Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

Cấu trúc của luận văn  Chương 1 : Giới thiệu  Chương 2 : Tổng quan về tình hình nghiên cứu và khai thác năng lượng sóng biển trên thế giới tại Việt Nam  Chương 3 : Năng lượng sóng bi

Chương 1 GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu

Năng lượng nói chung và lượng điện nói riêng là trong những yếu tố cần thiết phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của nhân loại Điều này củng có nghĩa rằng khi mức sống của con người và nhu cầu sản xuất được tăng cao thì nhu cầu về năng lượng điện cũng tăng theo để đáp ứng Đây chính là thách lớn đối với hầu hết các quốc gia, trong đó có Việt Nam

Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở Việt nam trong 20 năm trở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12 – 13 % năm, tức là gần gấp đôi tốc độ tăng trưởng cao để thực hiện “ dân giàu, nước mạnh” và tránh nguy cơ tụt hậu sẽ còn tiếp tục đặt lên vai ngành điện nhiều trọng vách và thách thức to lớn trong những thập niên tới Để hoàn thành được trọng trách này , ngành điện phải có khả năng

dự báo nhu cầu về điện năng của nền kinh tế, trên cơ sở đó hoạch định và phát triển năng lực cung ứng của mình

Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về điện tiếp tục duy trì ở mức rất cao 14 – 15% năm như mấy năm trở lại đây thì đến năm 2010 cầu về điện sẽ đạt mức 90.000 GWh, gấp đôi mức cầu của năm 2005 Theo dự báo của Tập đoàn điện lực Việt Nam, nếu tốc tăng trưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức 7,1%/ năm thì nhu cầu điện sản xuất của Việt Nam vào năm 2020 sẽ là khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điện truyền thống thì sản lượng điện nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là 165.000 GWh ( năm 2020) và 208.000 GWh ( năm 2030 ) Điều này

có nghĩa là nền kinh tế sẽ bị thiếu hụt điện một cách nghiêm trọng và tỷ lệ thiếu hụt có thể lên tới 20-30% mỗi năm Nếu dự báo này của Tập đoàn Điện lực trỡ thành hiện thực thì hoặc là chúng ta phải nhập khẩu điện với giá đắt gấp 2 – 3 lần

so với giá sản xuất trong nước Hoặc là hoạt động sản xuất của nền kinh tế sẽ rơi vào trì trệ và đời sống của người dân sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Không phải đến những năm 2015 hay 2020, ngay thời điểm hiện tại chúng ta cũng đã đối mặt với tình trạng thiếu điện Năm 2005, lần đầu tiên sau nhiều năm trở lại đây, người dân ở hai trung tâm chính trị và kinh tế của đát nước chịu cảnh cắt điện luôn gây nhiều khó khăn cho sinh hoạt và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống kinh tế

Ngoài ra, Việt Nam vẫn còn khoảng 4,5 triệu dân, đặc biệt các hộ vùng sâu, vùng xa và hải đảo vẫn chưa có điện Theo quy hoạch phát triển mạng lưới điện thì dự kiến đến năm 2020, vẫn còn trên 1000 xã ( trong tổng số hơn 9000 xã ) đại diện cho 500.000 hộ dân với dân số khoảng 3 triệu người vẫn chưa có lưới điện quốc gia

Đồng bào dân tộc thiểu số ở Tây Nguyên, những nơi chưa có điện luới quốc gia, bài toán bơm nước tưới cây hay phục vụ nhu cầu cuộc sống của bà con là một bài toán khó

Những đồn biên phòng xa xôi trên những mõm núi chót vót của vùng Tây bắc

tổ quốc, những chiến sĩ ngoài đảo xa, nhà dàn, những ghe tàu đánh cá ngoài biển khơi cũng cần có điện để phục vụ tốt cho sinh hoạt và cho công tác an ninh quốc phòng

Thêm vào đó , theo dự báo của một số khoa học, trữ lượng than và dầu khí mà đang được con người sử dụng sẽ cạn kiệt trong 30 năm tới Chính vì lý do này, hầu hết các quốc gia trên thế giới đang nổ lực nghiên cứu, khai thác và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo nhằm mục đính thay thế phần nào nguồn năng hóa thạch đang được khai thác và có xu hướng cạn dần

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng các quy trình diễn biến liên tục trong các sử dụng kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là

từ mặt trời Năng lượng tái tạo cũng có thể được hiểu là những nguồn năng lượng

hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa : Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà khong thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục

Với vị trí địa lý, khí hậu thuận lợi thì đất nước Việt Nam được xem là một trong những nước có nguồn tài nguyên năng nượng tái tạo khá dồi dào và đa dạng gồm : Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, nhiên liệu sinh học, địa nhiệt Các nguồn năng lượng này được phân bố trải rộng trên nhiều vùng sinh thái

Trước nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng nhanh ở Việt Nam việc sớm khai thác các nguồn năng lượng đó là rất cần thiết không những góp phần giảm gánh nặng về cung cầu năng lượng khi các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát truyển bền vững

Nghiên cứu giải quyết an ninh năng lượng là vấn đề cấp bách ở nước ta hiện nay Có thể nhận thấy rằng nguồn năng lượng từ biển rất dồi dào ở nước ta Việt Nam là một trong các quốc gia có bờ biển rất dài, dài đến hơn 3200 km Quanh năm sóng biển vỗ bờ Bên cạnh đó, nước ta cũng có nhiều hải đảo Quanh đảo là biển, vì vậy năng lượng của sóng biển ven bờ biển của nước ta là rất lớn Do đó, việc nghiên cứu chuyển đổi năng lượng của sóng biển thành năng lượng điện là cần thiết mà có thể góp phần giải quyết được nhu cầu về năng lượng điện của nước ta hiện nay và tương lại

