Luận văn thạc sĩ nghiên cứu Điều khiển hệ thống năng lượng thủy triều

Nó thích hợp cho các nơi có biên độ thuỷ triểu lớn từ 5 6m trở lên [18] Điền hình là nhà máy Ranee của Pháp và Kislaya Guba của Nga là những nảy máy sử dụng thể năng của thủy triểu d

BO GIAO DUC VA DAO TAG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KIIOA 1IÀ NỘI

Phạm Hữu Định

NGHIÊN CỨU DIÊU KHIỂN

Hf THONG NANG LUONG THUY TRIEU

Chuyên ngành: Thiết bị điện

LUẬN VĂN THIẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC

TS TRAN VAN THINH

Hà nội, năm 2013

LOT CAM DOAN

‘Tdi xin cam đoan đảy lả công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên sự

LỜI CÁM ON Nhàn địp này em xin bảy tố lòng biết ơn đặc biệt đến thấy giáo tiến sĩ Trần

Văn Thịnh - Trưởng Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử thuộc Viện Điện - Trường Đại

học Bách khoa Hà Nội, người dã tạo mọi diễu kiện, hưởng, dẫn và giúp dỡ em tận tinh trong suốt thời gian làm luận văn tết nghiệp cao học khóa 201 [B

Đông thời, em xin gửi lời câm ơn sâu ic thay cô giáo trong Bộ môn Thiết bị điện - Điện tứ, các thấy cô giáo trong Viện Điện đã dạy dỗ, truyền thụ cho

em những kiến thức thiết yêu trong quá trình học cao học, giúp em đạt được những

kết quả như ngày hôn nay

lâm xin chân thành cắm ơn đến gia đình, bạn bẻ đã giúp đỡ, động viên trong

suối thời gian học và trong quá trình làm luận văn

Mặc dù, em đã có rất nhiêu có gắng nhưng nội dung luận vấu này không thế tránh khỏi những thiểu sót và hạn chế, em rất mong nhận được góp ý ota thay cô giáo, đồng nghiệp để nội dung của luận văn được hoàn chỉnh hơn

Xin trân (rong cam on!

Hà Nội, tháng 9 năm 2013

Học viền

Phạm Hữu Định

tờ

MỤC 1ỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VỆ, ĐÔ THỊ 5S Street

1 Tỉnh cấp thiết ý ng]ữa lý luận và thực tiền của dé tai - 11

2 Mục địch nghiên cứu của luận vẫn eeeereeerrrrarereorlT

3 Đổi tượng và phạm vỉ nghiên cứu - 12

5 Những đóng góp của luận văn stnierrerererereero L2

1.1 Năng lượng thủy triều là gì cccccc2 13

1.2 Nguyên lý hoạt động và phân loại năng lượng thủy triểu 16

1.2.1 Chuyển đổi thể năng gủa thủy triều thành điện năng 16

1.2.2 Chuyến đổi đông năng của thủy triều thành điện năng 16

1.2.3 Chuyễn đổi dòng triều thành điện năng : 18

1.3 Nhting dic diém cơ bản của năng lượng thuy triểi 19

1.3.3 Các yếu tế ảnh hướng đến thủy triều - 21

1.4 Tác dộng của diện thủy triểu “—

1 5 Phát triển điện thủy triểu trên thể giới vá Vũ 23

1.5.1 Phát triển điện thủy triều trên thế giới 23

1.52 Một số nghiên cứu thiết kế, chế lạo, lắp đặt và vận hành tổ máy

1.5.3 Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành tổ

Chương 2 - NHUNG VAN BR KINH TR KY THUAT LIEN QUAN PEN cAc

2.2.2 Lựa chọn vi trí đặt nhả máy 36

2.3 Sơ dé téng quan về nhà máy diện thủy triểu —:

2.3.3 Các thiết bị chính trong nhà máy điện thủy triều 38

2.3.4.Tuabin nước trong nhà máy điện thủy triểu 39

2.4 Một số hình ảnh trạm điện thủy triểu tại Cat Ba, Hi Phong (do Viện Thúy điện và Năng lượng tải tạo thiết kế, chế tạo và lắp đặi năm 201 2) [12] 42 2.5, Kết hiận Chương 2 o 52

Chương 3 - H THÔNG DIÊU KHIỂN PLLA

3.1 Điều khiển của hệ thống diện thủy triểu có những nhiệm vụ chỉnh 44 3.3 Các vẫn đề về tằn sổ và công suất hữu công trong hệ thống điện 15

3.2.1 Dao động tần số và công suất trong hệ thông điện năng lượng thủy

3.2.4 Ảnh hưởng của ngưỡng không nhậy lên tác động tương hỗ của

3.2.5 Điểu chỉnh và phân phối công suất hữu công giữa các máy phát làm việc

SOng SONG 257

3.3 Diéu chinh téc d6 va én dinh céng suat_ - 58

3.3.2 Cầu tạo và đặc diễm của bộ diều tốc - 65

3.3.3 Nhiệm vụ và phương pháp điêu khiến tốc độ tua bin thủy triều 66

Chương 41 - PITAN Tict! VA MO PLIONG QUA TRÌNH DIÈU KIEN 70

4.2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển tắc độ [11,15] 73

4.2.2 Sơ đồ biểu diễn dưới dang Simulink don gidn héa 74

43 Nghiên cửu các khâu trong bộ điều khiển tốc độ và ổn định sông guất bằng,

4.3.1 Bộ điều tốc đơn giản (theo thời gian) 76

4.3.3 Điều khiển dn dinh cong suất phát của tổ máy - 81

4.4 Mỏ phông các chế độ làm việc của bộ điều tốc -Ö_85

4.4.1 Chế độ của bộ điều tốc khi tổ máy phát điện chạy không tải 85 4.4.2 Chế độ của bộ điều tốc khi không có khâu phan hồi công suất và

4.4.3 Chế đồ của bộ điều tốc khi có phụ tải có vòng phản hỗi công suất củng tác động nhưng không có giá trị đặt công suất phát §7

4.44 Chế độ của bộ điều tốc khi cho phụ tải tác động, đặt giả trị cng suất phát củng tác đông một lúc, nhưng không có vòng phan hỗi công suất R9

4.4.5 Chế độ của bộ điều tắc khi cho đồng thời phụ tải, giá trị đặt công

suất phát củng táo động và có phần hồi công suẤt 90

4.5.1 Trường hợp công suất đặt nhô hơn công suất phụ tải 94

4.5.2 Trường hợp công suất dặt bằng công suất phụ tái - 95

4.5.3 Trường hợp công suất đặt lớn hơn công suât phụ tải 97

446 Kết hiận Chương 4 on se tt nrnncecceecee seseerses.ĐỂÌ

Kiến nghị SH 0012001101001 TT m1 cTn.Tne ru, 1

DANH MỤC CÁC BANG RIEU

Trang

Bảng 1.1: Các ram diện thủy triều lớn trên thể giới [13J 17

Băng 1.2: Các nhà máy điện thủy triển đã được xây dựng [L3] 25

Rang 1.3: Cac nha may điện thủy triều đang triển khai |13| 35

DANIIMỤC CÁC HÏÌNIT VẼ, ĐỎ TII

Tĩnh 1.3: Sơ đồ trạm phát điện từ năng lượng thủy triểu [16] - 15

Hình 1.4: Tua bín phát điện dimg déng nang (dong triêu) của thủy triều [18] 17 1linh 1.5: Mô bình nhả máy điện dẻng triểu [13] 18 Hình 1.6 Thiết bị phát điện kiếu Cá đuổi (Stingray) của Mỹ [13] 19

Hìmh 1.7: Đồ thị mực nước triều [18] - - 30

Hình 1.8: Tưa bị hướng trục (dạng bóng đèn - Capsun) [13] 26 Hình 1.9: Mô hinh nhà máy điện thủy triểu Sihwa-ho — Han Quốc [14] 2 Hình 1.10: Mô hình hệ thống rắn biển (sea snake) [12,13] 38 Hình 1.11: Thiết bị Rông Sóng (Wave Dragon) [12,13] sen Hình 1.12: Thiết hi Bu Song Acsiet (Archimedes Wave Swing) [12,13] 29 Hình 1.13: Thiết bị Cột nước đao dộng [12.13J - Seeeeeerieee TỔ linh 2.1: Sơ đỗ xác định năng lượng dóng chảy [10] 36

Hình 2.2: Sơ đề sơ họa nhà máy điện thủy triều dang đập chắn 38

Hình 2.3 Sơ đỏ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy diện " DS:

