy điện nổi tiếng ở Việt Nam cùng với công suất của chúng.

Lời giải:

Một số nhà máy thủy điện nổi tiếng ở Việt Nam cùng với công suất của chúng

Luyện tập trang 69 Chuyên đề Vật lí 10: Vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động sản xuất điện từ năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng nước

Lời giải:

Vận dụng trang 69 Chuyên đề Vật lí 10:

Làm việc nhóm để thảo luận thiết kế và chế tạo một mô hình thiết bị vận hành bằng nguồn năng lượng tái tạo

Lời giải:

TỰ LÀM MÔ HÌNH TUABIN HOẠT ĐỘNG BẰNG

NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1. Chuẩn bị:

- Làm một chong chóng cắt ra từ vỏ lon nước ngọt.

- Một que cứng gắn trên một giá cố định để làm trục quay.

- Một nút áo cột vào đầu sợi dây dài 1m quấn quanh trục.

2. Tiến hành

- Đặt các cánh quạt của chong chóng bên dưới vòi nước.

- Mở vòi nước, sức nước chảy mạnh làm chong chóng quay và tạo ra lực nâng vật lên cao.

C. Bài tập

Bài tập 1 trang 69 Chuyên đề Vật lí 10:

Phân tích sự chuyển hóa giữa các dạng năng lượng khi khai thác năng lượng mặt trời, năng lượng nước, năng lượng gió.

Lời giải:

Năng lượng mặt trời: quang năng $\to$ nhiệt năng hoặc quang năng $\to$ điện năng.

Năng lượng nước: thế năng $\to$ động năng $\to$ điện năng.

Năng lượng gió: động năng $\to$ điện năng.

Bài tập 2 trang 69 Chuyên đề Vật lí 10: Viết một bài luận ngắn để tìm hiểu về một nhà máy khai thác năng lượng tái tạo ở nước ta.

Lời giải:

Nhà máy Thủy điện Hoà Bình được xây dựng tại tỉnh Hòa Bình (từ năm 1979 đến năm 1991 là tỉnh Hà Sơn Bình), trên dòng sông Đà thuộc miền bắc Việt Nam. Đây là nhà máy thủy điện lớn nhất Việt Nam và Đông Nam Á từ năm 1994 đến 2012 (Bị phá vỡ kỉ lục vào năm 2012 bởi Nhà máy thủy điện Sơn La). Nhà máy thủy điện Hòa Bình do Liên Xô (sau năm 1991 đến 1994 là Liên bang Nga) viện trợ kinh phí, hỗ trợ công tác xây dựng và hướng dẫn vận hành.

Công trình khởi công 6/11/1979, khánh thành 20/12/1994.

Nhà máy thủy điện Hòa Bình là nguồn cung cấp điện chủ lực của toàn bộ hệ thống điện Việt Nam. Năm 1994, cùng với việc khánh thành nhà máy và tiến hành xây dựng Đường dây 500 kV Bắc - Nam từ Hòa Bình tới trạm Phú Lâm (Thành phố Hồ Chí Minh) hình thành một mạng lưới điện quốc gia. Công trình này góp phần đắc lực trong việc cung cấp nguồn điện cho miền Nam và miền Trung Việt Nam. Nhà máy cung cấp khoảng 27% (Thời điểm trước năm 2010) nguồn điện của cả nước.

Cung cấp nước tưới tiêu:

Đập thủy điện Hòa Bình góp phần quan trọng vào việc cung cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp ở vùng hạ lưu trong đó có đồng bằng sông Hồng, nhất là trong mùa khô. Điều tiết mực nước sông đồng thời đẩy nước mặn ra xa các cửa sông.

Phục vụ giao thông - vận tải:

Cải thiện việc đi lại bằng đường thủy ở cả thượng lưu và hạ lưu. Năm 2004, công trình tượng đài chiến thắng Điện Biên Phủ được vận chuyển chủ yếu bằng con đường này.

Xem thêm lời giải Chuyên đề Vật lí lớp 10 bộ sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 9: Tác động của việc sử dụng năng lượng ở Việt Nam

Bài 10: Ô nhiễm môi trường

Bài 1: Sơ lược về sự phát triển của Vật lí

Bài 2: Giới thiệu một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí

Bài 3: Ứng dụng của vật lí trong một số ngành nghề