Hải Phòng là khu vực cótiềm năng phát triển điện thủy triều lớn nhất nước, với công suất lắp máy có thểlên đến 550MW, chiếm 96% tiềm năng kỹ thuật nguồn điện thủy triều của ViệtNam... -
Trang 1MỤC LỤC
Trang
Trang 2CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
- Ở Việt Nam, trong giai đoạn vừa qua, nhu cầu năng lượng đã không ngừng tăng
lên Với nỗ lực to lớn của các cấp, các ngành, về cơ bản Việt Nam vẫn luôn đảmbảo cung cấp đủ năng lượng cho các hoạt động sản xuất, kinh doanh và cảithiện đời sống nhân dân, đóng góp cho tăng trưởng kinh tế và giữ vững an ninh,quốc phòng
- Đối với nhu cầu năng lượng sơ cấp trong 10 năm qua, giai đoạn 2007-2017,
tăng trưởng 14,6%, riêng sản lượng điện thương phẩm tăng trưởng bình quân9,5% Dự báo trong 5 năm tới, nhu cầu điện năng vẫn tăng trưởng 8,5-9,5%.Với nhu cầu điện thương phẩm như trên, dự kiến công suất điện 13.000-14.000
MW Hiện nay, mới có 6.000 MW/năm Từ nay đến năm 2030, mỗi năm cầncông suất 5.000 - 7.000 MW/năm
- Về điện lực, Việt Nam có nhu cầu tăng nhanh trong 15 năm qua, trung bình
tăng trưởng điện thương mại khoảng 9,5%/năm Riêng năm 2020, do tình hìnhdịch bệnh Covid-19, dự báo nhu cầu tăng trưởng ở mức 6,5% Tuy nhiên giaiđoạn 2021-2025 vẫn dự báo tăng khoảng 8,5%/năm
- Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh đến năm 2025, dự kiến nhu cầu công suất
nguồn điện của hệ thống phải đạt 96.000 MW Như vậy, trong giai đoạn
2021-2025, mỗi năm Việt Nam cần bổ sung thêm khoảng 6000 MW
(Các số liệu thống kê được trích từ “Diễn đàn Năng lượng Việt Nam 2020
“Phát triển năng lượng sạch - Xu thế và thách thức”, đăng ngày 18/06/2020,
Bộ Công Thương Việt Nam)
- Việt Nam có lợi thế bờ biển dài trên 3.200 km và ven biển có nhiều vũng, vịnh,
cửa sông, đầm phá, là tiền đề để khai thác năng lượng thủy triều Theo đánh giácủa Viện Khoa học Năng lượng Việt Nam, Việt Nam có tiềm năng khai thácnguồn năng lượng thủy triều cao trên suốt dải bờ biển chiều dài trên 3.200km;trong đó, mật độ năng lượng thủy triều khu vực Quảng Ninh đạt khoảng 3,7GWh/km2, Nghệ An khoảng 2,5 GWh/ km2 và giảm dần đến khu vực ThừaThiên Huế với 0,3 GWh/ km2; về phía Nam, Phan Thiết là 2,1 GWh/ km2, BàRịa – Vũng Tàu với 5,2 GWh/ km2 Xét về đặc điểm địa hình và chế độ thủytriều, vùng biển thuộc tỉnh Quảng Ninh và Thành phố Hải Phòng là khu vực cótiềm năng phát triển điện thủy triều lớn nhất nước, với công suất lắp máy có thểlên đến 550MW, chiếm 96% tiềm năng kỹ thuật nguồn điện thủy triều của ViệtNam
Trang 3- Với nhu cầu ngày càng tăng nhanh và tình trạng cấp thiết như trên, việc đưa vào
khai thác sử dụng nguồn năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng thủy triềunói riêng sẽ rất cần thiết đối với tiến trình phát triển và đảm bảo nguồn cungcho các hoạt động tiêu thụ điện năng ở nước ta trong hiện tại và tương lai
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Bài tiểu luận sẽ cung cấp một cái nhìn tương đối về tổng quan của năng lượngthủy triều Tìm hiểu khái niệm, nguyên tắc, phương thức vận hành và sự hìnhthành của năng lượng thủy triều làm nền tảng nghiên cứu một công nghệ quantrọng để đưa quá trình chuyển đổi năng lượng thủy triều thành điện năng sử dụngthông qua hệ thống tua bin thủy triều Đồng thời, khám phá và hiểu hơn về nguồnnăng lượng này trên thế giới và Việt Nam
Trang 4CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.CÁC KHÁI NIỆM VỀ THỦY TRIỀU VÀ NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU
- Năng lượng thủy triều là năng lượng tái tạo, tạo ra công suất điện thông qua
việc khai thác sự lên xuống của thủy triều, đó là do lực hút của Trái Đất và MặtTrăng Là một dạng thủy điện chuyển năng lượng của thủy triều thành các dạngnăng lượng hữu ích – chủ yếu là điện năng
- Năng lượng thủy triều có tiềm năng cho việc sản xuất rộng rãi trong tương lai.