Tĩnh 2.4 Tưa bin hướng trụe [10] à ác series TÚ

Hình 3.1: Các hệ thông, điều khiển con và điều khiển liên quan của một trạm phát

Hình 3.2 Đường đặc tính lĩnh tuabin (1,2,3) và phụ tai (1°,2’,3°) 32

Hình 3.3: Phân bé phụ tải giữa các tổ may làm việc song song klú tần số thay doi

Hình 3.7: Đường đặc tỉnh điều chỉnh tốc độ (điều tốc ly tâm đặc tính hữu sai)

linh 3.8: Sơ đỗ nguyên lý bộ điêu tốc ly tâm có đặc tính võ sai 60 Hinh 3.9: Đường đặc tính điều chính lóc đệ (điều tốc ly tâm đặc lính vô sai) 61 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên ly may diéu chinh téc dé quay ctia tuabin kiêu hướng tâm

Hình 3.11: Sơ đỗ nguyên lý đơn giàn hoá của máy dhểu tốc tua bin 64

Tình 3.12: Diễu khiến tân số và phân phối công suất tac dung trong IITD 65

1ình 4.3: Cửa số thư viện các khối chức năng trong Simulink, 73

Hình 4.3: Sơ đỗ khỏi chức năng bộ điều tốo tua bin thủy triểu thông thường [11] 74

Hình 4.4: Sơ đỏ bộ điều tắc biểu diễn đưới đụng Simulink đơn giần hóa 75

Tĩỉnh 4.5 Sơ đỗ mỏ phống bộ điều tốc đơn giản 76 Hình 4.6 Đáp ứng của bộ điều tốc với bộ điền tắc đơn giản - 77 Hình 4.7: Sơ đỗ mô phông bd dié có khâu giảm lốc ở trạng thái ôn dịnh 79 Hinh 4.8 Dap ứng của bộ điều bốc có khâu giảm tốc ở trạng thái Ổn định 79

Tlinh 4.15: Dap img tân số của hệ thống điển khiên R6

11ỉnh 4.17: Dáp ứng tân s6 ctta BG di6u tbo caccccsssssssssseceseeeeesisensiee 87

Hinh 4.18: Ser dé mé phéng chế độ của bộ điều tốc 8?

Hinh 4.19: Dap emg tan sé cia hé théng dicu khién - 88

Hình 4.20: Sơ đỏ mô phỏng bộ diễu tốc khung eevee —-

1ình 4.21: Dáp ứng tân số của hệ thống điều khién 80

Tinh 4.26: Dáp tmg đặc tính công suất ra và tân số công suât đặt nhỏ hơn phụ tải 95

Hình 427: Đáp ứng đặc tính công suất ra và tân số công suất đặt bằng công suất

Hình 4.28: Đáp ứng đặc tính công suât ra và tân số 97

10

MO PAU liiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng điện cũng như các nguồn năng lượng khác trên thể giới nói chung và Việt Nam núi riêng là vô cùng lớn Phái triển kinh tế cho một lượng dan số không ngùng gia tăng với những nhu câu về tiện nghủ cuộc sống ngày cảng cao trong điều kiện nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong đó, đặc biệt

là các đạng răng lượng hóa thạch dang ngày cảng cạn kiệt, để bổ sung cho nguồn

năng lượng ngày cảng thiếu hụt vả không làm mắt cân bằng về môi trường sinh thái

cũng như sự ảnh hưởng đền các thê hệ trong lai là thách thức lớn nhất mả nhân loại đang đối điện Trước tình hình đó, việc sử dụng năng lượng hiệu quả, đâm bão an

tỉnh năng lượng đã trở thành mỗi quan tâm mang tính toản cầu, việc tim kiếm các

nguồn năng lượng thay thả đang trở thành mục tiêu và giải pháp chung của nhiên

quốc gia trên thể giới

1 Tỉnh cấp thiết, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của dễ tài

Việc nghiên cửu và ứng dụng các dạng năng lượng mới, có khả năng tái tạo

và thân Iiện với môi tường cho thù cầu liện tại và tương lai nhức: Năng lượng mặt

trời, năng lượng giỏ, thủy điện vừa vả nhỏ, năng lượng song biến, năng lượng thủy triều, địa nhiệt và các dạng năng lượng mới như Hydro, Nite đã trở thành mối

quan tâm của nhiều quốc gia trên thể giới trong dó có Việt Nam,

Khi các nhà máy điện thủy triểu được quan tâm nghiên cứu, chế tạo và vận thành có hiệu quả thì sông việc “điều khiển” toàn bộ hệ thông hết sức quan trọng Van dé lam sao dim bao chất lượng diện áp, chất lượng tần số vả thu công suất một cách tôi ưu nhất Các bộ phận như: hệ thông thủy năng, hệ thông cơ, hệ thông điều

khién va bộ phận kết nồi lưới phải được phối kết hợp một cách chặt chế, lính hoạt

triểu, mô hình hiện nay đang thực hiện và các phương pháp điều khiển hệ thông,

'phát điện bằng thủy triểu đảm bảo chất lượng điện, vẫn hành én định dé lam cơ sử

cho việc lựa chọn lỗ máy phát điện bằng thủy triệu phù hợp với những điều kiện

ll

thủy triều ở các vùng khác nhau, cũng như việc vận hành và sử dụng sau này cho

một đự án phát điện sử dụng năng lượng thủy triểu ở Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đổi tượng nghiên cửu của luận văn là ôn dịnh tân số và công suất may phat điện cho các tổ máy phát điện thủy triểu

- Phạm vì nghiên cửu của luận văn được giới hạn trong phạm vì phát điện

thủy triểu với dang dip chin nude, phân tích phương pháp điều chính tốc và én

định công suất khi lâm việc độc lập, song song giữa các máy phát với nhau

4 Phương pháp nghiÊn cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Phản tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình

nghiên cứu được công bổ thuộc lĩnh vực liên quan: bài bảo, tạp chí, sách chuyên

Trgảnh; nghiên cứu câu trúc

- Nghiên cứu thục tiễn: Nghiên cứu hệ thông điều khiển lưu lượng và công suất tại nhà máy điện thủy triểu

- Lay y kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến của các nhà khoa học ở Viên

Điện, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trung tầm nghiên cửu triển khai công

nghệ cao trường Đại học Bách Khoa Hà

ôi, ý kiến của các Kỹ sư đông nghiệp

5, Những đúng gúp của luận văn

- Luận văn nghiên cửu tông quát về hệ thống điện thủy triều, ứng dụng lý thuyết điều khiển để nâng cao chật lượng điện và ôn định hệ thông điện

- Luận văn đã mô tả dược chất lượng, của hệ thống diện thủy triểu với các thông số ra phù hợp với lưới điện Việt Nam

- Kết qua mở ra hướng chế tạo các thiết bị cho nhà phát điện nhờ năng lượng, của biển như: sóng biển, dòng triểu

6 Kết luận

Với những ưu điểm như giá thành không quả cao, không gây bại nhiêu cho xôi trường, các nguồn năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió,

đặc biệt là sản xuất điện từ năng lượng thủy triển được xem là một nguồn năng

lượng thay thể hữu ích, đang được nhiều nước chú lrọng phát triển

Chuong 1— TONG QUAN VE BIEN THỦY TRIÊU

1.1 Nang lượng thủy triều là gì

Thủy triều sinh ra đo sức hút của mặt trăng, mặt trời lên quả đất, trong đó, ảnh hưởng của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn Có hai lần triều cao vả thấp trong một ngày (do sự tự quay của trải đất quanh trục của nó) Nước triều cường vả triều

kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày

lạt Trang và Mật Trời khi ảnh hưởng của luc hap dân lớn nhật

~ lúc đỏ mặt trăng, mặt trời vả trải đất

aa giống như thẳng hàng, xảy ra ngay sau

MAT TRANG khi trăng tron va trang non, có sự chênh

Bề bề)

tac Gaphxs

Hình 1.1: Triều cường (Spring Tide) [16]

Tựelápdingaaa — THỦY tiểu kiệt [17Ƒ khi ảnh hưởng

a x thẳng nổi trải đất và mặt trăng tạo

vã thành góc 90” với đường thẳng nỏi trái

đất và mặt trời (hình 1.2)

Lực hấp `

Mặt Trời và ta

Đất

Hình 1.2: Triều kiệt (Neap Tide) [17]