So với các nguồn năng lượng tái tạo khác, thì năng lượng sóng biển có mức đầu tư ít hơn, tính an toàn cao hơn, tạo được sự đồng tình trong xã hội lớn hơn, không cần một bộ máy điều hành lớn và phức tạp, mứ độ ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường không cao Tuy nhiên, trong số các nguồn năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu và khai thác tại Việt Nam thì năng lượng sóng biển chưa nhận được nhiều quan tâm nghiên cứu và khai thác Mặc dù, được biết rằng hiệu suất chuyển đổi thành năng lượng điện của nguồn năng lượng này là khá cao

Năng lượng điện từ sóng biển đã được thử nghiệm nhiều năm qua nhưng vẫn chưa đạt được các kết quả khả quan Đến nay, khi khoa học công nghệ phát triển

và thế giới đang phải đối mặt với những hậu quả nghiêm trọng do vấn đề biến đổi khí hậu gây ra thì các nhà khoa học tin tưởng rằng có thể chuyển hóa năng lượng của sóng biển thành năng lượng điện nhờ các bộ chuyển đổi năng lượng

Năm 1799, Girardson, France là người đầu tiên được cấp bằng phát minh về việc khám phá nguồn năng lượng sóng biển Năm 1960 Masuda, Japan đã thiết kế, chế tạo và thương mại tiếp thị chuyển đổi năng lượng sống biển đầu tiên Đó là chiếc phao nhẹ trôi trên biển và tự nạp điện

1.2 Mục tiêu của luận văn

Với các phân tích và đánh giá mà đã được trình bày ở phần trên, các mục tiêu chính cần được nghiên cứu và thực hiện của luận văn này bao gồm :

- Nghiên cứu tổng quan tình hình khai thác và sử dụng nguồn điện năng lượng tái tạo, trong đó có nguồn điện năng lượng sóng biển

- Nghiên cứu tổng quan về các bộ biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

- Nghiên cứu và phân tích cho một vài bộ biến đổi năng lượng sóng biển

- Nghiên cứu và phân tích máy phát điện đồng bộ năm châm vĩnh cửu tuyến tính được sử dụng trong các bộ biến đổi năng lượng sóng biển

- Mô phỏng máy phát điện đồng bộ nam trâm vĩnh cửu tuyến tính của các bộ biến đổi năng lượng sóng biển bằng phần mềm Simulink/ Matlab

1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn

- Nghiên cứu và phân tích máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu tuyến tính của các bộ biến đổi năng lượng sóng biển

- Nghiên cứu cho một hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện độc lập và phụ tải trở không đổi

- Nghiên cứu giả thiết bỏ qua các ảnh hưởng của các yếu tố mà có thể ảnh hưởng đến hiệu quả biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

1.4 Cấu trúc của luận văn

 Chương 1 : Giới thiệu

 Chương 2 : Tổng quan về tình hình nghiên cứu và khai thác năng lượng sóng biển trên thế giới tại Việt Nam

 Chương 3 : Năng lượng sóng biển

 Chương 4 : Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu tuyến chính được sử dụng trong các bộ biến đổi năng lượng sóng biển

 Chương 5 : Mô phỏng phân tích máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu tuyến tính được sử dụng trong các bộ biến đổi năng lượng sống biển

 Chương 6 : Kết thúc và hướng phát triển tương lai

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình nghiên cứu và khai thác năng lƣợng sóng biển trên thế giới

Từ những năm 70 của thế 20 , các nước có vùng biển rộng và khoa học tiên tiến như Na Uy, Thụy Điển, Mỹ, Pháp và Nhật Bản đã có các chương trình nghiên cứu về năng lượng sóng Nhà máy năng lượng sóng đầu tiên được xây dựng ở Na

Uy năm 1984 và hoàn thành vào năm 1986

Châu Âu là khu vực đứng đầu trong việc áp dụng năng lượng sóng Hiện nay

đã có 4 dự án khai thác thương mại năng lượng sóng Giá thành điện năng từ gió hiện nay đã giảm 80% trong vòng 20 năm vừa qua nhờ có các tiến bộ và thiết bị

và tối ưu trong kết cấu Với giá cả ban đầu khoảng ½ giá ban đầu của năng lượng gió và ¼ giá hiện thời của năng lượng bin mặt trời, năng lượng sóng có tiền năng rất lớn để trở thành năng lượng có rẻ nhất trong tương lai

Năm 2004, nghiên cứu khải thi của EPRI cho thấy tiền năng của năng lượng sóng tại khu vực Bắc Mỹ lớn hơn rất nhiều so với năng lượng thủy triều Kết luận của nghiên cứu này là giá thương mại hiện nay của điện năng từ sóng biển tại một

số khu vực triển vọng trong khoảng 11-13 cent/kWh nhưng giá này sẽ giảm mạnh

do có nhiều cải tiến trong công nghệ và kỹ thuật

Hiện nay, mới có một số ít MW điện năng khai thác được từ sóng biển Nhà máy điện thương mại từ sóng biển đầu tiên với công suất 30 MW được xây dựng ở

Bồ Đào Nha Tại Mỹ, mới có phao năng lượng sóng đầu tiên với công suất 40 kW tại căn cứ biển ở Kanvohe Hawaii Bản quyền ứng dụng nhà máy điện phục vụ dân sinh cỡ thực tế đầu tiên được thực hiện tháng 11/2006 với công suất 1 MW tại vịnh Makah, Washington, Mỹ

Nước Anh đã chi 2,3 triệu bản Anh hỗ trợ Wavegen tiến hành các thử nghiệm các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển tại vùng biển phía tây Isles năm 2002 Nguồn kinh phí này dùng sử dụng để thử nghiệm 3 thiết bị năng lượng sóng ven bờ dựa trên nguyên lý dao động cột nước Một dự án với kinh phí 3,7 triệu bảng Anh

có mục tiệu tập hợp các thiết bị khai thác năng lượng sóng cho khu vực tây Isles đã công bố là đạt được một số bước tiến gần với thực hiện, cho thấy hiện nay nước Anh đang dẫn đầu trong đầu tư khai thác năng lượng sóng