- Trong các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng thủy triều có chi phí đầu tư
tương đối cao và điều kiện thực hiện khó khăn (cần ở nơi có mức thủy triều cao
- Triều cường: Thủy triều cực đại – Khi Mặt trời, Mặt trăng, Trái đất gần như
thẳng hàng - ảnh hưởng của lực hấp dẫn là lớn nhất Có sự chênh lệch lớn giữa
độ cao nước dâng – nước hạ (Xảy ra ngay sau khi trăng tròn và trăng non)
- Triều kém: Thủy triều cực tiểu - Khi đường thẳng nối Trái đất, Mặt trăng tạo
thành góc 90◦ với đường thẳng nối Trái đất và Mặt trời – ảnh hưởng của sức hútthấp nhất)
Trang 5Hình 1 Triều cường, triều kém (Nguồn SGK Địa lý 10)
2.1.3.Nguyên nhân hình thành
- Do Lực hấp dẫn của Mặt trăng và Mặt trời.
Fhấp dẫn mặt trăng = 2×Fhấp dẫn mặt trời
- Do lực hướng tâm của Trái đất.
Hình 2 Nguyên nhân hình thành thủy triều (Nguồn thuvienvatly.com)
Trang 6- Các lực tác động khác
+ Trọng lực: F = G.E/r 2 (Định luật Newton) Lực này không đổi về hướng và
độ lớn nên chỉ góp phần làm thủy triều rút chứ không gây ra hoàn toàn hiệntượng thủy triều
+ Lực ly tâm: F = ω 2 r.cosα (ω : vận tốc góc của TĐ ; α: Vĩ độ địa lí của điểm
đã cho) Lực này không đổi về hướng và độ lớn, chỉ góp phần làm triềudâng và cũng không hoàn toàn gây ra hiện tượng thủy triều
+ Lực kéo của mặt trăng lên TĐ: lên mỗi điểm có khối lượng là 1 đơn vị
2.1.4.Đặc điểm của thủy triều
Những biến đổi của thủy triều trải qua các giai đoạn sau:
- Ngập triều: mực nước biển dâng lên trong vài giờ, ngập vùng gian triều.
- Triều cao: nước dâng lên đến điểm cao nhất
- Triều thấp: nước hạ thấp đến điểm thấp nhất
- Thủy triều tạo ra các dòng chảy có tính dao động gọi là dòng chảy triều Thời
điểm mà dòng triều dừng chuyển động được gọi là nước chùng hoặc nướcđứng Thủy triều sau đó đổi hướng thì ta có sự biến đổi ngược lại
2.1.5.Các khái niệm về dòng chảy triều
- Chu kì triều: Chu kỳ triều phụ thuộc vào cơ chế tổ hợp các sóng triều thành
phần Thông thường, khoảng thời gian giữa hai lần chân triều trong một ngàygọi là chu kỳ triều
- Thời gian triều dâng: Khoảng thời gian từ lúc chân triều đến lúc đỉnh triều kế
tiếp
- Thời gian triều rút: Khoảng thời gian từ lúc đỉnh triều đến lúc chân triều.
