Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

Hai hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS và WD có thể được xem là phù hợp với các điều kiện tự nhiên của các vùng biển Việt Nam.. Các hệ thống này có thể được sử dụng để khai thác

BÙI ĐĂNG LINH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH NĂNG

BÙI ĐĂNG LINH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH NĂNG

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Huỳnh Châu Duy

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ

TP HCM ngày 22 tháng 01 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

1.TS Nguyễn Thanh Phương - Chủ tịch hội đồng

2 PGS.TS Trần Thu Hà - Ủy viên

3.TS Đinh Hoàng Bách - Phản biện 1

4.TS Nguyễn Viễn Quốc - Phản biện 2

5.TS Võ Hoàng Duy - Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI ĐĂNG LINH Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1976 Nơi sinh: Long An

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN

THÀNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tổng quan các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển

 Nghiên cứu, phân tích và đánh giá các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển

 Nghiên cứu và phân tích kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

 Nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:21- 06 - 2012

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM :29 – 12 - 2012

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH CHÂU DUY

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 201

BẢN CAM ĐOAN

Họ và tên học viên:Bùi Đăng Linh

Ngày sinh:12 / 01/1976 Nơi sinh: Long An

Trúng tuyển đầu vào năm:2011

Là tác giả luận văn:Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành

năng lượng điện

Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành:605202202

Bảo vệ ngày: 22 Tháng 01 năm 2013

Điểm bảo vệ luận văn:8,88

Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội

đồng

đánh giá luận văn Thạc sĩ Các nội dung đã chỉnh sửa:

Chuyển nội dung chương 6 lên sau chương 1 Chuyển tài liệu tham khảo về cuối quyển luận văn

Người cam đoan Cán bộ Hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết

quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện luận văn

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, xin chân thành cảm ơn sự quan tâm hỗ trợ, tạo điều kiện và hết lòng

động viên về tinh thần lẫn vật chất của các thành viên trong gia đình trong suốt thời

gian qua

Đồng Thời cảm ơn Thầy Huỳnh Châu Duy đã hướng dẫn, quan tâm và tạo

thuận lợi cho bản thân học viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp này

Bên cạnh đó, xin chuyển lời cảm ơn đến: Thầy Trần Văn Hai, Hiệu Trưởng của

trường, nơi học viên đang công tác đã tạo điều kiện về thời gian, hỗ trợ học phí cũng

như các điều kiện thuận lợi khác để học viên hoàn thành chương trình cao học này

Ngoài ra học viên cũng xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những Thầy Cô đã trực

tiếp giảng dạy trong suốt khóa học, những đồng nghiệp đã chia sẽ khó khăn, những

người bạn đã quan tâm, động viên và luôn giữ mối liên lạc tốt trong quá trình học tập

và rèn luyện vừa qua

Học viên thực hiện luận văn

TÓM TẮT

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 Luận văn đề cập đến việc nghiên cứu các hệ thống biến đổi năng lượng sóng thành điện năng Việc tạo ra năng lượng điện từ sóng biển đã có những buớc phát triển đột phá trong việc nghiên cứu các hệ thống biến đổi năng lượng

Học viên đã nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các hệ thống biến đổi như: hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis, hệ thống Oscillating Water Column, hệ thống Anaconda, hệ thống nổi Aschimedes Wave Swing, hệ thống chìm Aschimedes Wave Swing, hệ thống Wave Dragon, hệ thống Wave Searaser, hệ thống Wave Oyster

Trên cơ sở nghiên cứu học viên đã chọn hệ thống biến đổi chìm Aschimedes Wave Swing và hệ thống Wave Dragon cho việc nghiên cứu sản xuất năng lượng điện bằng năng lượng sóng biển Hai hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS

và WD có thể được xem là phù hợp với các điều kiện tự nhiên của các vùng biển Việt Nam Các hệ thống này có thể được sử dụng để khai thác và biến đổi nguồn năng lượng tái tạo sóng biển thành năng lượng điện, nhằm phục vụ cho nhu cầu phụ tải điện ngày càng phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và cũng để giảm bớt các gánh nặng cho các nguồn điện truyền thống

