NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂNViệt Nam 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 l
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
Học Phần: Năng lượng mới trong kĩ thuật
Giảng viên hướng dẫn: PGS-TS Phạm Hùng Thắng
Học viên thực hiện: Ngô Trung Hiếu MSHV: 56CH203
Lớp: CKCT2014
Trang 2NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN
Việt Nam 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 và địa nhiệt Các nguồn năng lượng này được phân bố trải rộng từ Bắc tới Nam
Hiện nay, không khó để nhận thấy nhu cầu sử dụng năng lượng đang một gia tăng nhanh ở Việt Nam.Vì vậy việc sớm khai thác các nguồn năng lượng đó là rất cần thiết Nó không những góp phần cung cấp 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 Việt Nam có hơn 3200km bờ biển với sóng biển trung bình cao 0,6m trong suốt hơn 2/3 thời gian của năm
Theo (1) sơ đồ phân bố năng lượng sóng biển thì năng lượng trung bình sóng biển nước ta vào khoảng 15-20 kW/m Năng lượng sóng biển ở Việt Nam, một nguồn năng lượng sạch ít được quan tâm nhưng tiềm năng rất lớn Tính theo chiều dài bờ biển nước ta thì năng lượng từ sóng biển mang lại bờ biển từ 45-60 MW trên mỗi đợt sóng Việc nghiên cứu thiết bị biến đổi năng lượng sóng có ý nghĩa
vô cùng lớn Nó mở thêm một hướng nhằm đáp ứng giải quyết nhu cầu năng lượng chung của đất nước cũng như năng lượng cho phát triển khu vực và lĩnh vực hoạt động mà nguồn cung cấp từ các
Trang 3nguồn năng lượng còn rất khó khăn (ven biển, hải đảo, các hoạt động trên biển…) Đồng thời, mở hướng đi cho việc giải quyết nhu cầu năng lượng trong tương lai, Trong các nguồn năng lượng tái tạo
ở Việt Nam, năng lượng sóng biển có ưu điểm về tiềm năng năng lượng lớn nhất, khi khai thác không cần một bộ máy điều hành lớn
và phức tạp, mức độ ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường không cao
Tuy nhiên 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 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 thiếu hụt trầm trọng về các dạng năng lượng truyền thống thì việc nghiên cứu chuyển hóa năng lượng của sóng thành năng lượng điện ngày càng có ý nghĩa to lớn
Trang 4I.Nguyên lý làm việc của một số thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển:
1 Thiết bị Pelamis:
Hoạt động theo nguyên lý sau: Pelamis là một hệ thống phao,
gồm một loạt các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nối với nhau bằng bản lề Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác động mạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện Hàng loạt thiết bị tương tự sẽ kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục Dòng điện được truyền qua giây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1km2 Pelamis neo ở độ sâu chừng 50–70m; cách bờ dưới 10km, là nơi có mức năng lượng cao trong các con sóng Và Pelamis
Trang 5gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi modul có hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng bộ Mỗi thiết bị pelamis có thể cho công suất 750kW, nó có chiều dài 140-150m, có đường kính ống 3-3,5m Tại Bồ Đào Nha, có hệ thống pelamis đầu tiên trên thế giới, gồm 3 pelamis có công suất 2,25MW Năm 2007, Scotland đã đặt 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW, với giá thành 4 triệu bảng
2 Hệ thống phao tiêu:
AquaBuOY là một hệ thống phao nổi, có nguyên lý hoạt động nhằm biến đổi năng lượng động học của chuyển động thẳng đứng do các đợt sóng biển tạo ra năng lượng điện sạch Nhờ việc trồi lên, ngụp xuống của sóng biển làm hệ thống phao nổi dập dềnh lên
xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyển động, tạo ra dòng điện Điện dẫn qua hệ thống cáp ngầm đưa lên bờ, hòa vào lưới điện Mỗi
Trang 6phao tiêu có thể đạt công suất tới 250kW, với đường kính phao 6m Nếu trạm phát điện có công suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km2 mặt biển Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khi sóng nén, nước biển phọt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp, làm quay turbin, điện thu được, dẫn qua cáp ngầm vào bờ để hòa chung vào lưới điện Ngoài ra trên các Aqua BuOY, đặt các tấm pin mặt trời; turbin gió nhỏ nhằm tạo ra nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn đoán gắn trong Aqua BuOY Tất cả