- Độ lớn triều: Hiệu mực nước nước lớn cao và mực nước nước ròng thấp trong
ngày
Trang 7Hình 3 Sơ đồ mô tả các khái niệm trực quan về dòng chảy triều
- Sóng triều: Thủy triều lan truyền trong thủy quyển dưới dạng sóng dài, chu kỳ
nhiều giờ, bước sóng hàng ngàn km và biên độ bé (so với bước sóng)
- Sóng triều tại vùng biển ven bờ và cửa sông: Tính chất thủy triều tại vùng biển
ven bờ, cửa sông rất phức tạp vì mực nước triều ở đây được hình thành bởi tổhợp các sóng dài dạng sóng tiến và sóng đứng bị biến dạng mạnh do sự phản
xạ, khúc xạ, tác động của lực Corriolis, lực ma sát, cấu trúc đáy, đường bờ biển
và song rạch
- Mực nước triều: Quá trình mặt nước dao động theo thời gian so với mốc cao độ
quy ước Mực nước triều đo bằng đơn vị độ dài mét (m) hoặc centimet (cm)
- Kỳ triều cường và kỳ triều kém: Cứ trong khoảng nửa tháng có 3-5 ngày triều
lên xuống mạnh (lên rất cao, xuống rất thấp) gọi là triều cường, thường xảy ravào tuần trăng rằm và đầu tháng âm lịch; sau đó độ lớn triều giảm dần kéo dàichừng 4-5 ngày, tiếp đó là 3-5 ngày triều lên xuống rất yếu gọi là triều kémthường sảy ra ở thời kỳ trăng non và trăng già Kế đó, độ lớn triều tăng dầntrong vòng 4-5 ngày và bước vào kỳ nước cường tiếp theo
Trang 8Hình 4 Sự biến đổi của thủy triều trong ngày
2.2.TIỀM NĂNG CỦA NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU
2.2.1 Tiềm năng phát triển
- Công suất tiềm năng trên toàn thế giới đạt ở mức 3 tỷ KW.
- Lượng có thể khai thác: 640.000 KW.
- Dự đoán cung cấp toàn cầu: 1.800 TWH/năm, đáp ứng ~5% nhu cầu năng
lượng hiện nay
Hình 5 Biểu đồ thể hiện mật độ năng lượng thủy triều (Nguồn: https://tidalenrgy.net.au/energy-comparison.html)
Trang 9- Công thức tính năng lượng do tuabin cách quạt sinh ra:
Hình 6 Hình ảnh mô tả hoạt động sinh ra năng lượng từ tuabin cánh quạt
- Trên thực tế có thất thoát năng lượng trong quá trình thành điện năng do:
+ Tốc độ dòng chảy không lí tưởng
+ Các thiết bị bị ảnh hưởng bởi:các điều kiện tự nhiên, sự ăn mòn hoặc ma sátvới dòng biển
+ Hệ thống dẫn điện: máy phát điện, máy biến thế, kết nối lưới điện…
2.2.2.Tiềm năng thủy triều trên toàn thế giới
- Canada: tiềm năng > 42 GW British Colombia (4000 MW), vịnh Fund, đường
biển St Lawrence là những điểm có tiềm năng tốt nhất Thế giới
- Mỹ: Alaska, Washington, California, Maine là những vùng có mật độ năng
lượng lớn
- Chile: ≥ 500 MW.
- Anh: khai thác 18TWh/năm, 40% tập trung ở phía bắc Scotland.
- Pháp: thủy triều mạnh nhất xung quanh đảo Channel.