ABSTRACT

Renewable energy in general and sea wave energy in particular has critical significance in resource saving, environmental protection and sustainable development Thesis refers to the study of the systems converting wave energy into electricity The electrical energy Creating from ocean waves has a breakthrough development in the study of energy conversion systems

Student studied and learnt principles of operation of the modified systems as: Pelamis, Oscillating Water Column, Anaconda, Floating Aschimedes Wave Swing sinking Aschimedes Wave Swing, Wave Dragon, Wave Searaser and Oyster Wave

On the basis of the study, student selected sinking Aschimedes Wave Swing and Wave Dragon The AWS and WD are approriated with the natural conditions of Vietnam’s sea areas These systems can be used to exploit and transform renewable energy waves into electrical energy, not only that responds to strong needs of electrical load in Vietnam , but also reduces the burden of traditional power sources

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Abstract iv

Chương 1: Giới thiệu 1.1 Giới thiệu 1

1.1.1 Tác động đến thế giới động vật 3

1.1.2 Tác động đến hệ sinh thái dưới nước 3

1.1.3 Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường 4

1.1.4 Tác động của khí hậu 4

1.1.5 Tác động của xã hội 4

1.2 Mục tiêu của luận văn 7

1.3 Cấu trúc của luận văn 8

1.4 Kết luận 8

Chương 2 : Nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam 2.1 Nghiên cứu năng lượng sóng tại việt nam 11

2.2 Quy hoạch phát triển các nguồn năng lượng điện tại Việt Nam 16

2.3 Khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam 18

2.4 Kết luận 19

Chương 3: Tổng quan về hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện 3.1 Nghiên khai thác năng lượng sóng biển trên thế giới 20

3.2 Các hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển đã được nghiên cứu trên thế giới 25

3.3 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 26

3.3.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 26

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng

biển Pelamis 27

3.3.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 27

3.4 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column 29

3.4.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating

Water Column 29

3.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng

sóng biển Oscillating Water Column 30

3.4.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating

Water Column 31

3.5 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32

3.5.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32 3.5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng

sóng biển Anaconda 32

3.5.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

Anaconda 33 3.6 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave

Swing 34

3.6.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi

Aschimedes Wave Swing 34

3.6.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng

biển nổi Aschimedes Wave Swing 35

3.6.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng

biển nổi Aschimedes Wave Swing 35 3.7 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave

Swing 35

3.7.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm

Aschimedes Wave Swing 35

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

chìm Aschimedes Wave Swing 36

3.7.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm

Aschimedes Wave Swing 36

3.8 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 36

3.8.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

3.9 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38

3.9.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

3.10 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave oyster 39

3.10.1 Cấu tạo Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

4.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS 41

4.2 Mô hình toán học cho sự chuyển động của hệ thống AWS 43

4.2.1 Trong điều kiện sóng dao động bình thường 43

4.2.2 Trong điều kiện sóng dao động bất thường 43

4.3 Máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính trong hệ thống AWS 43

4.3.1 Cấu tạo 43

4.3.2 Nguyên lý hoạt động của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến tính 44

4.3.3 Mô hình toán của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính vận hành độc lập 45

4.3.4 Mô hình toán của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến kết nối lưới điện trong khung tham chiếu a, b, c 47

a Khảo sát khi sóng biển nhô cao 47

b Khảo sát khi sóng biển hụp xuống 50

4.3.5 Mô hình toán của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến tính trong hệ tọa độ d, q 51

a Khảo sát khi sóng biển nhô cao 53

b Khảo sát khi sóng biển hụp xuống 54

4.4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống AWS 55

4.4.1 Mật độ dao động của sóng biển 55

4.4.2 Chiều dài của sóng biển 56

4.4.3 Đường kính phao 56

4.4.4 Độ cao của sóng biển 57

4.5 Đánh giá khả năng triển khai hệ thống AWS 57

4.6 Kết luận 58

Chương 5 : Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 5.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 59

5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 68

5.3 Mô hình toán học của hệ thống Wave Dragon 71

5.4 Mô hình toán mô tả máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) trong hệ thống Wave Dragon 72

5.5 Kết luận 74

Chương 6 : Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 6.1 Điều khiển công suất tác dụng 75