Vậy, Thủy triều là hiện tượng nước dâng lên hay hạ xuống dưới sự tương tác

giữa trái đất, mặt trăng, mặt trời, các hành tình khác và chuyễn động quay của trái đất gây nên sự lên xuống của mực nước biên trên khắp các đại dương

13

Để dánh giả năng lượng triểu tạo ra trung bình cho một năm, cho một hỗ chứa (vịnh, vũng có đập chắn), khi chấp nhận sai số 1Ú%6, người ta thường sứ

dụng công thức đơn giãn 1.1 |18]

E=KS.A2 q1)

Ở đây,

8: Diện tích hỗ chửa nước khi mức nước đạt cao nhật (kmˆ);

Á: Tiên độ thuỷ triểu (m),

T: Năng lượng thuỷ triểu (giệu Kwlutiăm ), Với L là độ dài của đập chắn nước, tí sỏ L/12 đặc trưng cho lợi ích kinh tế Rð

ràng là những vùng nào có biên độ thuỷ triều cảng cao, diện tích mặt nước khi mục

Tước gao nhi công lớn, thì nẵng lượng triển càng eao và lợi ích kinh tế cảng lớn khi

tỉ số L/H cảng nhỏ

Để tính toán các chế độ đặc trưng của thuỷ triểu tại các vùng vịnh, người ta phân tích điều hoà các sóng triệu thành phẩn từ các chuỗi quan trắc từng giờ liên lục trong nhiều năm tại một số trạm ven bở Qua mô hình nội suy số trị thuý động, sẽ được hãng số diéu hoa của nhớm sóng triểu chính lại lừng địa điểm của vũng, vinh,

sau đó người ta tỉnh toán dự bảo cho một số năm Căn cứ vào số liệu dự báo từng

giờ của một năm liên tục, người †a tỉnh ra độ lớn dao động thuỷ triểu từng ngảy, sau

đó tính va độ lớn thuỷ triều ung bith trong cã năm Đỏ chỉnh là đại lượng cẩn Hhiết

để tính năng lượng thuy triểu ở khu vực cân khai thác Ngoài ra, dễ thấy dược mức biến động của độ lớn thuỷ triểu trong việc điều tiết khả năng cung cấp năng lượng trong một năm, người ta tiễn hành tính tân suất theo từng khoảng độ lớn đao động, thuỷ triểu trong suốt năm tại từng vũng, vịnh vả lỏng cháo Những khoảng quy dinh

để tỉnh tân suất là: từ 0,5 — Lm ; 1 — 1,5m ; 1,5 - 2,0m ; 2,0 -2,5m ; 2,5 - 3,0m và lớn hon 3m [18]

Việc chế ngự nguồn năng lượng nay đã được chú ý bàng thế kỹ nay, vào thé

ky 18, nha máy năng lượng nước vận hành nhờ sự chuyển động lên xuống thủy triều

được xây dụng ở New Englmd Bơm nước cổng rãnh dịng nắng lượng thủy triểu ở

14

Hamburg, nước Đức, năm 1880 Hệ thông bơm nước sử dụng năng lượng thủy triều

được lắp đặt năm 1580 dưới cầu London, nước Anh đã hoạt động suốt 2,5 thế kỹ Binh thường, sự chênh lệch mực nước giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m Tuy nhiên, một số vùng bờ biển với vịnh hẹp có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mực nước

triều Ví dụ như, vịnh Eundy ở Nova Scota (Đông Nam Canada), có mức triều lớn

nhất thể giới, độ chênh lệch có thê lên đến 16m Bằng cách xây đập bắc ngang qua vịnh, ta cỏ thẻ điều khiên được nguồn năng lượng này đề tạo ra điện năng Một hỗ chứa thủy triều (tidal basin) là một hỏ chứa đầy nước và cạn nước khi thủy triều lên

vả xuống Khi nước qua các cửa mở của đập, nó chảy trực tiếp vảo các cảnh tuabin

nước và phát ra điện Tại mức thủy triều lên cao nhất, cửa lây nước đóng lại vả nước được giữ lại trong hồ chứa Thủy triều hạ dần, cửa mở ra vả nước lại chảy qua

cac tua bin trở về dai duong, quay tua bin va phát điện (hỉnh 1.3) [16]

Hình 1.3: Sơ đề trạm phát điện từ năng lượng thủy triều [16]

hả máy điện thủy triều đầu tiên được xây dựng ở Pháp nơi sông Rance đỗ ra Đại Tây Dương trên vủng biển Britany, hoản thành năm 1968, nó có công suất 240Mw, hỗ chứa (basin) của nó rộng 8,5 dặm vuông (13,7 km”) vả có mực triểu

dâng cao nhất là 27,6 feet (8,41m)

Trạm thủy triều đầu tiên ở Bắc Mỹ đặt trên sông Annapolis (Canada), nơi đỏ vào vịnh Fundy, hoan thảnh năm 1984, nó có công suất 20Mw Van de đặt ra bao gồm chi phi dau tu xay dung nha may dién khả cao vả tác động của nỏ đến môi trường Năng lượng thủy triều lớn nhất tập trung ở những vùng cửa sông, bờ biển,

nơi các dòng sông gặp thủy triều đại đương [10] Day lại là nơi cỏ sự hỏa trộn giữa

nước ngọt và mặn, tạo nên môi trưởng thủy sinh có năng suất cao Cá và vô số động,

15

vật thân mém đến dây sinh sản Vì thể, việc xây dung dập cũng sẽ ảnh hưởng dếu

sinh thái khu vực

1.2 Nguyên lý hoạt động và phãn loại năng lượng thủy triều

Điện thủy triểu là lượng diện thu dược tử năng lượng chửa trong khỏi nước chuyển động đo thủy triệu [18]

Có 2 phương pháp dược sử dụng nhiều nhất:

+ Sứ dung đập chắn thủy triều (thế năng),

+ Sử đựng hàng rảo thủy triều (động năng)

Ngoài ra còn phương pháp chuyến đổi động chiêu thành điện năng

1.31 Chuyển déi thế năng của thủy triều thành diện năng

Đây là loại truyền thẳng, người ta xây một đập chắn ở vừng cửa sông đồ ra

biển hay ở một vịnh nào đó Khi triều lên người la mở cửa cống cho nước biển chay vào Khi nước trong vịnh dâng lên cao nhất người ta đóng công lại Khi nước biển xuống thấp, người ta mở cửa cổng xâ nước vào tuabin phát điện Nguyên ly nay

giống như nguyên lý của các nhà máy thuỷ diện Nó thích hợp cho các nơi có biên

độ thuỷ triểu lớn từ 5 6m trở lên [18]

Điền hình là

nhà máy Ranee của Pháp và Kislaya Guba của Nga là những

nảy máy sử dụng thể năng của thủy triểu dễ phát diện Những loại nảy có một số

nhược điểm là chí phát điện vào một số giờ khi triều xuống

Ở nước ta biên độ thuỷ triểu là không lớn, do vậy, chúng ta chỉ nên xây các trạm phát diện bằng năng lượng thuỷ triểu có dang dap chắn nước gióng của thuỷ điện cột nước thấp, tạo chênh lệch cột nước của thủy triểu đẻ phát điện ở các vịnh

thuộc tính Quảng Ninh và Bà Rịa - Vững Tau (noi có biên độ triểu không cao uhung dign tich vịnh lại lớn)

1.32 Chuyển đỗi động năng của thúy triểu thành điện năng

Tả loại sử dụng năng Tượng của dòng triêu [18] Ở loại này có thể phát điện trong giai đoạn triểu rút hoặc trong giai đoạn triểu lên, hoặc phát điện trong cả 2 kỳ

triểu Với loại phát điện trong cả 2 kỳ triều, tuy phát được điện liên tục, song hiện

suất của tuabim này không cao, thường thích hợp ở nơi có dòng triểu lớn, vận tốc 2-

16

3m/s trở lên, hình 1.4 mô tả các dạng phát điện từ dỏng thủy triều

TỦ fra

Hình 1.4: Tua bin phát điện đùng động năng (dỏng triều) của thủy triều [18]

Bang 1.1: Các trạm điện thủy triều lớn trên thế giới [13]