- Austraulia: North West có những điểm thủy triều cao nhất thế giới khoảng hơn
Trang 10- Bờ Đông: Các đồng bằng sông Hằng Tây Bengal phát triển quy mô nhỏ ước
tính xấp xỉ 100 MW
- Hàn Quốc: Hiện tại xấp xỉ khoảng 500MW (phía Bắc có tiềm năng mạnh nhất
thế giới)
- Trung Quốc: 200.000 KW Có tiềm năng khổng lồ vô cùng khủng lồ Khu vực
thủy triều lớn nhất : Thượng Hải, Chiết Giang
Hình 7 Bản đồ thể hiện mật độ phân bố tiềm năng thủy triều trên thế giới
(Nguồn: http://www.sildeshare.net/grebriner/tidal-power)
Hình 8 Sự phân bố thủy triều trên Trái Đất được đo bởi vệ tinh TOPEX - Mỹ
(Nguồn NASA)
Trang 11Hình trên cho thấy sự phân bố trên toàn cầu Biên độ của dải thủy triều đượcbiểu thị bằng các màu sắc khác nhau Đường màu trắng thể hiện đường thủy triều màpha thủy triều là không đổi Các đường thủy triều nối với nhau tại một số điểm trong
đó biên độ thủy triều bằng 0, được gọi là các điểm amphidromic Các vòng cung mũitên xung quanh các điểm amphidromic cho biết hướng của dòng thủy triều Biên độcủa khoảng thủy triều là một chỉ số quan trọng của mật độ năng lượng thủy triều
2.2.3.Tiềm năng thủy triều ở Việt Nam
- Tổng quan tình hình tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam
Hình 8 Biểu đồ tình hình tiêu thụ năng lượng ở Việt Nam
Bảng 1 Bảng thống kê nhu cầu tiêu thụ năng lượng theo địa phương
Địa phương Cơ sở sử dụng năng lượng Nhu cầu tiêu thụ năng lượng (TOE)
Trang 12Ngành nghề Công ty Nhu cầu tiêu thụ năng lượng (TOE)
Sản xuất nhiệt điện Công ty TNHH NN MTV Nhiệt điện Phú Mỹ 3.062.445
Sản xuất nhiệt điện Công ty CP Nhiệt điện Phả Lại 2.207.777
Sản xuất nhiệt điện Nhà máy Nhiệt điện Cà Mau 1 752.682
Sản xuất nhiệt điện Nhà máy Nhiệt điện Cà Mau 2 771.175
Sản xuất nhiệt điện Nhà máy Nhiệt điện Phú Mỹ BOT 2.2 720.9
Sản xuất xi măng Công ty xi măng Phúc Sơn 261.975
Sản xuất xi măng Công ty CP xi măng Bỉm Sơn 316.342
- Từ các bảng thống kê dễ dàng thấy được nhu cầu dung điện của ta rất lớn, xu
hướng ngày càng tăng nhanh, đặc biệt trong bối cảnh nền kinh tế ngày càngphát triển như hiện nay Việc tấn công sang nhiều cuộc tìm nguồn năng lượngkhác là xu thế tất yếu
- Việt Nam có nhiều tiềm năng khai thác năng lượng thủy triều do: có nhiều vũng
vịnh, cửa sông, đầm phá, đường bờ biển hơn 3200km và độ lớn thủy triều daođộng từ 0,5 đến 4,5m, chủ yếu khoảng 1,5m đến 2m Những vùng có tiềm năngkhai thác năng lượng thủy triều lớn ở nước ta là:
+ Bà Rịa - Vũng Tàu: 5,2 GWh/km2 Cho thấy mật độ năng lượng thủy triềulớn nhất, đạt cực đại
+ Phan Thiết: giảm dần tới 2,1 GWh/ km2
+ Thừa Thiên Huế: giảm còn: 0,3 GWh/ km2
+ Nghệ An tăng đến khoảng 2,5 GWh/ km2
+ Quảng Ninh - Hải Phòng : Mật độ năng lượng đạt khoảng 3,7 GWh/ km2
Có tiềm năng phát triển nhiều nhất Đồng thời công suất lắp máy có thể đạt
ở mức 550MW, chiếm 96% tiềm năng nguồn điện thủy triều ở Việt Nam
Trang 13Hình 9 Dự án quy hoạch xây dựng trạm điện thủy triều ở Cô Tô (Quảng Ninh) năm
2012 (Nguồn Viện Khoa học Năng lượng Việt Nam)
Nghiên cứu thực tế: Dự án đê biển Vũng Tàu
Hình 9 Dự án đê biển Vũng Tàu
- Đặc điểm
+ Mức triều: 3÷4m
+ Chế độ bán nhật triều
- Tính toán – theo Bernstren
+ Công suất lý thuyết: Nlt=225.A2.F KW
+ Điện năng lý thuyết: Elt=1.97.106.A2.F KWh/năm
Với A: biên độ triều (m),
Trang 14F: diện tích mặt nước (km2).
- Ước tính công suất lắp máy: 300.00KW.