dữ liệu về thiết bị đều được truyền bằng công nghệ không dây, vệ tinh về khu vực điều hành Hệ thống Aqua BuOY thường lắp đặt cách bờ chừng 5km ở nơi biển có độ sâu 50m Năm 2006, dự án 8 00kW, ở Makar Bay, Wahington, đã thực hiện với giá thành 3 triệu
đô la, nó cung cấp điện cho 150 hộ gia đình Dự án 2MW tại Figuera
da Foz, Bồ Đào Nha và dự án 2MW ở miền Nam California, Mỹ
Trang 73.Hệ thống phao tiêu chìm AWS:
Ở Công ty AWS Ocean Eneny, Scotland người ta phát minh ra
hệ thống máy phát điện mới nhằm biến chuyển động sóng thành điện năng Khác với những hệ thống đang tồn tại Đó là hệ thống phao tiêu nằm chìm dưới mặt nước, nên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện
Trang 8khí hậu trên mặt biển Hệ thống phao tiêu ngầm giống như những quả ngư lôi dưới mặt nước biển chừng 50 mét mà vẫn tạo ra điện năng nhờ sóng biển Họ đã thành công năm 2008 Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm của AWS (Aschimedes Wave Swing) đã chế tạo bằng vật liệu sử dụng như dàn khai thác dầu mỏ ngoài khơi, được đặt ở độ sâu yên tĩnh Hệ thống tạo ra năng lượng nhờ sóng biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước Hệ thống phao tiêu AWS là một xi lanh dài 35 mét, rộng 10 mét chứa khí nén bên trong khiến phao không chìm, nửa trên chỉ chuyển động theo chiều thẳng đứng Khi sóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước và phần bên trên hệ thống bị đẩy xuống dưới Giữa hai đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất hạ theo làm nổi lên phần trên của
hệ thống Chuyển động bơm biến thành điện năng Điện được
chuyển tải qua cáp ngầm, lên hòa vào lưới điện quốc gia
Trang 9Mọi công nghệ phát điện, khi đưa ra đều bị chặn bởi giá thành, thì Anacondaa là công nghệ có ưu thế về giá thành thấp, lại tạo ra nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường Công nghệ
Anaconda được mô tả như sau: Một ống cao su dài khoảng 200 mét, hai đầu bịt kín, bên trong chứa đầy nước Được neo ngay dưới bề mặt nước biển, một đầu hứng lấy các đợt sóng Sóng đập vào một đầu của thiết bị tạo sức ép hình thành nên “sóng phình” (do áp lực chất lỏng do động lên xuống bởi sóng, trong mỗi ống) bên trong ống Khi có sóng phình chạy qua ống, đợt sóng biển tạo ra nó chạy dọc phần ngoài của ống cùng một tốc độ, tạo thêm sức ép lên ống, khiến sóng phình ngày càng lớn hơn Liền đó sóng phình làm quay turbin nằm ở đầu còn lại của ống cao su Năng lượng (điện) được tạo
ra thì chuyển lên bờ qua cáp ngầm Ống cao su, rất nhẹ, không cần khớp nối, không, chi phí bảo trì, hỏng hóc gần bằng không Và còn một số hệ thống thiết bị khai thác năng lượng sóng để chạy máy phát điện khác, sẽ giới thiệu sau Số liệu đưa vào tính toán 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 đặc trưng kĩ thuật đới bờ phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” bao gồm phân bố độ cao và chu kì sóng
II kết luận:
Trang 10Từ phân tích đặc điểm nguyên lý làm việc của một số loại thiết
bị chuyển đổi năng lượng sóng biển chúng ta thấy rằng việc nghiên cứu thiết bị tối ưu áp dụng cho vùng biển Việt Nam là vô cùng cần thiết và cấp bách Tác giả cũng đã đưa ra mô hình tính toán và khảo sát đặc tính 98 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI
TRƯỜNG - SỐ 41 (6/2013) cho thiết bị, tính thử cho một thiết bị với thông số cụ thể Với các kết quả được khảo sát ở trên cho thấy với thiết bị dạng phao dao động hoàn toàn đáp ứng yêu cầu chuyển đổi năng lượng Thiết bị đưa ra có những cái tiến về mặt cấu tạo làm tăng hiệu suất chuyển đổi Việc nghiên cứu thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng điện cho vùng biển Việt Nam hiện nay là hết sức cần thiết vì vậy cần có sự đầu tư nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm sớm đưa ra được thiết bị tối ưu phục vụ nhu cầu năng lượng của đất nước hiện nay