6.2 Điều khiển công suất phản kháng 76

6.3 Các kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng 76

6.3.1 Các hệ trục tọa độ 76

a Hệ trục tọa độ theo định hướng từ thông rotor (RRF) 76

b Hệ trục tọa độ theo định hướng điện áp stator (SVRF) 76

c Hệ tục tọa độ định hướng từ thông stator (SFRF) 77

d Hệ trục tọa độ chuẩn hệ thống (SRF) 77

6.3.2 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới 77

6.4 Điều khiển nghịch lưu theo định hướng vector điện áp 79

6.5 Mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện WD 80

6.5.1 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) 82

6.5.2 Bộ chỉnh lưu 83

6.5.3 Bộ nghịch lưu 85

6.5.4 Bộ chuyển đổi hệ trục tọa độ abc thành hệ trục tọa độ dq 87

6.5.5 Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng 88

6.5.6 Bộ phát tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu 89

6.6 Kết quả mô phỏng 89

6.6.1 Trường hợp 1 89

6.6.2 Trường hợp 2 91

6.6.3 Trường hợp 3 92

6.6.4 Trường hợp 4 93

6.6.5 Trường hợp 5 95

6.7 Kết luận 96

Chương 7 :Kết luận và hướng phát triển tương lai

7.1 Kết luận 97 7.2 Hướng phát triển tương lai 98 Tài liệu tham khảo 99

Danh mục các từ viết tắt

AWS: Aschimedes Wave Swing

ASEAN: Association of Southeast Asian Nations

EPRI: Electric Power Research Institure

IEA: International Energy Association

DPC: Direct Power Control

SVRF: Stator Voltage Oriented Reference FrameVFOC: Voltage Flux Oriented Control

Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Kết quả tính dòng năng lượng sóng (kW/m) tại một số

trạm ven biển Việt Nam 13 Bảng 2.2 Công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng điện tái tạo tại

các miền trong toàn quốc vào giai đoạn 2008 – 2015 17 Bảng 5.1 Thông số chính của một số hệ thống Wave Dragon tương ứng với các điều kiện sóng khác nhau 63

Danh mục các hình

Hình 1.1 Bờ biển Việt Nam 6

Hình 2.1 Vùng biển Việt Nam 10

Hình 2.2 Sơ đồ các điểm tính dòng năng lượng sóng và phân vùng tiềm năng năng lượng sóng biển dải ven biển Việt Nam 14

Hình 3.1 Bản đồ trung bình năm của độ cao sóng cho khu vực vùng biển liên hiệp Anh 23

Hình 3.2 Bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu vực vùng biển Liên hiệp Anh 24

Hình 3.3 Phao của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 26

Hình 3.4 Module của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 26 Hình 3.5 Cấu tạo bên trong của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis thành năng lượng điện 27

Hình 3.6 Hệ thống Pelamis đã được lắp đặt và khai thác tại Bồ Đồ Nha 27 Hình 3.7 Pelamis trên biển stromeness Scotland 28

Hình 3.8 Tổng thể hệ thống Pelamis 28

Hình 3.9 Turbin và máy phát trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column 29

Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động của OWC khi sóng đánh vào bờ 30

Hình 3.11 Nguyên lý hoạt động của OWC khi sóng rút xa bờ 31

Hình 3.12 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32

Hình 3.13 Tuabin hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32

Hình 3.14 Sóng phình chạy dọc trên hệ thống Anaconda 33

Hình 3.15 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave Swing 34

Hình 3.16 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm AWS 35

Hình 3.17 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 36 Hình 3.18 Các turbin trên hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave

Dragon 37

Hình 3.19 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38

Hình 3.20 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38

Hình 3.21 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave oyster 39

Hình 4.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS 42

Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của AWS 42

Hình 4.3 Cấu tạo máy phát tuyến tính 44

Hình 4.4 Các thành phần của hệ thống AWS 44

Hình 4.5 Sơ đồ thay thế máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính 45