- Điện năng: 2.102 tỷ KWh/năm (đã trừ 3 tháng mùa lũ không điều hành phát
điện và chế độ bán nhật triều)
2.3 NGUYÊN TẮC HÌNH THÀNH NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU
- Một con đập được xây dựng theo cách một lưu vực tách ra khỏi biển và có sự
chênh lệch mực nước giữa lưu vực và biển Lưu vực được xây dựng sẽ đượclấp đầy khi thủy triều lên và bị trống khi thủy triều xuống đi qua các cống vàtuabin tương ứng Nguồn năng lượng tiềm năng của nước được lưu trữ trongbồn được sử dụng để điều khiển tuabin, từ đó tạo ra điện khi nó được nối trựctiếp với máy phát điện
Hình 10 Nguyên tắc cơ bản tạo ra năng lượng thủy triều
- Có 2 cách để tạo ra điện năng từ thủy triều
+ Thế năng: Khai thác năng lượng từ sự chênh lệch mực nước giữa triều lên
và triều xuống Ví dụ: đập thủy triều
+ Động năng: sử dụng sự chuyển động của dòng thủy triều làm quay tuabin
Ví dụ: Hàng rào thủy triều, tuabin thủy triều
- Độ chênh lệch thủy triều
+ Bình thường: 0,5 m
+ Tại vịnh hẹp, bờ biển gần bờ địa hình thích hợp: 12m
- Mức thủy triều cần để tạo ra điện là lớn hơn 3-4m (trừ trường hợp quá lớn do
lực tác động của thiên tai
2.4 CÁC PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH
2.4.1 Đập thủy triều
- Địa điểm xây dựng: vịnh lớn và các cửa vịnh nhỏ.
- Kết cấu đập: đập chứa nước, tua pin, đê kè, cổng, hệ thống khoá.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Tận dụng thế năng trong sự khá biệt về chiều cao giữa thuỷ triều cao và thấp
Trang 15+ Khi thuỷ triều lên nước qua cổng đi vào đập, đủ nước cổng sẽ lập tức đốnglại, nước được giữ lại.
+ Khi thuỷ triều xuống, năng lượng được chuyển hoá thành cơ năng khi nướcđược giải phóng qua các tua bin lớn tạo ra năng lượng điện
- Ưu, nhược điểm:
+ Tạo con đường băng qua cửa sông, giảm xói mòn bãi biển, chi phí vận hànhthấp, nguyên lí hoạt động đơn giản
+ Tuy nhiên chi phí xây dựng cao
- Ví dụ
Hình 11.Đập thủy triều Sihwa – Hàn Quốc (Đập thủy triều lớn nhất thế giới)
Hình 12 Vị trí đập thủy triều Sihwa
+ Vị trí nhà máy: Hồ Sihwa, tỉnh Gyeonggi
+ Tổng công suất phát điện: 254 MW
+ Năm vận hành 2011
Trang 16+ Vận hành bởi công ty nước tài nguyên Hàn Quốc
+ Chi phí xây dựng: 13.000 tỷ
+ Công suất thu được hàng năm 552 GWh
2.4.2 Hàng rào thủy triều
- Gồm: Tường thành bê tông vững chắc chặn ngang eo biển hoặc cửa sông, có
những khoảng rộng lớn để gắn tua bin
- Địa điểm xây dựng: eo biển giữa đất liền và đảo hoặc giữa các đảo nhỏ.
- Nguyên lí: dòng triều chuyển động lên - xuống -> Tua bin -> Điện
- Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm: Tạo ra con đường qua sông và ít tác động tới môi trường hơn sovới đập thuỷ triều
+ Nhược điểm: Ảnh hưởng tới sự di chuyển của các sinh vật biển lớn khác
- Ví dụ:
Hình 13 Hàng rào thủy triều kênh Britol
+ Vị trí: Kênh Bristol – Một cửa sông phân chia Nam Wales với phía Tâynước Anh
+ Tổng công suất: 30MW, cung cấp cho 30.000 ngôi nhà ở Anh
+ Tốc độ quay: 11RPM
+ Dự kiến hoàn thành: 2020 hoặc 2021
+ Được nghiên cứu và phát triển bởi Kepler Energy thuộc khoa khoa họcĐại Học Oxford
+ Chi phí xây dựng: 3.313 tỷ
Trang 172.4.3 Tua bin thủy triều
- Là công nghệ mới nhất hiện nay, rất được ưa chuộng.