Theo Tân Hoa xã, các nhà khoa học Trung Quốc vừa xây dựng thử nghiệm một nhà máy điện sóng biển có thể chịu được những cơn bão Y Yage phụ trách nhóm các nhà khoa học thuộc Viện khoa học Trung Quốc tại Quảng Châu cho biết, nhà máy điện mới đạt hiệu quả hơn, chi phí thấp hơn và chịu được những cơn bão Nhà máy điện công suất 6 kW đã được thử nghiệm và hoạt động tốt sau hơn 20 cơn bão Theo các nhà khoa học, việc thử nghiệm cho thấy thiết bị này có thể sử dụng để thắp sáng đèn, máy tính máy điều hòa khử muối khỏi nước biển Y Yage

và các cộng sự đã chế tạo thành công nhà máy điện sóng đặt tại thành phố Shanwei, miền nam Trung Quốc, thuộc tỉnh Quảng Đông

Tập bản đồ năng lượng tái tạo trên biển của Liên hiệp Anh là một nguồn thông tin để phục vụ cho việc quy hoạch khai thác các nguồn năng lượng biển nói chung và năng lượng sóng nói riêng Tập bản đồ sóng là phương tiện để xác định các phân bố về năng lượng sóng theo các thời gian khác nhau trong năm và các khu vực biển khác nhau tại khu vực biển ven bờ và ngoài khơi Liên hiệp Anh Dự

án xây dựng tập bản đồ này được Bộ Công thương Anh tài trợ

Nguồn số liệu chính cho cả trường gió synnop và trường sóng để xây dựng tập bản đồ năng lượng sóng được thu thập từ các mô hình dự báo nghiệp vụ của Anh hiện nay đã bao phủ trên diện tích tích toàn cầu, khu vực Châu Âu và vùng biển Liên hiệp Anh với các lưới tưng ứng là 60; 35 và 12km Mô hình tính sóng được sử dụng là mô hình tính sóng tương thích với nguồn số liệu gió Các kết quả được đưa ra 3 giờ một lần bao gồm các kết quả định lượng về độ cao sóng hữu hiệu, chu kỳ sóng đi qua điểm trung bình và hướng sóng trung bình

Mô hình tính sóng sử dụng là mô hình tính sóng thế hệ hai với các chu kỳ sóng tính toán dao động trong dải 3 giây đến 25 giây và với bước sóng trong khoảng từ 15m đến 975m Số liệu gió đưa vào là số liệu gió tại tầng 10m trên mặt biển nhận được từ cơ quan Khí tượng Anh Số liệu gió này đồng hóa từ các số liệu gió thu được từ vệ tinh, số liệu gió quan trắc trên tàu biển và các số liệu gió từ các

hệ thống phao đo đạt trên mặt biển Tốc độ gió, thời gian gió thổi và hướng gió được xác định theo các khoảng chu kỳ và hướng để tạo ra năng lượng sóng trong

mô hình tính sóng thông qua cơ chế truyền năng lượng của gió cho sóng trong sóng gió Các thành phần phổ sóng được tham số hóa theo các đỉnh phổ và dựa vào

đó để lựa chọn các phổ JONSWAP tương ứng, mô phỏng sự phát triển của sóng gió

Để có được chế độ sóng, các nhà khoa học đã sử dụng số liệu trường gió và sóng khôi phục trong thời gian từ 6/2000 đến 9/2003 Các số liệu nhận được của

mô hình tính sóng cho toàn Châu Âu

Tập bản đồ năng lượng sóng của Liên hiệp Anh bao gồm các thông tin về tường sóng:

 Độ cao sóng hựu hiệu,

 Chu kỳ sóng trung bình,

 Hướng truyền năng lượng sóng

Hình 2.1 đưa ra bản đồ trung bình năm độ cao sóng cho khu vực vùng biển Liên hiệp Anh

Hình 2.1 Bản đồ trung bình năm của độ cao song cho khu vực vùng biển

liên hiệp Anh

Độ cao sóng rất lớn tại các vùng biển lớn thoáng trực tiếp với khu vực Đại Tây Dương Như vậy, khu vực có tiềm năng năng lượng sóng lớn nhất và có khả năng xây dựng các nhà máy khai thác năng lương sóng là khu vực bờ tây của Scotland, Tây nam xứ Wale và Cornmwall Trong tập bản đồ năng lượng sóng của Liên hiệp Anh, năng lượng sóng được tính toán dựa trên biểu thức:

Tiềm năng năng lượng sóng được tính toán và xây dựng bản đồ năng lượng sóng cho các vùng biển Liên hiệp Anh gồm:

- Atlat năng lượng sóng trung bình năm

- Atlat năng lượng sóng theo mùa ( bốn mùa )

* Mùa đùa ( tháng 12, tháng 1 và tháng 2 )

* Mùa xuân ( tháng 3, tháng 4 và tháng 5 )

* Mùa hè ( tháng 6, tháng 7 và tháng 8 )

* Mùa thu ( Tháng 9, tháng 10 và tháng 11 )

- Atlat năng lượng sóng theo tháng

Trên hình 2.2 giới thiệu bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu vực vùng biển Liên Hiệp Anh

Hình 2.2, giới thiệu bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu vực vùng biển Liên Hiệp Anh

2.2 Tình hình nghiên cứu và khai thác năng lƣợng sóng biển tại Việt Nam

Việt nam là một quốc gia ven biển nằm bên bờ Tây của Biển Đông, giữ vị trí chiến lược về địa lý, chính trị và kinh tế không phải quốc gia nào củng có Với bờ biển dài hơn 3260 km trải dài từ Bắc tới Nam, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, đảo trên thế giới

Vùng biển nước ta có khoảng 3000 đảo lớn nhỏ và quần đảo xa bờ là Hoàng

Sa và Trường Sa được phân bố khá đều theo chiều dài bờ biển của đất nước Một

số đảo ven bờ còn có vị trí quan trọng được sử dụng làm các điểm mốc quốc gia trên biển để thiết lập đường cơ sở ven bờ lục địa Việt Nam, từ đó xác định vùng nội thủy, lãnh hải, vùng tiếp giáp lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế và thềm lục địa, làm cơ sở pháp lý để bảo vệ chủ quyền quốc gia trên các vùng biển