Hình 4.6 Trạng thái AWS khi sóng biển nhô cao 47

Hình 4.7 Trạng thái AWS khi song biển hụp xuống 50

Hình 4.8 Hệ tọa độ a, b, c và d, q 51

Hình 4.9 Biểu đồ công suất tỉ lệ với độ cao sóng biển 57

Hình 5.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 60

Hình 5.2 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon đang được xây dựng và khai thác tại Nissum Bredning,Đan Mạch 60

Hình 5.3 Vùng biển Nissum Bredning, Đan Mạch 61

Hình 5.4 Các bộ phận cơ bản của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 62

Hình 5.5 Hệ thống WD với các kích thước tương ứng trong điều kiện sóng biển 24kW/m 63

Hình 5.6 Đoạn đường dốc thực tế của hệ thống Wave Dragon 65

Hình 5.7 Hệ thống neo của hệ thống Wave Dragon 65

Hình 5.8 Hệ thống neo của một tập hợp các hệ thống Wave Dragon 66

Hình 5.9 Hệ thống tuabin của hệ thống Wave Dragon 67

Hình 5.10 Tuabin của hệ thống Wave Dragon 67

Hình 5.11 Mô tả hoạt động của hệ thống Wave Dragon

với mặt cắt ngang 68

Hình 5.12 Mô tả hoạt động của hệ thống Wave Dragon với mặt bằng 68

Hình 5.13 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Wave Dragon 69

Hình 5.14 Quá trình sản xuất năng lượng điện của hệ thống Wave Dragon 69

Hình 5.15 Hệ trục tọa độ d-q cho máy phát PMSG 73

Hình 6.1 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu phía lưới 78

Hình 6.2 Sơ đồ khối kết nối bộ nghịch lưu 79

Hình 6.3 Sơ đồ điều khiển nghịch lưu PWM theo VOC 79

Hình 6.4 Sơ đồ điều khiển P và Q của hệ thống biến đổi Wave Dragon 80 Hình 6.5 Sơ đồ mô phỏng với phần mềm Matlab/Simulink 81

Hình 6.6 Khối máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 82

Hình 6.7 Hộp thoại khai báo thông số cho máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 83

Hình 6.8 Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu 83

Hình 6.9 Cầu chỉnh lưu diode 84

Hình 6.10 Hộp thoại khai báo các thông số cho bộ chỉnh lưu 84

Hình 6.11 Sơ đồ khối bộ nghịch lưu 85

Hình 6.12 Sơ đồ mô phỏng bộ nghịch lưu 85

Hình 6.13 Sơ đồ kết nối bộ nghịch lưu với lưới điện 86

Hình 6.14 Sơ đồ khối biến đổi điện áp từ hệ trục tọa độ abc thành hệ trục tọa độ dq 87

Hình 6.15 Sơ đồ khối mô phỏng tính toán công suất phát lên lưới 88

Hình 6.16 Sơ đồ khối điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của PMSG của hệ thống Wave Dragon 88

Hình 6.17 Sơ đồ tạo tín hiệu xung kích điều khiển bộ nghịch lưu 89

Hình 6.18 Sơ đồ bộ điều chế độ rộng xung PWM 89

Hình 6.19 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 1 90 Hình 6.20 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 1 90 Hình 6.21 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 2 91 Hình 6.22 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 2 91 Hình 6.23 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 3 92 Hình 6.24 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 3 92 Hình 6.25 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 4 93 Hình 6.26 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 4 94 Hình 6.27 Dòng điện của PMSG phát lên lưới của trường hợp 4 94 Hình 6.28 Tốc độ rotor của PMSG trong trường hợp 5 95 Hình 6.29 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 5 95 Hình 6.30 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 5 96

Chương 1

GIỚI THIỆU

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 lượng 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 triển bền vững [1.1]

1.1 Giới thiệu

Nhu cầu về điện năng trên thế giới đang gia tăng một cách mạnh mẽ cùng với sự phát triển của các nền kinh tế và sự tăng dân số trên phạm vi toàn cầu Nhưng sự bùng nổ về nhu cầu điện này lại diễn ra đúng vào lúc nguồn năng lượng

từ dầu và khí – vốn hiện tại cung cấp một nửa năng lượng cho toàn thế giới – lâm vào tình thế rất khó khăn