- Đặc điểm: Khá giống tua bin gió nhưng đặt dưới nước, tua bin bố trí thẳng.
hàng, tương tự trang trại tua bin gió Tốc độ dòng thủy triều để phát điện: 3m/s
2 Vị trí đặt: cửa sông, cửa vịnh có độ sâu 202 30m, những nơi có dòng chảy mạnh.
- Cấu tạo: Gồm hộp số, cánh quạt và máy phát điện.
- Nguyên lý hoạt động: sử dụng Động năng của các dòng chảy di chuyển tới các
tuabin điện, tương tự như tuabin gió là sử dụng năng lượng gió cho các tuabinđiện Một số máy phát điện thủy triều có thể được xây dựng thành các kết cấucủa các cây cầu hiện có hoặc bị chìm hoàn toàn, do đó tránh được những lo ngại
về tác động đến cảnh quan thiên nhiên Các hạn chế về đất đai như eo biển hoặccửa hút gió có thể tạo ra vận tốc cao tại các địa điểm cụ thể, có thể thu đượcbằng việc sử dụng tuabin Các tuabin này có thể nằm ngang, thẳng đứng, mở,hoặc ngầm hoá
- Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm: ít ảnh hưởng tới môi trường sinh thái và mỹ quan khu vực Có thể
sử dụng cho cả thuỷ triều lên và xuống
+ Nhược điểm: Áp lực nước lớn đòi hỏi chất lượng thiết bị cao Khó bảo trìsửa chữa nếu gặp sự cố Sinh vật biển hoặc rác thải có thể bị cuốn vào vàmắc kẹt trong tuabin Tuy nhiên có các tuabin được cải tiến nâng cấp hiệnđại hơn, an toàn cho môi trường và sinh vật biển như: tuabin Venturi, tuabinPolo,
- Ví dụ
+ Công suất: 2MW
+ Đường kính 20-24m, hoạt động tốc độ cắt dưới 1m mỗi giây
+ Chi phí đầu tư khoảng 16 tỷ đồng
+ Bảo dưỡng định kì 6 năm
+ Công ty sản xuất: SIMIEC ATLANTIS ENERGY
+ Năm sản xuất: 2018
+ Được triển khai và vận hành trong dự án năng lượng thủy triều MeyGen ởPentland Firth, ngoài khơi Scotland
Trang 18Hình 14 Tua bin AR 2000 được sản xuất bởi SIMIEC ATLANTIS ENERGY
2018
Trang 19CHƯƠNG 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU – TUA BIN THỦY TRIỀU
3.1.1 Khái niệm
- Tua bin thủy triều là hệ thống quay quy mô lớn bao gồm một số thành phần
phụ Chúng được thiết kế để chuyển đổi hiệu quả động năng của dòng thủytriều thành năng lượng điện thông qua việc truyền mô-men xoắn đến máy phátđiện Thiết kế điển hình của tuabin thủy triều rất giống với thiết kế của tuabingió ngoài khơi
Hình 15 Hình ảnh tua bin thủy triều dưới dạng mô phỏng 3D
- Tua bin thủy triều có thể được lắp đặt dưới nước theo hàng giống như tuabin
gió ngoài khơi Ưu điểm của tuabin thủy triều so với tuabin gió là hoạt độngkhông phụ thuộc vào thời tiết và biến đổi khí hậu
3.1.2 Phân loại
- Tùy vào đặc điểm, tuabin thủy triều được phân thành 4 loại dưới đây
+ Tua bin thủy triều trục đứng: Loại tua bin thủy triều này có trục rôto chínhđược lắp đặt nằm ngang với hướng chuyển động của nước Trong thiết kế cụthể này, hộp số và máy phát điện có thể được lắp đặt ở dưới đáy gần đáy
Trang 20biển hoặc trên đỉnh của thiết bị gần bề mặt để có thể tiếp cận tốt hơn trongquá trình bảo trì.