Biển Đông là vùng nhộn nhịp thứ hai trên thế giới sau Địa Trung Hải, chiếm khoảng ¼ lưu lượng tàu hoạt động trên các vùng biển toàn cầu Là tuyến hàng hải huyết mạch mang tính chiến lược của nhiều nước trên thế giới và khu vực, nối liền Thái Bình Dương với Ấn Độ Dương, Châu Âu, Trung Đông với Châu Á và giữa các nước Châu Á với nhau

Cùng với đất liền, vùng biển nước ta là một khu vực giàu tài nguyên thiên nhiên, là ngư trường giàu có nuôi sống hàng triệu ngư dân và gia đình từ bao đời

qua, là một vùng kinh tế nhiều thập kỷ phát triển năng động, là nơi hấp dẫn của các nhà đầu tư và thị trường thế giới đến khảo sát và nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó nghiên cứu năng lượng sóng biển chuyển thành năng lượng điện được các nước đầu tư nghiên cứu trong đó có Việt Nam

Do đặc điểm phức tạp về thiết kế và chế tạo các thiết bị biến đổi năng lượng sóng biển thành các nguồn năng lượng khác nói chung và năng lượng điện năng nói riêng nên việc sử dụng và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo trên biển vào thực tế tại Việt Nam vẫn còn đang ở giai đoạn nghiên cứu và đánh giá tiềm năng Năm 2000, cục Hàng hải đã đặt mua một máy phát điện bằng năng lượng sóng ( Model TGW – 3A – Wave Activeted Generator ) với giá 2917 USD của Nhật Bản và lắp đặt thiết bị này để chạy đèn tín hiệu báo luồng ra vào cảng tại phao số “0” tại cảng Cửa Lò Cho đến nay, thiết bị này đang hoạt động tốt, đạt hiệu quả rất cao trong các điều kiện thời tiết nguy hiểm

Nguyên nhân chính của việc sử dụng hạn chế các các nguồn năng lượng sóng biển so với các nguồn năng lượng tái tạo truyền thống khác như năng lượng mặt trời là vì việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị này phức tạp hơn nhiều lần và điều này dẫn đến giá thành các hệ thống phát điện này cao hơn nhiều lần (giá một hệ thống biến đổi năng lượng sóng thành năng lượng điện cao hơn 5 lần

so với giá giàn pin năng lượng mặt trời trang bị cho các phao tiêu)

Tuy nhiên, từ thực tế sử dụng cho thấy các điều kiện thời tiết gió mùa đông bắc, có sương mù các giàn pin năng lượng mặt trời thường làm việc kém hiệu quả Trong khi đó, các động cơ phát điện bằng năng lượng sóng biển lại có thể làm việc suốt ngày đêm trong mọi điều kiện về thời tiết

Một trong các kết quả nghiên cứu khoa học về sử dụng năng lượng sóng biển

ở nước ta là đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “ Nghiên cứu sử dụng năng lượng sóng biển làm nguồn chiếu sáng phao tín hiệu hoạt động ngoài khơi biển Việt Nam” Đề tài được 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 vận tải làm cơ quan chủ

trì với sự hợp tác của Khoa môi trường, Đại học quốc gia Hà Nội và Cục Hàng Hải Việt Nam

Đề tài cấp viện Khoa học và công nghệ Việt Nam “ đánh giá tiềm năng năng lượng biển Việt Nam” do PGS.TS Đỗ Ngọc Huỳnh, Viện cơ học chủ trì đã được tiến hành trong các năm 2002 – 2003 kết quả chính của đề tài là đã đưa ra được bức tranh tổng hợp của tiềm năng năng lượng thủy triều, sóng và dòng chảy ở vùng biển Việt Nam Kết quả nghiên cứu tính toán năng lượng sóng biển cho dải ven biển Việt Nam của đề tài được báo cáo tại Hội nghị Khoa học toàn quốc “ Năng lượng biển Việt Nam – Tiềm năng công nghệ và chính sách” với các nội dung chính như sau :

Dòng năng lượng sóng được tính theo phổ sóng của Davidan Đã xây dựng chương trình tính dòng năng lượng sóng theo các công thức tính năng lượng sóng

số liệu đưa vào là các kết quả tính toán chế độ trường sóng ven bờ phục vụ xây dựng công trình biển của đề tài Cấp Nhà nước KHCN – 06 – 10 “ Cơ sở khoa học

và các đặc trưng kĩ thuật đới bờ phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” bao gồm phân bố độ cao và chu kỳ sóng

Đã tính toán theo phương pháp thống kê chế độ với tất cả các tổ hợp độ cao

và chu kỳ sóng lớn hơn 0,5m và 5s Sau đó, tính tổng năng lượng sóng cho các tổ hợp nêu trên với tần suất xuất hiện của từng tổ hợp kết quả đã tính toán năng lượng sóng cho 83 điểm dọc bờ biển Việt Nam Các kết quả tính toán là dòng năng lượng sóng KW/m cho từng tháng và trung bình năm tại các điểm tính cho mỗi mét chiều dài bờ biển vuông góc với đường bộ

Một số các nghiên cứu tính toán khác với các kết quả đạt được cho thấy tiềm năng lượng sóng dọc dài ven biển nước ta tương đối phong phú và phụ thuộc trực tiếp vào hai mùa gió đông bắc và tây nam ở các vùng thoáng, có đà sóng lớn theo các hướng Đông Bắc, Tây Nam và Nam đều nhận được dòng năng lượng sóng khá lớn Dựa theo các kết quả tính toán đã tiến hành phân vùng tiềm năng năng lượng sóng dọc dải ven biển Việt Nam, theo đó được phân thành 6 vùng với các đặc trưng năng lượng sóng như sau :