Các số liệu cho thấy vào năm 2050, dân số thế giới sẽ tăng 50% với 9 tỷ người Với mức độ tăng dân số hiện nay, trong vòng 20 năm tới sẽ có khoảng 36.000 chiếc máy bay, gần 2 tỷ xe hơi được sử dụng – gấp đôi con số hiện tại Như vậy, theo nhận định của tổ chức năng lượng quốc tế (IEA – International Energy Association), trong vòng 20 năm tới, nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ sẽ tăng khoảng 35%

và nhu cầu năng lượng về tổng thể sẽ tăng tới 65% (tính cả dầu, khí, than đá, năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo…)

IEA cũng đánh giá dầu mỏ tiếp tục sẽ là nguồn cung cấp năng lượng chính trong thế kỷ này với khoảng 1/3 tổng năng lượng cần thiết cho thế giới Tuy nhiên,

theo ước tính của các nhà địa chất học thì lượng dầu mỏ chỉ đủ cung cấp cho thế giới trong 60 năm tới Lượng khí thiên nhiên chỉ đủ cho 70 đến 90 năm tới Với sự tăng vọt về nhu cầu dầu mỏ, nhất là tại các nước đang phát triển và đông dân cư như Trung Quốc và Ấn Độ, hậu quả tất yếu là giá dầu và khí đều tăng mạnh

Về mặt chính trị, tình hình cũng báo hiệu là sẽ không hề ổn định hơn bởi hơn

70% nguồn tài nguyên dầu mỏ và 66% lượng khí thiên nhiên đều tập trung ở những khu vực ít nhiều bất ổn nhất thế giới: Trung Đông, Nga và Trung Á

Về than đá, trong 6 năm qua ( tính tới năm 2008), lượng tiêu thụ than trên thế giới cũng đã tăng lên 30% gấp đôi so với bất kì năng lượng nào khác Giá than cũng tăng mạnh Chỉ tính trong vòng 5 tháng từ 10/2007 tới 3/2008 giá than thế giới cũng tăng ít nhất cũng 50%

Như vậy, có thể nhận định rằng trong tương lai 20 năm tới đây, giá của các nguồn nguyên nhiên liệu cung cấp cho nhu cầu năng lượng thế giới sẽ tăng mạnh, nhất là dầu mỏ rồi đến khí và than Cùng với sự cạn kiệt nguồn dầu mỏ, khí thiên nhiên trong tương lai rất gần, một kịch bản đã được vạch ra cho tương lai năng

lượng của thế giới là sự thiếu hụt trầm trọng điện năng cho nhu cầu sử dụng [1.2]

Chính vì sự cạn kiệt và khan hiếm nhiên liệu cho nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế đang trở thành mục tiêu và giải pháp chung của nhiều

quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam Với những ưu điểm như giá thành

thấp, không gây hại cho môi trường, các nguồn năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, đặc biệt là sản xuất điện từ năng lượng sóng biển được xem là một nguồn năng lượng thay thế hữu ích, đang được nhiều nước chú trọng

Nghiên cứu giải quyết an ninh năng lượng là vấn đề cấp bách ở nước ta hiện nay Vì đối với nhà máy thủy điện có những tác động nhất định đến môi trường xung quanh Chẳng hạn:

1.1.1 Tác động đến thế giới động vật

Hồ chứa nước của các công trình thủy điện chiếm một diện tích rất đáng kể đất ngập nước, đã làm mất đi hệ quần thể thực vật, vốn là thức ăn nuôi sống động vật Hậu quả là nhiều loại động vật cũng bị tiêu diệt hoặc phải di cư đến nơi khác sinh sống Vì vậy, khi thiết kế xây dựng hồ chứa nước bắt buộc phải có các tính toán về thiệt hại đối với thế giới động vật, tính toán thiệt hại về kinh tế Và phải tính đến các biện pháp hoàn bù đất, cải tạo, tăng độ phì nhiêu của đất, cải thiện điều kiện cho thực vật phát triển và áp dụng các biện pháp công nghệ sinh học khác để cải tạo đất