+ Tua bin thủy triều Polo: Loại tuabin này thường dựa trên trục thẳng đứng.Cấu tạo của chúng tương tự như bánh xe chuột đồng với các lưỡi dao trênchu vi của bánh xe Kiểu thiết kế này có thể có các lưỡi dao thay đổi độ cao
để tăng tính linh hoạt
+ Tua bin hiệu ứng Venturi (ống dẫn): Thiết kế tuabin thủy triều này dựa trênhiệu ứng Venturi Hiệu ứng Venturi có thể được tạo ra bằng cách thu hẹpống dẫn ở trung tâm để tăng tốc dòng chảy thủy triều Máy phát trong loạituabin này được đặt ở trung tâm của ống dẫn để có hiệu suất tối đa
+ Tua bin thủy triều trục ngang: Không giống như tuabin trục đứng, trong kiểuthiết kế này, trục của rôto chính song song với hướng của dòng nước Điềunày rất giống với các tuabin gió trục ngang
- Ví dụ về từng kiểu thiết kế này được thể hiện trong sơ đồ của Hình 4 Gần đây,
một loại tuabin thủy triều mới đã được BioPower Systems chế tạo dựa trên sựdao động của tàu cánh ngầm, tạo ra chuyển động tương tự như chuyển động của
vây đuôi cá Thiết kế này được minh họa trong sơ đồ của Hình 4.
Hình 16 Các loại tuabin thủy triều.
(A) Trục tung; (B) Tua bin Polo; (C) Hiệu ứng Venturi (ống dẫn); (D) Trục ngang
Trang 21Hình 17 Tua bin cánh ngầm-dao động được phát hiện bởi công ty BioPower System.
- Đánh giá tình trạng sử dụng các loại tua bin thủy triều năm 2017 được khảo sát
bởi Khan et al, cho thấy tuabin trục ngang là loại tuabin thủy triều phổ biến
nhất Khoảng 43% tất cả các thiết kế là kiểu trục ngang, sau đó là kiểu thiết kế
tuabin trục đứng với 33% Các đồ thị trong Hình 6 sẽ minh họa số lượng các
thiết kế tuabin thủy triều đã đạt đến độ chín thương mại so với các ý tưởng thiết
kế được đề xuất, đồng thời thử nghiệm ở các quy mô khác nhau và các hệ thốngthương mại
Hình 18 Đánh giá tình trạng áp dụng các công nghệ tua bin vào công nghiệp sản xuất
năng lượng thủy triều.
Trang 223.2 CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI TRONG TUABIN THỦY TRIỀU
(Nguồn: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00925714 )
3.2.1 Các khái niệm cơ bản và cấu trúc liên kết
a.Tuabin thủy triều so với tuabin gió
- Mục đích của tuabin thủy triều là thu nhận động năng từ biển hoặc sông, được
sử dụng để làm quay rôto chìm Vì vậy, nó là một sự chuyển đổi của một tuabingió, thu nhận động năng từ gió Sự song song mà có thể được thiết lập giữa haicông nghệ này trước hết nằm ở các thiết kế tương tự đã sử dụng
+ Hình 16 (bên trái) cho thấy một trong những tuabin gió trên cạn lớn nhấtcòn tồn tại, mẫu E-126 do công ty ENERCON của Đức chế tạo
+ Hình 16 (bên phải) cho thấy tuabin thủy triều do công ty Hammerfest của
Na Uy phát triển Strøm
Hình 19 Tua bin gió Enercon E126 (trái) và Tua bin thủy triều Hammerfest Strøm
(phải) với dòng hướng trục
- Cả hai tuabin được cho là "trục nằm ngang", bởi vì trục quay của các cánh quạt
là nằm ngang, song song với lực tới
- Hình 20 cho thấy vị trí liền kề của tuabin gió-v-thủy triều cho cái gọi là loại
tuabin "trục thẳng đứng" Chúng còn được gọi là "tuabin dòng chảy ngang" vìdòng điện tới phải vuông góc với trục quay Cái ảnh bên trái cho thấy tuabin giódòng chảy ngang lớn nhất thế giới, được phát triển bởi phòng thí nghiệm Sandiacủa Mỹ và được lắp đặt tại Gaspésie (Quebec) tại Cap-Chat Nó cao 110 m vàtạo ra công suất 4 MW Hình ảnh bên phải cho thấy nguyên mẫu tuabin thủytriều của công ty New Energy Corp (Calgary, Alberta), là 1,52m đường kính