Hình 2.3 Sơ đồ các điểm tính dòng năng lượng sóng và phân vùng tiềm năng năng

lượng sống biển dải ven biển Việt Nam

- Vùng 1 : Bắc vịnh Bắc Bộ từ móng Cái đến Thanh Hóa: tại vùng này, do đặc

điểm rất thoáng đối với sóng từ phía Nam – là trường sóng chiếm ưu thế trong gió mùa tây nam tại khu vực Vinh Bắc Bộ nên năng lượng sóng chiếm ưu thể vào các tháng 6 – 7 – 8 với giá trị từ 16 kW/m trở lên vào thời gian này Vào mùa đông bắc trường sóng tại khu vực này bị giới hạn bởi đà sóng ngắn trên năng lượng sóng không lớn Tại các trạm phía nam của vùng này ( từ trạm 7- 11 ) năng lượng sóng khá đều quanh năm đạt từ 15 kW/m trở lên Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 15 kW/m

- Vùng 2 : Từ Thanh Hóa – Quãng Bình là vùng phía nam vinh Bắc Bộ với đặc

điểm là dòng năng lượng sóng trong gió mùa đông bắc chiếm ưu thế Tại vùng này,

từ tháng 10 năm trước đến tháng 2 năm sau, dòng năng lượng sóng đạt giá trị 30 kW/m trở lên trong mùa gió mùa tây nam, vào các tháng mùa hè, năng lượng sóng tại khu vực này nhỏ hơn 20 kW/m Dòng năng lượng sóng trung bình của khu vực này đạt khoảng 25 kW/m

- Vùng 3 : Quảng Bình đến Quãng Nam là khu vực Bắc Miền Trung Đây là khu

vực có dòng năng lượng khá nhỏ quanh năm vì nguồn gió mùa đông bắc trường sóng bị đảo Hải Nam che chắn trong khi đó trong mùa gió tay nam thì gió thường thổi từ trong bờ ra Tuy nhiên, vào mùa đông, dòng năng lượng sóng tại vùng biển này khá mạnh Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 10 kW/m

- Vùng 4 : Từ Quãng Ngãi đến Ninh Thuận – khu vực nam trung bộ Đây là vùng

có dòng năng lượng sóng mạnh nhất trên toàn dải ven bờ Việt Nam vì là vùng tiếp xúc trực tiếp với biển khoáng và có đà sóng gần như không bị giới hạn, trong cả hai mùa gió thịnh hành Trong gió mùa đông bắc, năng lượng sóng tại vùng này đạt khoảng 30 kW/m trở lên Đặc biệt, tại các vùng ven bờ Phú Yên, Ninh Thuận, dòng năng lượng sóng đạt xấp xỉ 100 kW/m Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 18 kW/m

- Vùng 5 : Từ Bình Thuận đến Mũi Cà Mau – khu vực đồng bằng nam bộ Dòng

năng lượng sóng tại vùng này không lớn Vì ở đây tác động của trường sóng trong

gió mùa đông bắc đã bị yếu đi Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 18 kW/m

- Vùng 6 : Ven bờ phía tây từ Cà Mau đến Kiên Giang – khu vực biển phía tây

nam là vùng có dòng năng lượng sóng yếu nhất trong toàn dải ven biển Việt Nam

có những trạm quanh năm độ cao sóng nhỏ hơn 0,5m và chu kỳ sóng nhỏ hơn 5s

Do đó, không tính năng lượng sóng Dòng năng lượng sóng lớn nhất phía tây đảo Phú Quốc với khoảng 15 kW/m và xảy ra vào thời gian tháng 8, thời gian hoạt động mạnh của gió mùa tây nam Dòng năng lượng sóng trung bình của vùng này

là khoảng 5-6 kW/m

Có thể nhận thấy rằng năng lượng gió và năng lượng mặt trời đều bị hạn chế,

vì lúc có lúc không Trong khi đó, năng lượng sóng biển thì luôn luôn tồn tại bất kể mưa nắng, ngày đêm

Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 – 2015 có xét đến

2025 đã được thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 18 tháng 7 năm 2007, chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2011 – 2015 đối với phương án phụ tải cơ sở ( với nhu cầu điện 190 tỷ kWh vào năm 2015 ) được xác định có xem xét tới khả năng tham gia của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện Việt Nam

* Giai đoạn 2008 - 2015

Theo dự báo quy hoạch điện thì sự đóng góp của các nguồn năng lượng điện tái tạo sẽ tăng 17% đến năm 2015 và là 1424 ; năm 2020 là 2774 MW ; năm 2025

là 3824 MW chiếm 3% trong tổng các nguồn điện của cả nước

Để đáp ứng được tỉ lệ đóng góp cũng như giảm thiểu việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch và tác động xấu đến môi trường, phương án nguồn điện tái tạo

là phương án được đề xuất cao, trong đó nguồn thủy điện nhỏ chiếm gần 30% ( đối với miền bắc ), Khoảng 80 – 90% ( đối với miền trung ), khoảng 33-36% ( đối với miền nam) Sự đóng góp các nguồn điện tái tạo ở miền trung là lớn nhất, sau đó đến miền Bắc và cuối cùng là miền Nam Điều này chứng tỏ tiềm năng khai tác các nguồn năng lượng tái tạo của miền Trung là lớn nhất

Với chương trình phát triển nguồn điện tái tạo này, đến năm 2015 tổng công suất nhà máy điện tái tạo của nước ta là 2603 MW Trong đó, thủy điện nhỏ chiếm 76,3%; năng lượng sinh học chiếm 12,15%; năng lượng gió chiếm 8,34%; còn lại

là các nguồn năng lượng tái tạo khác

* Giai đoạn 2016 - 2025

Đến năm 2020 tổng công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng điện tái tạo của nước ta là 3859,4 MW Trong đó : thủy điện nhỏ 2684 MW ( 69,54%) ; điện gió 484 MW ( 12,54%); năng lượng sinh học 400,7MW ( 400, 7MW ( 10,38%) ; còn lại là các nguồn năng lượng tái tạo khác