1.1.2 Tác động đến hệ sinh thái dưới nước

Tác động của các hồ chứa nước và hoạt động của nhà máy thủy điện sẽ làm thay đổi hệ sinh thái dưới nước ở khu vực có công trình thủy điện Hệ sinh thái sông

sẽ phải nhường vị trí cho hệ sinh thái hồ tại khu vực hồ chứa nước

Trong các dự án hiện nay về hồ chứa nước, người ta đều tiến hành dự báo chất lượng nước, trong đó phải tính đến các đặc điểm thoát nước tự nhiên, ảnh hưởng của các nguồn gây ô nhiễm môi trường, các quá trình lưu chuyển nước trong vùng Kết quả dự báo chất lượng được trình bày dưới dạng các chỉ tiêu thủy hóa và thủy sinh học Việc đánh giá chất lượng nước được thực hiện bằng cách so sánh kết quả dự báo với nồng độ giới hạn cho phép các thành phần khác nhau, quy định trong các tài liệu tiêu chuẩn – quy phạm

1.1.3 Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường

Xây dựng công trình thủy điện sẽ hạn chế các luồng di cư, bán di cư của các loài cá, làm thay đổi điều kiện sinh sản, có nguy cơ làm kiệt quệ nguồn thức ăn của

cá tại các công trình lấy nước tại nhà máy thủy điện Kết quả là nguồn thủy sản bị giảm, đặc biệt là các loại cá quý hiếm, trong một số trường hợp còn bị tuyệt chủng

Để ngăn ngừa các hậu quả tiêu cực này, trong các dự án thủy điện hiện nay, người

ta cho áp dụng các biện pháp đặc biệt, trong đó có biện pháp xây dựng công trình bảo vệ cá, cho cá qua lại và tạo lập cơ sở thức ăn cho cá

1.1.4 Tác động của khí hậu

Các hồ chứa nước lớn sẽ tác động đến vi khí hậu các vùng lân cận, có thể giảm nhiệt độ cực trị của khí quyển Nhiệt độ cao nhất về mùa hè có thể giảm xuống 2-3oC, mùa đông tăng lên 1-20C, độ ẩm không khí cũng có thể thay đổi

1.1.5 Tác động của xã hội

Tác động của công trình thủy điện đến tình hình xã hội ở khu vực xây dựng công trình, trước hết là phải di dời dân ra khỏi khu vực công trình và vùng sẽ bị ngập nước Tác động tiêu cực thứ hai là sự thay đổi điều kiện khí hậu, sinh thái sẽ gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và hoạt động trong đời sống của nhân dân Ngoài ra,

có thể có những thay đổi điều kiện tác động của công trình thủy điện đến môi trường thiên nhiên

Quá trình di dời, tái định cư cho người dân từng sống ở khu vực công trình thủy điện là vấn đề phức tạp nhất Để di dời dân, cần phải xây dựng các điểm tái định cư thuận tiện cho sinh hoạt, phải xây dựng các công trình kỹ thuật, tạo thành tổ hợp các công trình văn hoá – xã hội Ngoài ra, các dự án công trình thủy điện phải được xem xét phù hợp với quy định của luật pháp hiện hành về đền bù giá trị công trình

Trong các dự án công trình thủy điện hiện đại, người ta xem xét toàn bộ các biện pháp có liên quan với nhau và được trình bày trong một phần đặc biệt gọi là

“Chương trình xã hội xây dựng” Mục tiêu của chương trình này là nhằm giảm nhẹ căng thẳng về xã hội, giảm tác động tiêu cực của công trình đến đời sống xã hội, cải thiện điều kiện sống cho người dân địa phương

Yêu cầu là phải tuân thủ quy định của Luật Bảo vệ môi trường sẽ làm tăng chi phí chuẩn bị khu vực xây dựng hồ chứa nước Khoản chi phí này thông thường chiếm từ 20% đến 50% tổng chi phí cụm công trình thủy điện, trong một số công trình đặc biệt, khoản chi phí này có thể chiếm tới 70% tổng chi phí

Liên quan đến yêu cầu về bảo vệ môi trường trong khai thác công trình thủy điện, gần đây xuất hiện khái niệm “An toàn sinh thái” An toàn sinh thái là trạng thái bảo vệ lợi ích sinh thái quan trọng đối với đời sống con người, trước hết là tạo

ra trạng thái sạch, đảm bảo thuận lợi cho sức khoẻ con người và môi trường thiên nhiên Nếu xem xét theo các tiêu chí này, thì nhà máy thủy điện và hồ chứa nước không thải ra chất độc hại, gây ô nhiễm không khí, một số chất thải do nhà máy thủy điện xả ra nằm trong phạm vi cho phép của quy định hiện hành Đây chính là những điều kiện để nhà máy thủy điện vẫn tiếp tục phát triển trên phạm vi toàn thế giới [1.3]

Việc nghiên cứu phát triển điện hạt nhân cần phải cân nhắc kỹ lưỡng Về khía cạnh kinh tế, so với kinh phí đầu tư cho một nhà máy thủy điện như Sơn La (với công suất 2400 MW, chi phí khoảng 2,5 tỉ đô la) thì giá thành một kWh điện của nhà máy điện hạt nhân này đã là không kinh tế Điều này là chưa nói đến yếu tố tác hại đối với môi trường sinh sống của con người, lời giải cho bài toán xử lý chất thải và nếu có biến cố, tai nạn xảy ra thì hậu quả không thể lường hết được

Dư luận vẫn chưa quên sự cố tan chảy do mất chất tải nhiệt đã từng xảy ra ở các lò năng lượng, mà điển hình nhất là ở hai nhà máy Three Mile Island (Mỹ) và Chernobyl (Liên Xô), nhất là vụ nổ lò hạt nhân tại Chernobyl năm 1986 làm hàng chục người chết, hàng trăm ngàn người bị nhiễm phóng xạ, nhiều triệu cây số vuông tại Ukraine, Belarus, Nga, Ba Lan, Phần Lan, Thụy Điển, Na Uy bị nhiễm

xạ

Gần đây nhất sự cố hạt nhân Fukushima đang tập trung sự quan tâm của toàn thế giới bởi nó xảy ra tại một nước có trình độ hạt nhân tiên tiến Sự cố này đã khiến cho thế giới có cái nhìn thận trọng hơn với năng lượng hạt nhân, nhất là tại những nước đang có ý định xây dựng nhà máy điện hạt nhân Có thể nói sự cố hạt nhân Fukushima đã đưa chính sách hạt nhân toàn cầu đi vào giai đoạn “ngủ đông” vì bất

cứ sự cố hạt nhân nào giờ đây cũng sẽ ảnh hưởng đến toàn thế giới

Dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân đang và đã triển khai thực hiện Nhưng hiện tượng động đất ở vùng Biển Đông và khu vực các tỉnh phía nam Việt

Nam, với cường độ ghi nhận đến 5,5 - 6,0 độ Richter vẫn có thể xảy ra Các nước

trên thế giới chỉ phát triển điện hạt nhân khi họ không thể tìm được nguồn năng

Nước ta cũng có nhiều hải đảo Quanh đảo là biển, vì vậy năng lượng của sóng biển ở ven bờ biển nước ta là rất lớn Do đó việc chuyển hóa năng lượng của

sóng thành năng lượng điện vừa khai thác được tiềm năng, vừa góp phần giải quyết

được nhu cầu về năng lượng điện hiện nay và tương lai

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, mức độ ảnh hưởng đến cảnh

quan môi trường không cao

Hoặc nói một cách đơn giản: trong số các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sóng biển chưa được tận dụng nhiều, mặc dù người ta đều biết hiệu suất chuyển hóa thành điện của nguồn năng lượng này là cao nhất Năng lượng điện từ sóng biển đã được thử nghiệm nhiều năm qua nhưng vẫn chưa đạt được thành công

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 thành năng lượng điện nhờ

các bộ chuyển đổi năng lượng

Năm 1799, Girardson, France người đầu tiên được cấp bằng phát minh về việc khám phá năng lượng sóng Thập niên 1960, Masuda, Japan đã thiết kế chế tạo

và bán thiết bị hoạt động về năng lượng sóng đầu tiên là một chiếc phao nhẹ trôi trên biển tự nạp điện Sau năm 1973, khi cuộc khủng hoảng dầu hỏa đẩy tới việc khám phá về tất cả những hình thức khả thi của năng lượng Trong đó, có nguồn năng lượng sóng biển [1.5]

1.2 Mục tiêu của luận văn

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

- 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 như:

+ Bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing (AWS)

+ Bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon

- Nghiên cứu và phân tích kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

- Mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phần mềm Simulink/Matlab

- Nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam

1.3 Cấu trúc của luận văn

 Chương 1: Giới thiệu

 Chương 2: Tổng quan về hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

 Chương 3: Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing

 Chương 4: Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon

 Chương 5: Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon

 Chương 6: Nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam

 Chương 7: Kết luận và hướng phát triển tương lai

1.4 Kết luận

Khai thác năng lượng tái tạo ở nước ta mới chỉ phát triển ở một số lĩnh vực

và nguồn trọng tâm với quy mô, số lượng nhỏ, chưa tương xứng với tiềm năng Tỷ

lệ các nguồn điện tái tạo trong tổng nguồn điện còn thấp

Vì vậy, để việc khai thác mạnh mẽ hơn, có hiệu quả hơn các nguồn năng lượng tái tạo này cần thiết phải có đột phá trong nghiên cứu khoa học đặt biệt là nghiên cứu các thiết bị biến đổi năng lượng sóng thành điện năng

Chương 2

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG KHAI THÁC NĂNG

LƯỢNG 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 mà không phải quốc gia nào cũng 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

Hình 2.1 Vùng biển Việt Nam Vùng biển nước ta có khoảng 3000 đảo lớn nhỏ và hai 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 biển 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

2.1 Nghiên cứu năng lượng sóng biển tại 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 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 rất nhiều 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 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 Bảng 2.1 đưa ra kết quả tính dòng năng lương sóng cho một số điểm đặc trưng trên dải ven biển Việt Nam

Bảng 2.1 Kết quả tính dòng năng lượng sóng (kW/m) tại một số trạm ven biển Việt Nam [2.1]

Các kết quả tính toán cho thấy tiềm năng năng lượng sóng dọc dải 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 2.2 Sơ đồ các điểm tính dòng năng lượng sóng và phân vùng tiềm năng năng

lượng sóng 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 Vịnh Bắc Bộ nên năng lượng sóng chiếm ưu thế vào các tháng 6-7-8 với giá trị từ 16 kW/m trờ 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 – Quảng 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 Quảng 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 tây nam thì gió thường thổi từ trong bờ ra Tuy nhiên, vào mùa đông, dòng năng lượng sóng tại vùng biển này lại khá mạnh Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 10 kW/m

- Vùng 4: Từ Quảng 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 30 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

đây 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 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

2.2 Quy hoạch phát triển các nguồn năng lượng điện tại Việt Nam

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 [2.2]

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 MW; 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

Bảng 2.2 Công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng điện tái tạo tại các miền trong toàn quốc vào giai đoạn 2008 – 2015

* 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 2684MW (69,54%); điện gió 484MW (12,54%); năng lượng sinh học 400,7MW (10,38%); còn lại là các nguồn năng lượng tái tạo khác

2.3 Khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam

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

Hai hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS và WD mà đã được giới thiệu và phân tích trong các chương 3 và 4 có thể được xem là phù hợp với các điều kiện tự nhiên của các vùng biển Việt Nam Các hệ thống này có thể được sử dụng

để khai thác và biến đổi nguồn năng lượng tái tạo sóng biển thành năng lượng điện nhằm phục vụ cho nhu cầu phụ tải điện ngày càng phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam

và cũng để giảm bớt các gánh nặng cho các nguồn điện truyền thống

2.4 Kết luận

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 nguồn năng lượng tái tạo sao cho giảm bớt các chi phí đầu tư và phát triển là thật sự cần thiết ở Việt Nam Để thực hiện được điều này, các khung 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 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