- Nó đã được thử nghiệm vào năm 2007 Bên cạnh yếu tố quy mô giữa hai
tuabin, có một sự khác biệt đáng chú ý trong thiết kế của chúng: các cánh củatuabin gió được hình thành về mặt hình học giống như một hình parabol, trongkhi tuabin thủy triều sử dụng lưỡi dao Dạng parabol xuất phát từ thực tế là
Trang 23trong không khí, lực ly tâm là chiếm ưu thế so với các lực khí động học tácdụng lên các cánh quạt Thiết kế của lưỡi dao được tính toán để loại bỏ các lựcuốn dọc theo đường giữa của chúng Do đó, một thu được hình dạng sợi dây,
được gọi là troposkein Đối với tuabin gió nhỏ, hình dạng troposkein có thể
tránh được bằng cách gia cố cấu trúc (Hình 21, bên trái); Ghi chú hình dạngxoắn, thể hiện một số ưu điểm Trong nước, hình dạng troposkein không được
sử dụng, bởi vì lực thủy động lực học chiếm ưu thế (Hình 8.3, bên phải)
Hình 20 Tua bin gió Darrieus (trái) và tuabin thủy triều Năng lượng Mới (phải), với
dòng chảy ngang và trục thẳng đứng
Hình 21 Tua bin gió Turby (trái) và Harvest-Ethic tuabin thủy triều (bên phải) với
dòng chảy ngang
b.Danh sách các thông số kỹ thuật
- Khi lắp đặt một thiết bị lớn, chẳng hạn như "trang trại" của các tuabin gió hoặc
thủy triều, cần phải tính đến một số ràng buộc, thường được nhóm thành ba cácphạm trù: xã hội, môi trường và kinh tế
Trang 24- Khía cạnh kinh tế là nền tảng của bất kỳ dự án công nghiệp nào Hai chính các
thành phần cần thiết cho một phương tiện sản xuất được phát triển: sự tồn tạicủa một thị trường và khả năng sản xuất điện với chi phí cạnh tranh
- Đối với năng lượng gió, năng lượng quang điện và hầu hết các dạng năng lượng
tái tạo mà từ đó có thể sản xuất điện, chi phí sản xuất một kWh vẫn cao hơn sovới các hình thức sản xuất năng lượng truyền thống chẳng hạn như khí đốt, thủylực hoặc năng lượng hạt nhân Theo nghĩa này, và không lấy các yếu tố môitrường được xem xét, kWh được sản xuất chưa - cạnh tranh Vì lý do này, ở hầuhết các quốc gia, phát triển năng lượng gió là được ưa chuộng bằng cách đưa ramức ưu đãi trên mỗi kWh, được đảm bảo trong một khoảng thời gian nhất định
là thời gian Công nghệ tuabin thủy triều vẫn chưa đủ trưởng thành để cho phépchi phí của nó được đánh giá chính xác Vì rất nhiều công nghệ khác nhau đãđược đưa vào về sau, chúng ta phải chờ kết quả của các thử nghiệm hiện có đểxem thêm thông suốt Tuy nhiên, có khả năng là các hệ thống được chứng minh
là hiệu quả nhất trên một số địa điểm nhất định (biển hoặc sông, bị cô lập haykhông, có chịu bão hay không), sẽ ít hiệu quả ở những nơi khác
c.Ưu và nhược điểm tương ứng
- Tua bin thủy triều về cơ bản có ba điều để đề xuất chúng qua gió tuabin: sự
quyết định của chúng, độ nhỏ gọn của chúng và khả năng dự đoán của ngườisản xuất Tuy nhiên, cũng cần phải nhớ rằng nguồn năng lượng gió toàn cầu làthậm chí không gần bằng nguồn thủy điện toàn cầu (tỷ lệ gần 1.000)
Hình 22 Tua bin thủy triều MCT Seagen mới nổi (trái) và Sabella chìm (phải)
- Mặc dù công trình thủy điện mạnh nhất thế giới (1,2 MW, gấp đôi tuabin) được
gắn trên một cọc nổi giống như tuabin gió ngoài khơi (Hình 22, trái), nhiều nhàphát triển hiện đang đưa ra các thiết kế chìm hoàn toàn (Hình 22, bênphải) Bằng cách này, sự quyết định về thị giác được đảm bảo, ít nhất là từ quanđiểm con người Đối với việc phát ra âm thanh của một trang trại dưới nước, nóđược đánh giá là tương đương với một con tàu lớn