Trong bối cảnh toàn cầu đang nỗ lực chuyển dịch sang các nguồn năng lượng sạch hơn và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, máy bơm nhiệt Heat Pump ngày càng trở nên phổ biến như một giải pháp làm nóng, làm mát và cung cấp nước nóng hiệu quả cho cả gia đình và công trình lớn.
Tuy nhiên, xung quanh công nghệ này vẫn còn một câu hỏi thường gặp: Liệu máy bơm nhiệt có phải là năng lượng tái tạo không? Đây không phải là một câu hỏi có thể trả lời đơn giản bằng "có" hoặc "không". Bản chất năng lượng của Heat Pump phức tạp hơn một chút và việc phân loại nó phụ thuộc vào cách chúng ta định nghĩa "năng lượng tái tạo" và xem xét toàn bộ hệ thống.
Bài viết này, dựa trên nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt và các định nghĩa năng lượng chuẩn mực từ các tổ chức quốc tế uy tín, Avil Việt Nam sẽ giúp bạn hiểu rõ liệu Heat Pump có phải là năng lượng tái tạo hay không, và tại sao việc phân loại này lại quan trọng.
1. Máy bơm nhiệt hoạt động như thế nào?
Để xác định liệu Heat Pump có phải là năng lượng tái tạo hay không, trước hết chúng ta cần hiểu nguyên lý cơ bản của nó. Khác với các thiết bị làm nóng truyền thống (như lò hơi đốt gas/dầu hay bình nóng lạnh điện trở) trực tiếp tạo ra nhiệt bằng cách đốt nhiên liệu hoặc biến đổi điện năng thành nhiệt 100%, Heat Pump hoạt động dựa trên nguyên lý di chuyển nhiệt.
Tương tự như cách tủ lạnh di chuyển nhiệt từ bên trong ra ngoài, Heat Pump di chuyển nhiệt từ một nguồn có nhiệt độ thấp (như không khí ngoài trời, nước trong hồ, hoặc lòng đất) đến nơi cần nhiệt độ cao hơn (như nước trong bồn chứa, hoặc không khí trong nhà).
Quá trình này được thực hiện thông qua một vòng tuần hoàn sử dụng môi chất lạnh và các thành phần chính gồm máy nén, bộ trao đổi nhiệt. Điểm cốt lõi là:
Heat Pump cần một lượng điện năng (hoặc đôi khi là gas) để vận hành máy nén và các quạt/bơm, nhằm mục đích "bơm" hoặc "vận chuyển" nhiệt, chứ không phải để tạo ra toàn bộ nhiệt lượng đầu ra.
Hiệu quả của Heat Pump được đo bằng Hệ số Hiệu suất (COP - Coefficient Of Performance) cho chế độ sưởi ấm hoặc Tỷ số Hiệu quả Năng lượng (EER - Energy Efficiency Ratio) cho chế độ làm mát. Một máy bơm nhiệt có COP bằng 4 nghĩa là với 1 đơn vị điện năng tiêu thụ, nó có thể di chuyển và cung cấp 4 đơn vị nhiệt năng hữu ích. Lượng nhiệt năng "bơm" được (3 đơn vị trong ví dụ này) chính là năng lượng được lấy từ môi trường.
2. Định nghĩa “Năng lượng tái tạo” theo chuẩn quốc tế là gì?
Theo định nghĩa rộng rãi, năng lượng tái tạo là năng lượng thu được từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên có khả năng tái tạo hoặc được bổ sung một cách tự nhiên trong khoảng thời gian tương đương với tuổi thọ của con người, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, gió, mưa, sóng biển, địa nhiệt, và sinh khối. Điều quan trọng cần làm rõ ở đây là:
Nhiệt lượng tồn tại trong môi trường xung quanh chúng ta (Ambient Heat) - trong không khí, trong nước mặt, trong lòng đất - bản chất là năng lượng Mặt Trời được lưu trữ hoặc nhiệt từ lõi Trái Đất (đối với địa nhiệt). Nguồn nhiệt này được tái tạo và bổ sung liên tục trong tự nhiên.
Các tổ chức quốc tế và nhiều quốc gia đã công nhận nhiệt lượng từ môi trường này là một dạng năng lượng tái tạo. Ví dụ:
Chỉ thị Năng lượng Tái tạo của Liên minh Châu Âu (Renewable Energy Directive - RED II, Directive (EU) 2018/2001): Công nhận năng lượng aerothermal (từ không khí), geothermal (từ địa nhiệt) và hydrothermal (từ nước) được khai thác bởi Heat Pump là năng lượng tái tạo. Chỉ thị này thậm chí còn đưa ra công thức tính toán "tỷ lệ năng lượng tái tạo" trong năng lượng đầu ra của Heat Pump, dựa trên hiệu suất của máy (COP). Theo đó, năng lượng từ Heat Pump được tính là năng lượng tái tạo nếu COP của nó đạt một ngưỡng nhất định (thường là trên 2.5, tùy theo tiêu chuẩn áp dụng).
Điều này thiết lập cơ sở chính thức cho việc xem xét Heat Pump trong danh mục sử dụng năng lượng tái tạo.
Tham khảo thêm: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/HTML/?uri=PI_COM:Ares(2021)6653457
3. Phân tích bản chất năng lượng của Heat Pump
Như đã phân tích ở trên, Heat Pump sử dụng hai nguồn năng lượng chính:
- Nguồn nhiệt từ môi trường (Ambient Heat): Đây là nguồn năng lượng chính, chiếm phần lớn nhiệt lượng đầu ra. Nguồn này được các định nghĩa hiện đại xếp vào loại năng lượng tái tạo vì nó được bổ sung liên tục bởi tự nhiên.