1.2.3 Chuyến đi dòng triều thành điện năng

a) Dòng triều lam quay tuabin “Tua bin dong chay (Marine Current

Turbine)" hoat dong nh tua bin gid,

Hình dạng của loại tuabin nảy được chỉ ra trên hình 1.5, năm 2005 — 2006 da

thử nghiệm cho giai đoạn khả thi trên 7 vủng biển cỏ triển vọng tại Bắc Mỹ với các

kích cỡ nhà máy phát điện thương mại Hiện nay, đang tiền hành giai đoạn thử

nghiệm loại tuabm “dòng chảy biển” tại vị trí km 11 phía bac Foreland Point gan

Lynmouth tại kênh Bristol Giai đoạn 1 của đợt thử nghiệm 1999 - 2003 sử dụng

tua bm 300Kw với đường kinh 11m sau đó (2002 — 2004) khai thác hai tuabim

150Kw với đường kính 8m Giai đoạn 2003 - 2005 nói với mạng điện quốc gia và

thử nghiệm với kích cỡ thực 2 tuabin với công suất 750 + 1000Kw khai thác cho cả

2 hưởng đỏng chảy Theo kẻ hoạch, giai đoạn nghiên cứu phát triển đã kết thúc vào

năm 2009 vả sau đó chuyên sang giai đoạn thương mại Dự kiến vảo 2015 sẽ cung cấp 300 Mw, phụ thuộc vảo vị trí, kích cỡ nhà máy, các phương ản đầu tư, điện năng sẽ có giá từ 5 - 12 CenVKwh tương đương với giả thấp của điện năng từ giỏ

vả thấp hơn giả thành của điện mặt trời [13]

Hình }.Š: Mô hình nhà máy điện dòng triệu [13]

Ở cửa các sông thuộc tỉnh Quảng Ninh, Vũng Tảu, Kiên Giang thường vận tốc dòng triểu khá lớn (hơn 1 m/⁄) cũng thích hợp dùng các thiết bị phát điện bang dòng triều kiểu nảy, tại các khu vực có vịnh, đâm phá thuộc miền Trung có thẻ thiết

kế các dạng công, đề biên thích hợp đề có thể vừa kết hợp muôi trồng hải sản vừa

18

lam tăng lưu lượng dòng triều Các trạm điện thủy triều cỏ thể kết hợp dé lam các khu muôi trồng hải sản, các đê chắn có thẻ kết hợp làm đường giao thông Công, nghệ phát điện kiểu này có thể tham khảo ở những nhà máy điện dòng thuỷ triều

như trong hình 1.5

b) Dòng triều làm chuyển động của máy thuỷ lực

Nhiing thiét bi loai nay dang duoc céng ty The Engineering Business (Anh)

phat trién, loai thiết bi nay c6 tén 14 Ca dudi (Stingray) [13] Thiet bi nay bao gom các dàn thép hỗ trợ và các cảnh kiểu thuỷ khí động học Dòng chảy của thuỷ triều

sẽ tác động lên các cánh này lam cho no dao động lên xuống, dao động nảy lại tác

động tới một xy lanh thuỷ lực nén làm quay động cơ thuỷ lực nói với một máy phát

điện (hình 1.6) Thiết bị Cá đuổi (Stingray) được thử nghiệm vào mùa hè 2002 tại

Yell Sound gitta dao Bigga va Yell ở khu vực các đảo Shetland

Hình 1.6: Thiết bị phát điện kiêu Cá đuổi (Stingray) ctia My [13]

1.3 Những đặc điểm cơ bản của năng lượng thủy triều

1.31 Mực nước triều

Mực nước triểu là đồ thị của quả trình thay đổi mực nước triêu theo thời gian

+, được kỷ hiệu là Z(Ð (hình 1.7).

1.32 Thủy triéu theo chu kj

De nghiên cửu hiên tượng thuỷ triều, người ta đưa ra một số khái niệm liên quan như: Thời gian triều dâng, thời gian triểu xuống, biên độ triều, chu ky triéu [is]

- Triéu đâng: lả dao động mực nước biển lên cao dẫn rồi đạt tới vị trí cao nhất, hay là sự dâng cao của mực nước tử lúc nước rỏng tới lúc nước lớn

~ Triều xuống: lả dao động mức nước biển xuống dân rồi đạt tới vị trí thấp nhất, hay lả sự hạ thấp mực nước biển từ lúc nước lớn đền lúc nước rỏng,

~ Nước lớn: là vị trí cao nhật của nước biển trong một chu kỳ dao động

~ Nước rỏng: là vi trí tháp nhất của nước biển trong một chu kỳ dao động

~ Biên độ triều: là khoảng cách theo chiêu thẳng đứng giữa mực nước lớn và

mực nước ròng kế tiếp hay khoảng cách giữa mực nước ròng vả mực nước lớn kể

- Chu kỳ thuỷ triểu: là khoảng thời gian giữa hai lần nước lớn kế tiếp, hoặc

bai khoảng nước ròng liên tiếp

Chu kỳ bán nhật triểu trung bình rong khoảng 12 giờ 25 phúi, vi vậy, trong

một ngày mặt trăng (là khoảng thời gian giữa hai lần mặt trăng liên tiếp cao nhất qua kinh tuyến) băng 24 giờ 5O phút, đều đặn hai lần con nước lớn và hai lân nước

rong,

Các thời điểm triều dâng (lên) va triểu xuống (rúQ bằng nhau, các độ cao

nước lớn và nước ròng kê tiếp nhan hầu như bằng nhau và biến thiên theo quy luật

tước năng, chủ yêu ở vùng cửa sông

Chủ kỳ nhật triểu đải gấp đôi chủ kỹ bản nhật triểu, trong một ngày mặt tring, co thé quan trắc thấy một lần nước lớn và một lần ¡rước ròng, Trồng gần giống nhật triều, có khi lại gần giống bản riật triệu, người la gợi đỏ là triều hỗn hợp

hay tap triều,

‘Triéu hỗn hợp được chia lam hai loai: Ban nhat triều không đều và nhật triéu,

thục tế còn có loại thuỷ triểu thay đổi theo chủ kỳ, có khi khéng déu tuy theo nd giống nhật triều hay gióng ban nhất triều hơn

1.3.3 Các yến tỗ ảnh hưởng dến thủy triểu

- Địa hinh lòng sông cao đần khi bờ thu hẹp lại,

- Lưu lượng dòng chảy trong sông;

- Quá trinh truyền triểu vào sông,

1.34 Dàng tiêu

- Dẻng triểu lả déng chuyển dịch ngang có tỉnh chất tuần hoàn của các phân

†ử nước mã tốc độ và hướng biến thiên trong ngày quan hệ với chu kỳ và biển độ

thủy triểu

~ Dòng triều thuận nghịch: dòng triều có hưởng ngược nhau tại những co biển

hẹp

- Cáo đặc trưng cửa dòng triều:

+ Lưu lượng triều: Lả lưu lượng nước di qua một mặt cất sông trong khoảng,

thời gian là 1s, ký hiệu là Q có đơn vị m'⁄s Ta có công thức 1.2 [18]

Q Q,+ỌQ 1.2)

Trong đó

Q : Thành phần lưu lượng có giá trị đương,

QL: Thành phần lưu lượng có giá trị âm

Nhu vay:

Néu Q > O: Déng trigu lén

Nếu Q < 0 Đông triểu xuống

Néu Q = 0: Diém ngung triéu

1 Téc độ dèng triểu: được đặc trưng bởi phân bổ tốc độ tại mặt cắt ngang và

giả trị bình quân của nó tại mặt cắt đó, ký hiệu V,

Với Á lá điện tích mặt cắt ngang sông

Nếu V' ; Khi chảy xuôi dòng, Nếu V': Khi chấy ngược dòng, + Quá trình đòng triểu là sụ thay đối lưu lượng hoặc tốc độ đông triển theo

thoi gian Q(t) bode V(t)

+ Tổng lượng triểu là lượng nước chảy qua mặt cắt nào đó tại đoạn sông ảnh thưởng triểu rong mét khoảng thời gian nhật định, ký hiệu là W

1-4 Tác dâng của diện thúy triều

Sân xuất điện thuỷ triều có nhiều lợi thế, chẳng hạn giúp cải thiện giao thông,

(cs

La nguén năng lượng Ìÿ tưởng trong tương lai, làm giảm sự phụ thuộc một phần vào

e đập chắn có thể làm câu nối qua cửa sông) và không lạo ra khí thải nhà kinh

đầu mỗ và các năng lượng hóa thạch kháo, đảm bão được nên an ninh năng lượng

Tuy nhiên, để sẵn xuất năng lượng thủy triểu cân chỉ phí đầu tư, chỉ phú bảo trì cao

32

và gây ra một số tác động về mỗi trường đã làm cho diện thuỷ triều trở nên ít hấp din hon Việc xây dụng một đập chắn thuý triểu tại của sông sẽ làm thay đổi mức thuỷ tiểu ô lưu vực cửa sông Sự thay đối này khó có thể dự đoán, làm cho mức thuỷ triểu tăng hoặc giảm Thuỷ triều thay dỗi tác động rõ nét tới quá trình lãng, dong tram tích và độ đục của nước tại lưu vực cửa sông

1 § Phát triển điện thủy triều trên thể giới và Việt Nam

1.5.1 Phát triễn diện thũy triển trên thể giới

Diện thủy triển chiêm một tý trọng không đáng kể trang mạng lưới điện tại

các quốc gia, đá có một số công trình được xây, nhưng chỉ có nhà máy điện thủy triểu La Rance tại Pháp được thực hiện vả vận hảnh tốt, Các công ty sắn xuất điện

vin dang theo déi để đánh giá liệu điện thủy triểu có hấp din 48 dau tư hay không?

Điện thủy triều hất đầu được quan tâm từ những năm: 1960, nhưng chủ phí quá đất xiên số lượng rải hạn chế [lin nay, trén thẻ giới có hon 70 nha phát triển năng lượng thủy triểu đang nỗ lực nghiên cứu nhằm cưng cấp những công nghệ đột phá,

tạo ra nguồn diễn thủy triều đổi đào với chủ phí kinh tế nhất Theo tính toán, nếu được đầu tư khai thác, điện thủy triểu có thể đáp ứng được 15% nhụ cầu sử dụng,

điện trên toàn thể giới [13]

Tuy Pháp là quốc gia tiên phong trong lĩnh vực diện thủy triểu, nhưng

8eotland nói riêng và Anh nói chung lại đang giữ vị trí dẫn đâu trong nghiên cửu và phát triển nguồn năng lượng này Vương quốc Anh hiện là thị trường hang đầu thé giới về năng lượng tải tạo, với hơn 300Mw diện từ các dy an diện thủy triều trong, những nấm tới Ireland, Bổ Dào Nha va Uc cũng nghiên cứu và đầu tư [13]

Một chuyên gia phân tích năng lượng cấp cao của His Global Insight cho biét

“công nghệ đột phả trong sắn xuất tuabi thủy triểu đã thu hút được các nhà sắn

xuất thiết bị gốc trong ngành điện” St tham gia của các nhà nghiên cứu gốc lớn sẽ

giúp ngành điện thủy triểu vượt qua thách thức công nghệ và giâm chi phi Quy dau

tu “Venture Capital” khả hỗ hởi với tương lai nguồn năng lượng nảy llo tin rằng,

thủy triêu có thể đáp ứng 20% nhu cầu năng lượng cha châu Âu vào năm 2020 và

dự kiến đầu Iư vào nhiều dự án điện thủy triều sắp tới |13|

23

1.52 Mật sỗ nghiên cứu thiết kế, chế tạn, lắp đặt và vận hank z5 mày điện thủy triểu trên thể giới

Năm 1960 Pháp đá xây đựng nhà máy thuỷ triều trên sông Ranee bằng cách khai thác thuỷ triểu lên xuống, với nhiệm vụ cung cấp diện cho 300.000 người dân, nhà máy này chiếm 91% sản lượng điện do các nhà máy điện trên thể giới chạy bằng thuỷ triểu Sau đó xây dựng nhà máy điện thuỷ triểu Ta Rance gan SL Mola voi công suất 240Mw, gồm 24 máy 2 tổ, sán lượng điện hang năm 544.106Kwh Vốn

xây dụng nhà máy cao gấp hai lần so với nhà máy điện truyền thống Tuy nhiên, các

Thả máy điện thuỷ triểu kiều mày vẫn gây nhiều tranh cãi vì sự tác động của nó tới

xôi trường tự nhiên [13]

Tại Nga, cũng xây dựng các nhả máy điện thuỷ triều lán như nhà máy ở Vịnh

Tannbôvxki với công sual 5,2Mw/1 16 indy (gêm 64 tế) Tại đây, độ cao thuỷ triểu trung bình là 4,2m Tại Ileneinski (Phan Lan), có độ cao thuỷ triều trung bình đạt

5.37m, đã lắp đất tế mây có công suất đến 20Mw [13]

Tháng 6 — 2003, tại phía Bắc bò biển Devon, các kỹ sư người Anh đã thử nghiệm thành công trạm điện dùng lưu tốc dòng chảy Tua bản có hai cảnh quạt đải 11un, công suất thiết kế 300Kw, lúa bin phát điện được đất trực Hếp giữa dong chay,

nó có thể liên tục hoạt động và cụng cấp diễn |13]

Nha may Kislogubskaya: Dy an nay duge xdy đựng từ năm 1964 và 196E

trên bờ biển Bắc cực của Nga trong Vinh Kislaya của biên Barenis Do thiết kế

biệt của nó, phương pháp xây dung và kỹ thuật khai thác, nhá máy điện thúy triều Kislegbskaya được bảo vệ bởi Liên Bang Nga va được coi là một kỳ quan kỹ

thuật Một tính nắng đặc biệt của nhà máy Kislogubskaya, nó là cơ câu năng lượng, duy nhất tại Nga lam việc trong một môi trường nước biển, lợi dụng năng lượng

thủy triểu, đưới khi hậu khắc nghiệt tại Bắc Cực Kielogubskava là mô hình nhà

nấy điện thủy triểu nổi đầu tiên, với tội nhà máy điện Hrồy triểu xây dựng trên vùng vịnh Kislaya bao quanh là biển và được lắp đặt trên một hệ thống xả lan nỗi

'Việo xây đựng nhà máy yêu câu sử đụng vật liệu bên, bê tông chịu được môi trường,

xước biển, một câu trúc bê Lông cốt thép mồng, và một hệ thẳng bảo vệ chống lại sự

24

ăn mỏn điện hóa học và sinh học Những tỉnh năng nảy đã đỏng một vai trò quan

trọng trong việc phát triên kỹ thuật năng lượng tái tạo trên biển, một số trạm điện

thủy triều đã và đang được xây dựng (bảng 1.2 và 1.3)

Bang 1 2: Các nhả máy điện thủy triệu đã được xây dựng [13]

Tua bin phát điện dùng lưu tốc dỏng thuỷ triều không gây tiếng ồn, cỏ hiệu

suất cao và không phả vỡ cảnh quan thiên nhiên, không phương hại tới các loài

động vật biển do cánh quạt chỉ quay với vận tốc rất thập, chỉ vài chục vòng/phút

Tại khu vực châu Á, Trung Quốc là nước đầu tiên xây dựng trạm điện thuỷ triều vào năm 1980, năm 1984 trạm đi vào hoạt động, công suất tổ máy 600Kw, tổ

máy hướng trục (dạng bóng đèn - Capsun) (hình 1.8)

Dong chay

Cảnh hưởng dòng, Hình 1.8: Tua bin hướng trục (dạng bỏng đèn - Capsun) [13]

Vào thang 1 — 2006 tai tinh Zhejiang phía Đồng Trung Quốc trạm điện thuỷ

triều công suất 40Kw được xây dựng vả đi vào hoạt động

Tại Hàn Quốc, nhà máy điện thủy triệu Sihwa-ho xây dựng va khánh thành vào tháng 11-2009 [57,14] Theo thiết kế, nhà máy sẽ có công suất 254.000 Kw

(với 10 tua bin phát điện), khi hoàn thành, Sihwa-ho sẽ trở thành nhà máy điện thuỷ

triều lớn nhất thế giới Với sản lượng điên ước tỉnh mỗi năm là 550 triệu Kw, nhà may được kỷ vọng sẽ giúp Hàn Quốc tiết kiêm khoảng 39 tỷ won chỉ phí nhập khẩu nhiên liệu vả giảm đáng kế lượng khí thải CO; (hình 1.9)

Công ty Năng lượng Verdant Power (Mỹ) lắp 06 tuabin điện thủy triều với tổng công suất là 200Kw trên sông East ở New York trong tháng 9 năm 2008, dự ản trị giả 4,5 triệu USD, New York có cảnh đồng tuabin thuỷ triểu đầu tiên trên thể

lên xanh, công ty nảy hy vọng sẽ lắp đặt thêm 200-300 tuabin đọc

giới để sản xuất

con sông, Trụ sở của Liên Hiệp Quốc ở Manhattan lả một trong nhiều tô chức muốn

sử dụng nguồn năng lượng xanh này Công ty của Taylor chọn New York la dia điểm thử nghiệm bởi thành phó nảy tiêu thụ rất nhiều điện và do bang New York cỏ chính sách khuyên khích chuyên sang sử dụng nguồn năng lượng tái sinh Ông hy

26

vọng một ngày nảo đó, tua-bin thuỷ triều sẽ được sử dụng trên toàn nước Mỹ và tại các nước đang phát triển, bởi tiêm năng của chúng là rất lớn

Hình 1.9: Mô hình nhà máy điện thủy triều Sihwa-ho — Han Quốc [14]

Cỏ rất ít nỗ lực chính phục điện thuỷ triều, đặc biệt là khi so sánh với năng

lượng gió, mặt trời hoặc địa nhiệt Tuy nhiên, các động thải cắt giảm khí thải nhà

kinh từ nhả máy điện đang làm mọi người quan tâm tới công nghệ nảy trên khắp thẻ

gidi

Đã cỏ thời người ta nghĩ rằng, phương cách chính đẻ khai thác năng lượng thuỷ triều là xây dựng đập lớn chắn ngang qua cửa sông sâu có thuỷ triều, triều lên

thì giữ nước lại, sau đó đẻ nước chảy trở lại qua tua bím, tương tự như ở các nhà

máy thuỷ điện Khoảng 20% điện năng ở Anh có thể được cung cấp từ các đập loại nảy Tuy nhiên, xây dựng các công trình đập nảy lại quá tôn kém (cỏ thể lên tới 10

tỉ bảng Anh đổi với đập Severn, công suất 8,6Gw tương đương với 8 nha máy điện hạt nhân, cung cấp được khoảng 6% nhu câu điện năng ở Anh), lại tác động xau den

môi trường trên diện rộng nên hiện nay phương án nảy không được quan tâm theo

đuổi nữa Một ý tưởng khác được đưa ra, đó là xây dựng các hỏ chứa cỏ dap bao quanh ngoài biên, tại vùng nước nông thay vì đập tại cửa sông sâu, như vậy có thé

sẽ rẻ hơn và ít tác động hơn vẻ môi trường [S,12]

Công ty Ocean Power Delivery hiện đang triển khai một hệ thống nỗi trên mặt nước mang tên Pelamis dạng óng có khớp nói với nhau, giống như con rắn biển

?7

(sea snake, hinh 1.10)

Hình 1.10: Mô hình hệ thống rắn biên (sea snake) [12,13]

Công ty cỏ kế hoạch lắp đặt ngoài khơi hệ thông phát điện năng lượng sóng, công suat 750 kW, kế hoạch tiếp theo lả xây dựng một trại năng lượng sóng (tương,

tự như các trại năng lượng gió hiện nay) gồm 40 tổ máy công suất S0Mw Việc khai thác năng lượng sỏng cũng tiền triển nhanh ở khắp nơi trên thể giới Cụ thể như thiết bị với công suất 20Kw mang tên Rồng Sóng (Wave Dragon) của Đan Mạch hiện đang được thử nghiêm ngoài biển, sau đó là dự án xây dựng một hệ thống công,

suất 10Mw ở vùng biển sâu vảo năm 2006 (hinh 1.11)

Hình 1.11: Thiết bị Rồng Sóng (Wave Dragon) [12,13]

Thiết bị bao gồm hai tường phản xạ sóng dé tập trung song trao lên bức tưởng đốc rồi đỏ vào hỗ chứa, cột nước tạo ra sẽ được sử dụng dé lam quay tuabin

Đan Mạch cũng tiền theo hướng mới với *Wayeplane°, theo đó sóng với độ cao

khác nhau được đôn vao một chuỗi các kênh, tạo ra đỏng xoáy làm quay tuabin

Trong khi đỏ, Hà Lan lại triển khai loại thiết bị mới mang tên chiếc Du Song

28

Acsimet (Archimedes Wave Swing) Chiếc đu nảy bao gỏm một số buỏng không khi hình nắm, dâng lên hạ xuống theo sỏng và bơm không khi qua tuabin đề phát ra

điện (hình 1.12)

Hình 1.12: Thiết bị Du Song Acsimet (Archimedes Wave Swing) [12,13]

G Oxtraylia, thiết bị có tường phản xa loại mới công suất 300 Kw của hãng

Energetech hiện đang được thử nghiệm tai Port Kimbla, cach Sidney 100 km ve

phia nam, day 1a mét thiet bi Cột nước dao déng (hinh 1.14)

Hình 1.13: Thiết bị Cột nước đao động [12,13]

Theo Energetech, các thiết bị của họ sẽ phát ra điện năng với gia thảnh 10

cent/Kwh, còn đổi với thiét bi thé hé sau gia sé chi con la 4 cent/Kwh

29

ĐC Hydro ở Canada đã quyết dinh sở dụng phiên bản của thiết bị này cho

xmột dự án công suất 100Mw tai Vancouver Tai MY, Aqua Linergy Group dang có

kế hoạch vé mét dự án sông công suất TMw đất lại Nenh Bay, bang Washington Theo công ty nảy, năng lượng sóng ngoài khơi có tiềm năng lớn, có thê thoả mãn

5% đến 16% tổng nhu câu điện năng tại Mỹ trong vòng 20 nấm tới Nhật Bản cũng,

không hề chậm chân trong nh vực này, họ đã nghiên củu từ nhiều năm may và đã

lắp đặt một số tổ máy cột nước đao động trên đập chắn sóng, Nhật cũng có một bè

thử nghiệm năng lượng sóng nỗi mang tên Mighty Whale Công ty Wavegen - Anh:

đã lắp đặt thiết bị Cột sóng dao déng (oscillating waler column) cong sual SOO Kw

trén dao Islay [13]

Công ty Tidal Electric (My) da di theo huéng “dim pha thuy triéw” (tidal

lagoon), ho di lap ké hoach vé ba du an ngoai khoi xir Wales: MOL du án 30Mw gan

Tifoots Point trong vừng eo biển Bristol, mot dy 4n 30Mw tai vinh Swansea v4 mot

dự án điện thuỷ triểu lén hơn nhiéu, 423MW tai North Wales Tuy nhiên, một phương án khác đã dược mỡ ra, dó là sử dụng dòng thuỷ triểu, lức là dòng nước

theo chiều ngang chử không, phải là triều lên xuống Y tướng thiết kế nảy đang được

khảo sát ở nhiều nơi trên thể giới, mắc đủ còn íL được hiển khai nhất so với các

xăng lượng tải tạo khác của biển, nhưng triển vọng của năng lượng dòng thuỷ tiểu lại rất sảng súa [13]

Từ những vấn đề trên thay rằng, trên thể giới, các nước ra đã trêu Ở liên chủ

yếu họ xây dựng các trạm diện thủy triều co công suất dễ cung cấp diện lên lưới điện Quốc gia, đo vậy, họ chỉ quan tâm vả xây đựng các trạm thủy điện công suất lớn để nâng cao hiệu quả kinh tế và năng lương, Mặt khác, khoa học công nghệ tại các quốc gia đó đã phát triển ở ưình độ cao nên có khá năng xây dựng, các trạm điện

thủy triểu có công suất lớn Ngoài ra, tại các mước này có điêu kiện tự nhiên và địa

tỉnh cho phép ho có thế xây đựng các tram điện thủy triều có công suất lớn Các trạm điện thủy triểu có công suất nhỏ cð vài chục đến vài trăm Kw cling đã được

xây dụng nhưng đo hiệu quả kinh tế không cao so với các trạm oó công suất lớn nên

Thọ cũng chỉ xây đựng để cung cấp điện cho những nơi không có lưới điện quốc gia

30

1.53 Tình hình nghiên cửu tuết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành tỗ máy

điện thúy triểu ð Liệt Nam

Nhi chụng đáo động muức nước triệu ở nước ta không thuộc loại lớn, không,

phải là nơi cô nhiều triển vọng dễ xảy dựng các nhà máy thuý triều lớn như các dịa điểm trên thể g;

Theo độ lớn của dao động thuỷ triển, phản bổ năng lượng thưỷ triển các

vũng, vịnh tuân theo quy luậi tương tụ, nghĩa là mật độ nặng lượng thuỷ triều kha lớn ở khu vực Quảng Ninh 3,65Gwh/km2, đến Nghệ An ^,48GwhkmẺ, rồi giảm

đến khu vực Thừa Thiên Huế là cực tiêu 0,3Gwh/lam”, sau đỏ lại tăng dân vào miễn

Nam, dén Phan Thiết là 3,11GwlEmE, đạt cực đại tại kha vực Bà Rịa — Vũng Tàu

5,23Gwh/km?{S,12]

Do kích thước các vịnh to nhỏ khác nhan nên nắng lượng thuỷ triều tàng trữ

có thể khai thác cũng khác nhan, lớn nhất là toàn vịnh Hạ I.ơng, công suất năm ting

là 4,729Gwh, tiép đến các vịnh có năng lượng trên 100Gwh gồm Diễn Châu (620

Guwh), Quy Nhơn (135Gwh), Văn Phong - Bến Gội (308Gwh), Cam Ranh (185Gwh), Phan Rang (190Gwh), Pa Da Răng (171Gwh), Miu Ne (109Gwh), Phan

‘Thiét (675Gwh), Déng ‘Tranh (137Gwh), Rach Gia (139Gwh) [5,12]

Ở Việt Nam, dọc theo các vùng ven biển từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận, luôn luôn tổn tại một dong chảy lạnh, quanh nãm chảy theo hưởng, ven bở từ Bắc xuống Nam Trong thời kỳ gió mùa Dông Bắc, dòng chãy lạnh nảy phát triển rất mạnh và tốc độ cực đại cỏ thế đạt tới gan Im/s, tốc đô trung bình khoảng 0,5- 0,6n/s Thời kỳ gió mùa Tây Nam và các thời kỳ chuyển mủa khác tốc độ trung,

tình đạt khoảng 0,4-0,5 m/š, với sự ổn định về hướng tốc độ của đòng chảy này, có

thé cho phép khai thác nguồn năng lượng nay dé phát điện [12]

Khổng chế bởi chế độ hoàn lưu giỏ nên hệ dòng chấy vũng ven bờ Miễn

Trung thể hiện những nét tương, phản trên hai vùng Bắc và Nam rõ rột Tại vùng Đà

Nẵng —Ninh Thuận tổn lại một Tuẳng chây Bắc — Nam cường độ mạnh và tính chất

31

ẩn dinh theo thơi gian (cả năm) Tại vùng biển Binh Thuận (từ Vịnh Phan Rang trở vào) đòng chây ven bờ thay đổi theo hai maa, mua gid Déng Bac 1A dòng có hướng, Bac — Nam theo vệt bờ, tốc độ trưng bình đại trên 50et~4, mữa gió Tây Nam là dòng có hưởng Nam - Bắc, tốc dộ không khác mấy,

Ngoài ra, qua kết quả khảo sát thực địa nhận thây tại vùng ven bở vả cửa

sông khu vực Hải Phòng - Quảng Ninh và Vũng Tàu -Trà Vĩnh, đo độ lớn thuỷ

triểu lớn nên đóng triệu 6 day cing rat lon (V= 1: 2 m/s), day cũng là nơi có nhiều

tiểm năng phát triển do dong chay [12]

Các kết quả de đạc thống kế cho thay, độ chẽnh mực nước thuỷ triểu ở ven biển nước ta tương đổi lớn, trung binh khoảng 1,5m, tại Liên Gai lá 2,06m, lớn nhất

là 47m Chế độ thuỷ triểu tương đổi da đạng, từ nhật triển đều đền bán nhật triều

đều và triều hỗn hợp Nhiều vùng được đánh giá có tiểm năng khai thác điện thuỷ triểu như lưu vực hệ thông sông Cửu Long, bờ biển Vịnh Bắc Bộ

Năm 2000, Cục Hàng hãi đã đặt mua bộ máy phát điện bằng năng lượng sông, (Model TGW - 3A - Wave Activated Generator) với giá 2.917USD của Nhật Bắn

và lắp đặt thiết bị này để chạy đèn thì hiệu báo luỗng ra vào căng tại phao số “0” tại cảng Cửa Lò Chơ đến may, thiết bị này đang hoạt động tốt, đạt hiệu quả rất cao

trong các điều kiện thời tiết nguy hiểm

Nguyên nhân chính gây hạn chế việc sứ dụng các nguồn năng sóng biển so với các nguồn răng lượng tái tạo truyền thông khác rửnz năng lượng mắt trời, năng lượng giỏ là việc chế tạo các thiết bị phức tạp hơn l2o vậy, giá thánh các may phat điện cao hơn nhiều lần (giá bộ máy phát điện bằng năng lượng sóng nêu trên cao hon 5 lần so với giá giàn pin mặt trời trang bị cho các phao tiêu) Tuy nhiên, từ thực

tế sử dụng cho thây trong các điều kiện thời tiết gió mùa đông bắc, cỏ sương, nủ các

giản pin mặt trời thường làm việc kém hiệu quả Trong khi đó, các động cơ phát

điện bằng năng lượng sóng lại có thể làm việc suốt ngày đêm trong mọi điều kiện

vẻ thôi tiết

Một trong các kết quả nghiên cứu khoa học về sử đụng năng hượng sóng ở

xước fa là để tải nghiên cứu cấp Bộ “Nghiên cứu sử dụng năng lượng sóng biển lâm

nguồn chiếu sang phao tín hiệu hoạt dộng ngoài khơi biên Việt Nam” Để tải dược

thực hiện trong năm 2000, 2001 do Bộ Giao thông vận tải là cơ quan chủ quản và Viện Khoa học công nghệ giao thông vậu lỗi là cơ quan chủ trì với sự hợp láo cửa

Khoa Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội và Cục Hàng hái Việt Nam Kết quả

của đẻ tài là đã chứng mình được khả năng sử dụng năng lượng sóng dé tao ra

nguồn điện (hip sáng đèn lrên phao tín liệu và chế tạo thử nghiêm dược một rô tình hệ thống thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển Đ tài đã được hội đồng,

cap Hộ nghiệm thu loại xuất sắc và được để nghị cho tiên hành dự án sản xuất thủ

nghiệm phao tín hiệu thắp sáng bằng năng lượng sóng Đề tại cấp Viên Khoa học và

Công nghệ Việt nam “Danh giá tiểm năng năng lượng biển Việt Nam” do PG8.T5,

Đỗ Ngọc Quỳnh, Viện Cơ học chủ trì đã được tiên hành trong cáo năm 2002-2003

Kết quả chính của để tái là đã đưa ra búc lanh tổng hợp của tiềm răng năng lượng, thủy triểu, sóng và đông chảy ở vùng biển Việt Nam

Nam 2007 để tải cấp trường do Trung tâm Năng lượng mới - Trường Đại học

Bach khoa Hà Nội chủ trì nghiên cửu ứng đụng điện thuỷ triểu có công suất dưới

LKW cho ving ven biển Quảng Ninh

Nam 2011-2012 để lài cấp bộ do Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo — Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam chủ trị “Nghiên cửa thiết kế, chế tạo và lắp dặt tổ xnáy điện thủy triểu có công suất đến 2K\WW và 5kW phục vụ dân sinh kinh tế vùng, ven bién va hai đảo”, trạm điện thủy Iriều được xây dung theo kết cầu đập chấn

Hiện nay, còn tổn tại một số vẫn dễ trong việc khai thác năng, lượng tái tạo tại Vist Kam, đóng gớp năng lượng cỏn thấp, nhận thức về năng lượng tái tạo còn han chế, mới chỉ có những nghiên cứu bước đâu Ngoài ra, đầu tư cho xây dựng nắng, lượng thủy triều cỏn ít, công nghệ ứng dụng và triển khai còn hạn chẽ Chưa khai

thác được tiểm năng năng lượng tái tạo nỏi chung và năng lượng thủy triểu nói

viéng Chúng ta có nhiều cơ hội ứng dụng năng lượng thủy triểu tại Việt Nam như

có môi trường, quốc tế thuận lợi, kế hoạch để ra của các nước Dông Nam Á, nhiều

†ố chức quan tâm đến phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam, hơn nữa, nguồn tải

nguyên trorgr nước sẵn cô và đổi đào để khai thác, Chính phú đã và dang có các

33

chiến lược liên quan đến năng lượng tái tạo nói chung Vì vậy, tiêm năng phát triển răng lượng thủy triều vả các năng lượng khác & Việt Nam lả rất lớn

16 Kết luận Chương 1

Xuất phát từ việc thiếu hụt diện năng, như câu từn nguồn năng lượng mới tái tao bé sung cho céc nguồn năng lượng truyền thống, toàn bộ Chương 1 đã giới thiệu các khái tiệm về năng lượng thủy Iriểu, sự ra đời và sự phát triển của hệ thông phải điện bằng năng lượng thủy triểu Tổng quan vẻ hiện tạng sử đụng điện thúy triều

trên thế giới cũng như quá trình phát triển loại hình năng lượng nay ở Việt Nam, các

xnô hình, hiện trạng công nghệ, công suất lắp đặt

'Từ các phân tích ở trên cho thấy việc xây dựng các nhà máy điện sứ dụng

năng lượng thủy triều cho các vùng đảo, ven biến là hop ly va sẽ mang lại hiện quả

cao nhằm đáp ứng một phản rữu cầu sử dịng điện hiện nay Đặc điềm địa hình và thủy triểu của Việt Nam str dung dập chắn thủy tiểu để phát điện là hợp lý hơn cả

Do đó, ở các chương sau luận văn chỉ tiên hành nghiên cứu về dạng phát điện thủy

triểu dạng dip chin

Để có thể hiểu tổng thể, nhận biết về quả trình xây dựng cũng như kết cầu, lựa chọn thiết bị của mội dự án điện thủy triệu, vẫn đề này sẽ tìm hiểu ở Chương 2

tiếp theo sau,

34

Chương 2 - NHỮNG VẤN BE KINH TẾ KỸ THUÁT LIEN QUAN DEN

GÁC DỤ ÁN PHÁT DIỆN CHẠY BẰNG SỨC NUỐC THỦY TRIÖU

2.1 Khảo sát các thông số thủy triều

Công việc nay dược thực hiện bằng cách sử dụng các số liệu về thủy triều của

cơ quan hài dương học, đồng thời đặt các thiết bị đo vận tốc đòng triểu, độ cao của thủy triểu lại nơi định xây dựng nhà máy điện thủy triểu, do lưu vực để lừ đó lập báo cáo nghiên cứu kha thi va tinh toan đầu tư cho một dự án xây dựng nhà máy

'phát điện bằng thủy triều

2.2 Lựa chọn địa điểm

2321 Tỉnh toán điện lượng năm

Công thức tính công suất lý thuyết Ny và điện năng ly thuyết Eụ [18] được

.A- Biên độ triều (m)

F — Diện tích mặt nước (Em?)

Vi dụ: với dự án dễ biển ở Ving Tau, biên do triểu trung binh là 2m, diện

tích mặt nước theo dự án đưa ra là 56.000 ha = 560Km’ thì cổng suất và điện năng

lý thuyết sẽ là:

Nụ = 225*A7 * R = 22ã*22*560 = 504.000 (Kw) = 504 Mw

Ey = 1,97*10%* A?F = I,79*102*22 S60= 4.009.600.000 Kwhzăm

Với giả thiết tuabim điện thủy triểu có liệu sual 80%, cng suất hữu ích sẽ là

NT Nụ*0,8 — 504%0,8 403,2 Mw

‘Mat năm có 3 tháng mùa lũ coi như khảng phát điện (trong thực tế vào mùa

lũ vẫn phát điện khi tháo lũ lúc triều xuống, những nữm lũ lớn rất it, thời gián lũ cũng không dài, nhưng để an toàn nên không tính) nên chỉ dạt 75% thời gian hoạt

động của tưabin Vi lý do vận hành, nên thời gian tua bin hoạt động đạt khoảng,

80%, tổng thời gian sử dụng công suất lắp máy sẽ là: 8760*0,75*0,8 5256 giờ

35

vai trò quyết định đối với việc giảm thiểu cá

trường cũng như vận hành kinh tế sau này, Vì vậy, việc lựa chọn địa điểm chiếm vị

trí tru tiên hàng đầu, phải tiền hành qua nhiều bước và thỏa mãn một số điều kiện

sau đây:

- Lưu vực phải đảm báo đủ dung tích cho phát diện theo yếu eau,

- Đảm bảo độ cao mực nước tối thiểu đề có thể phát điện

2.3 Sơ đỗ tổng quan về nhà máy điện thủy triểu

2.3.1 Nguyên Ïÿ chung

Khi thủy triêu lên tới ngưỡng cao nhất, sau đó thủy triểu rút thì nước trên vịnh, vũng, lòng chảo, cửa sông sẽ chây ra biển, di từ cao đến thập mang theo nó

một năng lượng, năng lượng nảy gọi là thuý năng,

ĐỀ xác định răng lượng đó ta xác định đông chảy (hình 2.1) tại một vị trí có

chiều đái là L, dược giới hạn bởi các mặt cắt 1-1 và 2-2 [10]

a

Hình 2.1: Sơ đỗ xác định năng lượng dong chay [10]

'Theo phương trình I3eemuli cho mặt cắt 1-1 (chỉ số 1), mặt cắt 2-2 (chí số 2)

†a có năng lượng riêng tại từng mặt cắt [10]:

Pr) avi

E,=h¡+ 2+ atte @3) 2.3

36

Ey = hp +3+ z (2.4)

Trong đó: 2b, v,ư - là áp năng, vị năng, vận tắc trung bình tại mặt cắt và hệ

số điêu chỉnh động năng

Hiệu năng lượng riêng của hai mặt cắt là năng lượng dơn vị của dòng chắy

trên đoạn sông có chiều đài L và được gọi là cột áp, ký hiệu la II (công thức 2.5),

sort oF Ja dng năng,

Nếu một đoạn sông có cột áp II, lưu lượng Q thi năng lượng đòng chảy trên

đoạn sông đó là

3= ƒ_ y.Q.H.dL hay 5= y.H.W (2.6)

‘Trong dé: W thể tích nước đoạn sông

Công suất nuớc của đồng chây trên đoạn sông là

Tổ sử dụng năng kượng của đoạn sông thi phải tập trung năng lượng dong nude phan bé trên doạn sông dỏ tại một chỗ, tạo độ chênh mực nước thương vả hạ lầm nghĩa là phải tạo nên cột ap

3.32 Sơ dẫ nhà máy diện thấy triéu

Nhà máy diện thủy triểu là một té hợp nhiễu thiết bị, sử dụng nắng lượng của thủy triểu đề sản xuất điện năng, thông thường gồm 3 tuyến (hình 2.2):

- Tuyến áp lực

~ Tuyển năng lượng,

2 Đập, lường + Tuabm, cảnh hướng,

+ May phat, HT kich tu,

2.3.3.Các thiết bị chính trong nhà máy điện thầy triều

Hình 3.3: Sơ đỏ bố trí các thiệt bị trong nhà tuáy thủy điện

‘Trong dé: 1, Của nhận nước; 2 Kênh dẫn (ống dẫn); 3 Tuabin; 4 Máy phát

điện, 5 Điều tốc, thiết bị phụ; 6 Hệ thông thiết bị phụ: 7 Thiết bị điện: 8 Kênh xã;

38

9 Của van hạ lưư

2.34.Tuabin nưức trong nhà máy điện thấy triều

Tua bìm nước là một trong các thiết bị quan trọng nhất của nhà máy điện thủy

triểu, nhiệm vụ chính là chuyển dỏi thủy năng thành cơ năng làm quay rotor may

phát điện và sinh ra điện năng

Ta khảo sắt các thành phần năng lượng của dòng chảy, năng lượng dơn vị của

dòng chảy truyền cho cảnh tua bin bằng độ chênh năng lượng riêng giữa hai tiết

điện cửa vào chỉ số 1 (tại cửa nhận nước) và cửa ra chỉ số 2 ( tại tua bin nước), ta có

- Qá lưu lượng tính toán (m/s)

- A 4a cội nước tĩnh toàn (m)

- 'ị là hiệu suất của tua bin (14)

~ Ng là công suất trên trục Lua bìn (W)

Tùy thuộc vào dạng năng lượng (công thức 2.8) mà clúa tuabm nước thành hai hệ khác nhau: Tuabin xưng lực và tua bìn phần lực [10]

'Tưa bản xung lực chỉ có phân động năng của dòng chấy tác dụng lên bánh xe

công tác còn phân thế năng bằng không Hệ tua bm này phát ra công suất nhờ dộng răng của dòng chat long, con áp suất ở cửa vào và cửa ra của tua bím là áp suất khí

trời

Tua bin phản lực là loại tua bin làm việc nhờ cả hai phân thẻ năng vá động,

năng, mà chủ yêu là thể năng của đông chảy Trong hệ tua bin nảy, áp suất ở cửa

vào luôn lớn hơn ở cửa ra Dòng chây qua tua bìn là dòng liên tục điền đây Loàn bộ

39