Với tiềm năng năng lượng sóng biển trên các vùng biển Việt Nam cũng như các điều kiện tự nhiên ưu đãi khác, Việt Nam hoàn toàn là một quốc gia có thể lắp đặt và khai thác một cách mạnh mẽ nguồn năng lượng tái tạo này Tuy nhiên, trong quá trình khai thác một số các yếu tố cũng cần phải được lưu ý như sau Việt Nam bao gồm các vùng biển mà thuộc 1 trong 5 ổ bão trên thế giới Thông thường, mùa bão và áp thấp nhiệt đới sẽ kéo dài từ tháng 5 đến tháng 12 và quy luật hoạt động của bão khá phức tạp Theo số liệu thống kê của khoảng 80 năm trở lại đây, hàng năm có khoảng từ 1 – 12 cơn bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào vùng biển và ven

bờ nước ta Vì vậy, trung bình mỗi năm có khoảng 6 cơn bão và 6 cơn áp thấp nhiệt đới, trong đó có khoảng 25 – 30 % số cơn xuất hiện trong khu vực đông nam Biển Đông

Căn cứ vào các số liệu thống kê này, việc đề xuất các hệ thống khai thác năng lượng sóng biển có khả năng chịu đựng được các cơn bão đi qua khu vực khai thác là một trong những yêu cầu quan trọng hàng đầu

Bên cạnh đó, cũng cần phải nhìn nhận thêm rằng mặc dù nguồn năng lượng tái tạo nói chung và nguồn năng lượng sóng biển nói riêng có ý nghĩa rất lớn trong việc tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Tuy nhiên, hiện nay xét về giá cả thì các nguồn năng lượng tái tạo không thể cạnh tranh được với các nguồn năng lượng truyền thống Vì vậy, việc đầu tư để phát triển là thật sự cần thiết ở Việt Nam Để thực hiện được điều này, các cung pháp lý cần phải được

xây dựng đủ hấp dẫn để thu hút các doanh nghiệp, các nhà đầu tư tài chính trong

và ngoài ngoài nước tham gia khai thác các nguồn năng lượng tái tạo nói chung và nguồn năng lượng sóng biển nói riêng và cũng cần phải có một chiến lược phát triển bền vững cho Việt nam về vấn đề năng lượng

Chương 3 NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN 3.1 Giới thiệu

Sóng biển là quá trình thay đổi mặt nước tuần hoàn giữa các vị trí mặt nước cao – đỉnh sóng và mặt nước thấp – bụng sóng

Sóng biển được đặc trưng bởi các yếu tố như sau :

- Chu kỳ sóng, T là thời gian để một đỉnh và một bụng sóng đi qua một điểm cố

- Độ dài sóng, L là chiều dài hai đỉnh hoặc hai bụng sóng kế tiếp

- Độ cao sóng, H là khoảng cách thẳng đứng giữa đỉnh và bụng sóng kế tiếp

- Độ sâu, d là khoảng cách từ đáy biển đến mặt nước trung bình

Dạng sóng biểu thị hình dạng của mặt nước khi có sóng mà sẽ phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khác nhau như: vùng nước sâu, nước nông, vùng gió thổi, Sóng sẽ có dạng khác nhau và tính chất sóng cũng có thể khác nhau như sóng điều hòa và không điều hòa Dạng sóng đơn giản nhất là sóng tuyến tính với phương trình mô tả dạng của mặt nước tự do khi có sóng là một hàm của thời gian, t; khoảng cách, x

3.2 Phân loại sóng biển

Sóng trên biển có thể phân loại theo nguồn gốc, bản chất hiện tượng, độ cao,

độ sâu, tỷ số giữa bước sóng và độ sau, v.v

3.2.1 Phân loại sóng theo nguyên nhân và hiện tƣợng

Sóng gió là sóng chịu ảnh hưởng của gió sinh ra nó Sóng lừng là sóng vượt

ra ngoài vùng tác động của gió, cũng tương tự như vậy có thể xác định các loại sóng theo nguồn gốc sinh ra nó Bảng 3.1 là bảng phân loại sóng theo nguyên nhân và hiện tượng

Bảng 3.1 Phân loại sóng theo nguyên nhân và hiện tượng

3.2.2 Phân loại sóng theo độ cao

Theo độ cao sóng, có thể phân loại sóng theo tỷ số giữa độ cao và độ dài sóng (độ dốc) và độ cao sóng với độ sâu biển

Sóng được gọi là có độ cao vô cùng nhỏ khi độ dốc nhỉ H/L ~ 0 và tỷ số giữa

độ cao sóng và độ sâu biển nhỏ H/d ~ 0

Sóng được gọi là có độ cao hữu hạn khi không thỏa mãn một trong hai điều kiện trên

3.2.3 Phân loại sóng theo vùng sóng lan truyền và phát sinh

Theo tỷ số giữa độ sâu với độ dài của sóng có thể phân ra 3 vùng sóng lan truyền hoặc phát sinh

Bảng 3.2 Phân loại sóng theo vùng sóng truyền và phát sinh

Biến dạng 1/25 – 1/2 1/4 – π Tanh (2πd/L)

Nước nông < 1/25 < 1/4 ~ 2πd/L

3.2.4 Phân loại sóng theo tỷ số giữa độ cao, độ dài và độ sâu

Số Uesel được sử dụng để phân loại sóng theo tỷ số giưa độ cao, đồ dài và độ sâu biển:

Các loại sóng được phân loại nêu trên có thể là :

- Sóng cưỡng bức, sóng tự do;

- Sóng mao dẫn, sóng trọng lực ;

- Sóng ổn định, sóng đang phát triển ;

- Sống tiến, sóng đứng;

- Sóng hai chiều, sóng ba chiều ;

- Sóng đều hoặc sóng không điều

3.3 Năng lƣợng sóng và thông lƣợng năng lƣợng sóng

3.3.1 Năng lƣợng sóng

Năng lượng sóng bao gồm động năng và thế năng

Trong đó :

- Động năng được gây ra bởi tốc độ quỹ đạo của hạt nước trong chuyển động sóng

- Thế năng thể hiện ở độ cao của phần nước phía trên bụng sóng

Theo lý thuyết sóng tuyến tính, thế năng tương ứng với mực nước trung bình khi lặng sóng Các sóng chuyển động theo một hướng thì các thành phần thế năng

và động năng bằng nhau Năng lượng cho mỗi bước sóng ( độ dài sóng) trên một đơn vị bề rộng của đỉnh sóng là :

đáy biển Thông lượng năng lượng trung bình cho một đơn vị đỉnh sóng, truyền qua một mặt phẳng vuông góc với hướng truyền sóng sẽ được biểu diễn như sau :

g

Trong đó :

P : là thông lượng năng lượng sóng, mà còn được gọi là lực sóng

- Tại vùng nước sâu :

Tốc độ của nhóm sóng hay tốc độ truyền năng lượng sóng Cg được xác định bởi :

3.4 Các hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển

Sóng biển tạo ra một nguồn năng lượng rất lớn Từ hơn 100 năm trước, con người đã dùng sóng biển để phát điện Phương pháp tạo ra điện năng từ sóng biển

là dùng máy phát điện đặt nổi trên mặt biển, pít – tông nối liền với phao Hẹ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý lên xuống, biến động lực của sóng biển thành áp suất không khí bị nén Không khí bị nén dưới áp suất cao làm cho tuabin của máy phát điện hoạt động Khi đó, năng lượng của sóng biển được chuyển thành năng lượng điện

Khoa học công nghệ không ngừng phát triển đã tạo tiền đề cho việc sản xuất

ra năng lượng điện từ nguồn năng lượng sóng biển Quá trình này đã có các bước phát triển đột phá trong việc nghiên cứu các hệ thống biến đổi năng lượng góp phần giải quyết được nhu cầu về điện năng hiện nay và trong tương lai Một vài hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thực tế bao gồm :

a Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis

b Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column

c Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda

d Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing

e Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing

f Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon

g Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser

h Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển wave Oyster

3.5 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Pelamis

3.5.1 Cấu tạo của hệ thống biển đổi năng lƣợng sóng biển Pelamis

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis là một hệ thống bao gồm :

- Phao là một thiết bị hình trụ sử dụng vật liệu sắt có đường kính 3,5m và chiều dài 30m

- Các phao được kết nối với nhau thông qua một hệ thống phao bằng khớp nối nơi cho phép biến đổi năng lượng sống biển thành năng lượng điện Thiết bị phao này có đường kính 3,5m và chiều dài 5m

Toàn bộ hệ thống Pelamis này được lắp đặt ngoài khơi tại vị trí có mực nước sâu Với một nữa nổi và một nữa chìm Hệ thống Pelamis được cố định thông qua cáp neo ở đấy biển

Module năng lượng Cấu tạo bên trong

Module năng lượng

Hình 3.2 Module của hệ thống biến đổi năng lượng song biển Pelamis

Hình 3.3 Cấu tạo bên trong của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis thành năng lượng điện

3.5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Pelamis Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis

được mô tả như sau :

Sóng biển tạo ra dao động làm cho các phao chuyển động lên hoặc xuống theo từng cơn sóng Chính sự chuyển động này làm cho các xilanh thủy lực bên

trong module biến đổi năng lượng chuyển động và tạo ra áp lực làm quay tuabin máy phát điện và cuối cùng là tạo ra năng lượng điện

3.5.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Pelamis

Hệ thống này đã được lắp đặt và khai thác tại Bồ Đồ Nha đó là hệ thống

Pelamis đầu tiên trên thế giới là gồm 3 Pelamis có công suất 2,25 MW

Hình 3.4 Hệ thống pelamis đã được lắp đặt và khai thác tại Bồ Đồ Nha

Hình 3.5 Pelamis trên biển Stromeness, Scotland Năm 2007, Scotland đã lắp đặt 4 thiết bị Pelamis, có tổng công suất đạt 3MW

Hình 3.6 Tổng thể hệ thống Pelamis

3.6 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Oscillating Water Column

3.6.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Oscillating Water Column

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column ( OWC ) được xây dựng trên dải đất ven bờ bằng bê tông và có cấu trúc rỗng Hệ thống biến đổi OWC bao gồm :

 Tuabin

 Máy phát điện

 Khối bê tông rỗng

Máy phát không đồng bộ

Turbin

Hình 3.7 Tuabin và máy phát trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

Oscillating Water Column ( OWC )

3.6.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Oscillating Water Column

Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column được mô tả như sau : để thu được năng lượng từ sóng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước

Sóng đánh vào bờ biển, nâng cột nước bên trong trụ bê tông rỗng nằm ngang

áp suất khí bên trong được tạo ra làm quay Turbin máy phát điện tạo ra điện năng Sóng rút xa bờ, cột nước hạ xuống áp suất khí đi qua turbine theo hướng ngược lại làm quay turbin tạo ra điện năng Các turbine này có chiều quay theo cùng một hướng chuyển động của luồng khí

Độ chênh lệch cột nước trong và ngoài Khi sóng biển đánh vào bờ

Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của OWC khi sóng đánh vào bờ

Độ trên lệch cột nước trong và ngoài

Khi nước rút xa bờ

Hình 3.9 Nguyên lý hoạt động của OWC khi sóng rút xa bờ

3.6.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Oscillating Water Column

Hiện nay hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column

đã được lắp đặt tại một số quốc gia như Scotland, Ấn Độ, Australia, Bồ Đào Nha

và Nhật Bản

3.7 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Anaconda

3.7.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Anaconda

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda là hệ thống có hình dạng nhỏ và dài, hai đầu được bịt kín, không có khớp nối và bản lề Hệ thống này được làm bằng cao su nên trọng lượng nhẹ hơn so với các bộ biến đổi năng lượng khác được làm bằng kim loại Cấu trúc bên trong hệ thống Anaconda có gắn tufbin

Dây neo dưới đáy biển

Phần đầu được bịt kín

Hình 3.10 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda

Hình 3.11 Tuabin của của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda

3.7.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Anaconda

Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda được mô tả như sau :

Sóng đập vào một đầu của Anaconda tạo ra một áp lực hình thành nên sóng phình bên trong Anaconda Đợt sóng tạo ra sóng phìn sẽ chạy dọc phần ngoài của Anaconda với cùng một tốc độ sóng phình bên trong Anaconda, vì vậy áp lực trên Anaconda ngày càng tăng làm quay turbin tạo ra điện năng