- Điện năng (hoặc năng lượng khác) để vận hành: Năng lượng này được dùng để chạy máy nén, quạt, bơm - tức là dùng để di chuyển nguồn nhiệt tái tạo kia.
Vậy, tại sao lại có tranh luận và sự nhầm lẫn?
Sự nhầm lẫn thường phát sinh từ việc tập trung vào nguồn năng lượng đầu vào để vận hành (điện) mà bỏ qua nguồn năng lượng chính được khai thác (nhiệt môi trường).
- Nếu nhìn vào năng lượng vận hành (điện): Nguồn điện này có thể đến từ năng lượng tái tạo (thủy điện, mặt trời, gió) hoặc không tái tạo (than đá, khí đốt).
- Nếu nhìn vào nguồn nhiệt được khai thác: Đó là nhiệt từ môi trường, và nhiệt này được coi là tái tạo.
Theo các định nghĩa chuẩn mực (ví dụ: EU RED II): Heat Pump được coi là sử dụng năng lượng tái tạo vì nó khai thác nguồn nhiệt tái tạo từ môi trường. Tỷ lệ năng lượng tái tạo trong tổng năng lượng đầu ra phụ thuộc vào hiệu suất của máy (COP) và nguồn điện đầu vào. Một Heat Pump hiệu suất càng cao thì tỷ lệ năng lượng tái tạo trong đầu ra càng lớn.
Vì vậy, câu trả lời chính xác và đầy đủ là:
Máy bơm nhiệt khai thác và sử dụng nguồn nhiệt tái tạo từ môi trường. Mặc dù nó cần điện năng để hoạt động, nhưng phần lớn năng lượng hữu ích mà nó cung cấp đến từ nguồn tái tạo này. Do đó, Heat Pump được xếp vào danh mục các công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là khi đạt hiệu suất cao.
4. Heat Pump: Vừa đạt hiệu quả năng lượng cao, vừa sử dụng năng lượng tái tạo
Điều đặc biệt ở Heat Pump là nó đồng thời đạt được cả hai mục tiêu quan trọng:
- Hiệu quả năng lượng cao: Với COP/EER thường lớn hơn 1 (thường từ 3 đến 5 hoặc hơn), Heat Pump cung cấp lượng nhiệt/lạnh lớn hơn nhiều lần so với năng lượng điện tiêu thụ để vận hành.
- Sử dụng năng lượng tái tạo: Nguồn nhiệt mà nó khai thác từ môi trường là nguồn tái tạo, góp phần giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Đây không phải là hai khía cạnh tách rời mà là bổ trợ cho nhau. Nhờ hiệu quả cao, Heat Pump có thể khai thác nguồn nhiệt tái tạo từ môi trường một cách kinh tế và thực tiễn.
5. Vì sao việc phân loại Heat Pump là công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo lại quan trọng?
Việc các tổ chức và chính phủ công nhận Heat Pump là công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo có ý nghĩa lớn:
- Chính sách và ưu đãi: Mở ra cơ hội nhận các khoản hỗ trợ, trợ giá từ chính phủ hoặc các quỹ phát triển năng lượng xanh, giúp giảm gánh nặng đầu tư ban đầu cho người sử dụng và doanh nghiệp.
- Đạt mục tiêu năng lượng quốc gia: Góp phần vào việc đạt các chỉ tiêu về tỷ lệ năng lượng tái tạo trong tổng cơ cấu năng lượng quốc gia.
- Chứng nhận công trình xanh: Heat Pump là một trong những tiêu chí quan trọng giúp các tòa nhà đạt được các chứng nhận công trình xanh uy tín (như LEED, LOTUS, EDGE...), nâng cao giá trị và hình ảnh của công trình.
- Phát triển bền vững: Thúc đẩy việc áp dụng các giải pháp nhiệt sạch, giảm phát thải khí nhà kính, hướng tới sự phát triển bền vững.
6. Các loại Heat Pump phổ biến và nguồn năng lượng tái tạo khai thác
Các loại Heat Pump khác nhau khai thác nguồn nhiệt tái tạo từ các môi trường khác nhau:
- Máy bơm nhiệt nguồn không khí: Khai thác nhiệt từ không khí xung quanh (Aerothermal energy - năng lượng nhiệt trong không khí).
- Máy bơm nhiệt nguồn nước: Khai thác nhiệt từ nguồn nước (sông, hồ, nước ngầm) (Hydrothermal energy - năng lượng nhiệt trong nước).
- Máy bơm nhiệt nguồn địa nhiệt: Khai thác nhiệt từ lòng đất (Geothermal energy - năng lượng nhiệt từ lòng đất).
Cả ba nguồn này đều được công nhận là năng lượng tái tạo.
Trả lời cho câu hỏi "Máy bơm nhiệt có phải là năng lượng tái tạo không?", câu trả lời dựa trên nguyên lý hoạt động và các định nghĩa chuẩn mực quốc tế là CÓ, máy bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ môi trường (nhiệt trong không khí, nước, đất). Mặc dù cần điện năng để vận hành, nhưng phần lớn năng lượng đầu ra hữu ích của nó đến từ nguồn nhiệt tái tạo này, đặc biệt là với các dòng máy có hiệu suất cao (COP > 2.5).
Heat Pump là sự kết hợp mạnh mẽ giữa hiệu quả năng lượng cao và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi sang các hệ thống nhiệt sạch, bền vững cho tương lai của các công trình và cả quốc gia.
Việc lựa chọn và áp dụng Heat Pump không chỉ mang lại lợi ích về chi phí vận hành mà còn là đóng góp thiết thực vào mục tiêu phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.
Tìm hiểu thêm:
