Giáo án Bài 17. Một số dạng năng lượng tái tạo

Kích thích sự tò mò, giúp HS nhận ra nguồn điện từ mặt trời và gió có đặc điểm phụ thuộc thời gian, thời tiết; từ đó xác định nhiệm vụ học tập của bài.

HS quan sát mô phỏng "Một ngày của hệ điện tái tạo gia đình" trên NeoEdu, trả lời câu hỏi: (1) Ban ngày, tấm pin mặt trời có phát điện không, và điện được đưa đi đâu? (2) Ban đêm, cửa sổ ngôi nhà vẫn sáng nhờ nguồn nào? (3) Vì sao tua-bin lúc quay nhanh, lúc quay chậm?

HS dự đoán được: ban ngày tấm pin phát điện nhờ ánh sáng Mặt Trời và phần lớn điện nạp vào tủ pin; ban đêm nhà sáng nhờ điện đã nạp trong pin; tua-bin quay nhanh hay chậm theo tốc độ gió. GV ghi tên bài và nhiệm vụ: tìm hiểu điện mặt trời, điện gió, tích trữ và phối hợp, đồng thời nhận ra mọi nguồn tái tạo đều có hao phí.

Nêu được điện mặt trời và điện gió là gì, cơ chế biến đổi năng lượng của từng dạng; phân biệt được hai dạng này.

Cặp đôi quan sát mô phỏng tấm pin 18 tế bào quang điện và tua-bin gió ba cánh (rotor bán kính 1,5 m), trả lời Phiếu học tập số 1: (1) Tấm pin biến đổi dạng năng lượng nào thành điện? (2) Tua-bin lấy dạng năng lượng nào của gió để tạo điện? (3) Khi tốc độ gió tăng, công suất tua-bin thay đổi thế nào? (4) Điền khái niệm và đặc điểm của điện mặt trời và điện gió.

Điện mặt trời: biến đổi ánh sáng thành điện bằng tế bào quang điện; phụ thuộc ánh sáng Mặt Trời, phát điện ban ngày.
Điện gió: lấy động năng gió chuyển qua rotor thành điện; công suất tăng theo lập phương tốc độ gió; tua-bin quay nhanh hay chậm theo tốc độ gió.
Kết luận HS rút ra: hai dạng khác nhau ở nguồn năng lượng ban đầu (ánh sáng và động năng gió) và cách chuyển hóa (quang điện và rotor quay).

Nêu được vai trò của tích trữ và phối hợp với nguồn biến đổi; giải thích được tính tái tạo không loại bỏ hao phí.

Nhóm 4 HS thảo luận Phiếu học tập số 2: (1) Vì sao ngôi nhà cần tủ pin lưu trữ khi dùng điện mặt trời? (2) Quan sát vạch báo mức của tủ pin, cho biết ban ngày và ban đêm mức pin thay đổi thế nào. (3) Nguồn điện từ mặt trời, gió có phải là nguồn không hao phí không? Dẫn chứng từ mô phỏng: 0,75 kWh chuyển thành nhiệt khi nạp và xả pin.

Tích trữ và phối hợp: giúp đáp ứng nguồn biến đổi nhưng có chi phí và hao phí. Tủ pin nạp ban ngày khi có nguồn dư, xả ban đêm khi nhà cần điện.
Phân biệt: tính tái tạo của nguồn không loại bỏ hao phí chuyển hóa, vật liệu và xử lí thiết bị hết hạn. Ví dụ: pin nạp 3,75 kWh để dùng 3 kWh, 0,75 kWh thành nhiệt.
Kết luận: nguồn tái tạo vẫn có hao phí; "tái tạo" không có nghĩa là "không có hao phí hay rác thải".

Củng cố khái niệm điện mặt trời, điện gió, tích trữ và phối hợp; nhận diện và sửa quan niệm sai về nguồn tái tạo.

Cá nhân làm nhanh các bài tập sau, sau đó đổi vở kiểm tra chéo:
Câu 1: Trong bài này, điện mặt trời có đặc điểm nào? A. luôn phát như nhau trong đêm; B. không cần vật liệu thiết bị; C. biến đổi ánh sáng thành điện bằng tế bào quang điện.
Câu 2: Điện gió có đặc điểm nào? A. lấy động năng gió chuyển qua rotor thành điện; B. gió tự tạo điện không có chuyển hóa; C. không phụ thuộc tốc độ gió.
Câu 3: Ghép khái niệm với đặc điểm: Điện mặt trời – ; Điện gió – ; Tích trữ và phối hợp – (các đặc điểm: biến đổi ánh sáng thành điện bằng tế bào quang điện; lấy động năng gió chuyển qua rotor thành điện; giúp đáp ứng nguồn biến đổi nhưng có chi phí và hao phí).
Câu 4: Nhận định "Nguồn tái tạo có nghĩa mọi thiết bị dùng nguồn đó không có hao phí hoặc rác thải" đúng hay sai?
Câu 5: "Giúp đáp ứng nguồn biến đổi nhưng có chi phí và hao phí" mô tả thuật ngữ nào?

Đáp án:
Câu 1: C. Điện mặt trời biến đổi ánh sáng thành điện bằng tế bào quang điện.
Câu 2: A. Điện gió lấy động năng gió chuyển qua rotor thành điện.
Câu 3: Điện mặt trời – biến đổi ánh sáng thành điện bằng tế bào quang điện; Điện gió – lấy động năng gió chuyển qua rotor thành điện; Tích trữ và phối hợp – giúp đáp ứng nguồn biến đổi nhưng có chi phí và hao phí.
Câu 4: Sai. Tính tái tạo của nguồn không loại bỏ hao phí chuyển hóa, vật liệu và xử lí thiết bị hết hạn.
Câu 5: Tích trữ và phối hợp (cần phân biệt với điện mặt trời và điện gió).

Vận dụng quan hệ nạp = nhu cầu : hiệu suất để giải quyết tình huống thực tế; đánh giá đúng điều kiện và hạn chế của nguồn tái tạo.

Tình huống: Hệ mặt trời của gia đình tạo 4 kWh ban ngày, nhưng nhu cầu ban đêm là 3 kWh. Pin lưu trữ có hiệu suất 80%. Hỏi: cần ít nhất bao nhiêu kWh để nạp vào pin để ra 3 kWh? Cả lớp thảo luận nhóm 2 HS: (1) Vì sao không thể dùng toàn bộ 4 kWh cho pin? (2) Vì sao cần nêu điều kiện "nếu các hao phí khác bỏ qua"? (3) Vì sao không khẳng định thủy điện hoặc gió không có tác động sinh thái chỉ vì là nguồn tái tạo?

Lời giải: $\dfrac{3}{0{,}8} = 3{,}75$ kWh, tức cần nạp ít nhất 3,75 kWh nếu các hao phí khác bỏ qua. Lượng 4 kWh ban ngày có thể đủ cho mục tiêu này nhưng còn phải đáp ứng nhu cầu dùng điện ban ngày, nên không phải toàn bộ 4 kWh đều dành cho pin.
Lập luận (3): nguồn tái tạo vẫn có thể ảnh hưởng dòng chảy, sinh cảnh, động vật và cần vật liệu; cần đánh giá cả lợi ích phát thải lẫn tác động theo địa điểm; không có công nghệ nào hoàn toàn không tác động.