Sóng phình bên trong ống

Hình 3.12 Sóng phình chạy dọc trên hệ thống Anaconda

3.7.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Anaconda

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda được phát minh tại Anh, Anaconda mới chỉ ở giai đoạn phát triển ban đầu Khái niệm này chỉ được chứng minh trong quy mô phòng thí nghiệm

3.8 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing

3.8.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing là một

hệ thống có hình dạng một chiếc phao tròn có đường kinh 1,52 m và chiều cao 1,52m và đường kính 6 m được làm bằng vật liệu sắt Phía trên phao có gắn các tấm pin mặt trời, turbin gió, nhằm tạo ra nguồn điện cung cấp cho các thiết bị chẩn đoán gắn trong hệ thống

1.52m 1.52m

Tấm pin năng lượng măt trờiTurbin gió

Hình 3.13 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing

3.8.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing

Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing được mô tả như sau :

Sóng biển tạo dao động, phao chuyển động trồi lên, lặn xuống theo từng đợt sóng làm hệ thống xilanh bên trong phao chuyển động tạo ra áp lực quay tuabin máy phát điện tạo ra điện năng

3.8.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing

Năm 2006, dự án 800 kw ở Makar Bay đã được triển khai, Wahington đã thực hiện với giá thành 3 triệu đô la dự án này để cung cấp điện cho 150 hộ gia đình

3.9 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing 3.9.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing là một hệ thống bao gồm :

Một xi lanh dài 35 m và rộng 10 m Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing giống như những quả ngư lôi

3.9.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing

Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing được mô tả như sau :

Sóng tạo dao động, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước, Phần trên hệ thống bị đẩy xuống dưới Giữa hai đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất giảm theo làm nổi lên phần trên của hệ thống Chuyển động của xilanh tạo ra

áp lực làm quay tuabin máy phát điện tạo ra điện năng

3.9.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing

Năm 2008, công ty AWS Ocean Eneny của Scotland đã thành công khi phát minh ra hệ thống phao chìm AWS dưới đáy biển không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu trên mặt biển

3.10 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave Dragon

3.10.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave Dragon

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon được thiết kế là một chiếc sà lan lớn nổi trên mặt biển, có hình dáng như 2 cánh tay dang rộng

Hình 3.15 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon

3.10.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave Dragon

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon hoạt động bằng cách duỗi thẳng cánh tay thu về phía con sóng đang tới Sóng tràn qua thiết bị nâng cao sóng biển vào một bể chứa ngoài trên mực nước biển, tại bể chứa này nước chảy qua các tuabin và làm quay các tuabin để phát điện năng

Hình 3.16 các tuabin trên hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon

3.10.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave Dragon

Tại Nissum Bredning, ngoài khơi bờ biển của Đan Mạch hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon đã được triển khai

3.11 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wawe Searaser

3.11.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wawe Searaser

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Searaser là một hệ thống bao gồm : 2 phao, một trên bề mặt nước, một dưới nước và một pít- tông thẳng đứng giữa hai phao

Phao nổi trên mặt nước biển

Phao dưới mặt nước biển Piston chuyển động thẳng

Hình 3.17 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wawe Searaser

3.11.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wawe Searaser

Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wawe Searaser được mô tả như sau :

Sóng biển tạo dao động và hệ thống phao chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng của pít – tông, tạo áp suất cao để bơm nước biển lên đường ống vào một bể chứa trên bờ Nước trên bể chứa được xả qua đường ống với áp lực cao làm quay tuabin máy phát điện tạo ra điện năng

Điện được tạo ra

Hình 3.18 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

Wawe Searaser

3.11.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wawe Searaser

Tại Anh, hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser được bố trí tại hơn 200 điểm trên bờ để cung cấp điện năng tiêu thụ cho các hộ gia đình

3.12 Hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wawe Searaser

3.12.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave oyster

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Oyster là một tấm chắn sóng lớn đặt dưới biển ở độ sâu từ 10 – 16m gắn với một pít-tông

Tấm chắn sóng

piston

Hình 3.19 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Oyster

3.12.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave Oyster

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Oyster được mô tả hoạt động như sau :

Một tấm chắn sóng lớn được cố định dưới đáy đại dương ở độ sâu khoảng 10

m Khi tấm chắn sóng dao động theo sóng biển, pít – tông thủy lực chuyển động đẩy mạnh luồng nước cao áp về phía bờ biển làm vận hành một tuabin tạo ra điện năng

3.12.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lƣợng sóng biển Wave oyster

Tại Scotland, hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave oyster đã được triển khai và ứng dụng phát điện, đạt công suất 60 GW

Chương 4 MÁY PHÁT ĐIỆN NAM CHÂM VĨNH CŨU

CỦA HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG

SÓNG BIỂN ARCHIMEDES WAVE SWING

( AWS ) 4.1 Giới thiệu

Hiện nay, các máy phát điện tuyến tính được sử dụng phổ biến cho các hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Do năng lượng sóng được xem là đầy đủ và

có khả năng tái tạo, vì vậy có rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong lĩnh vực nghiên cứu cho các hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Trong số rất nhiều các nghiên cứu thì loại tuabin và loại phao là các dạng nổi bật được sử dụng trong việc biến đổi năng lượng sóng biển, Archimedes Wave Swing (AWS) cũng

là một trong các nghiên cứu cho các hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển (WEC) mà sẽ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện Trong tất

cả các loại WEC, AWS được coi là bộ biến đổi có nhiều ưu điểm hơn các bộ biến đổi khác đang tồn tại Thông thường, AWS được ngập hoàn toàn trong nước biển

mà làm cho nó có nhiều ưu điểm hơn cho việc di chuyển và đi lại của tàu thuyền

mà không có bất cứ trở ngại nào Nó cũng được xem là chiếm ít không gian để sản xuất năng lượng điện hiệu suất cao

Hình 4.1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS