Bài giảng gồm có 3 nội dung chính như sau: Tổng quan về năng lượng đại dương, các nguồn năng lượng đại dương, tiềm năng năng lượng đại dương và khả năng áp dụng ở Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG
Giảng viên: TS Lê Thị Minh Châu
Trang 2NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG
1 Tổng quan
2 Năng lượng thủy triều
3 Năng lượng sóng biển
4 Năng lượng nhiệt đại dương
Trang 31 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG
ĐẠI DƯƠNG
Trang 41 Tổng quan về năng lượng đại dương
Năng lượng
đại dương
Năng lượng sóng
Năng lượng thủy triều
Năng lượng nhiệt đại dương
Một số dạng năng lượng khác
Năng lượng đại dương là một nguồn năng lượng tái tạo vô tận trong sản xuất điện năng sử dụng cho thế giới
Trang 52 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG
ĐẠI DƯƠNG
5
Trang 62.1 Năng lượng sóng đại dương
Trang 72.1 Năng lượng sóng đại dương
❖ Sự hình thành sóng đại dương
Trang 8▪ Sóng biển chứa đựng nguồn năng lượng rất lớn Từ hơn 100 năm trước đây, con người đã dùng sóng biển
để phát điện.
▪ Tổng tiềm năng năng lượng sóng lý thuyết được ước tính vào năm 2010 là 32.000 TWh/năm (gần gấp đôi tổng sản lượng điện năng toàn cầu cung cấp trong năm 2008 (16.800 TWh/năm).
2.1 Năng lượng sóng đại dương
❖ Tiềm năng sóng đại dương
Trang 9Đóng góp của năng lượng sóng đại dương trong hoạt động sáng chế, cải tiến và
áp dụng sản xuất điện (nguồn: Patent Cooperation Treaty – PCT)
2.1 Năng lượng sóng đại dương
❖ Tiềm năng sóng đại dương
Trang 10Bản đồ phân bố công suất điện mà sóng biển có thể tạo ra.
2.1 Năng lượng sóng đại dương
❖Nguyên lý:
Lợi dụng sự vận động của nước biển do gió thổi tạo thành sóng
nhấp nhô trên mặt biển để chuyển đổi động năng đó thành điện
Trang 11Năng Lượng Sóng Biển
4.1Thiết bị Pelamis
➢ Pelamis neo ở độ sâu chừng 50–70m; cách bờ dưới
10km, là nơi có mức năng lượng cao trong các con
sóng.
➢ Pelamis gồm 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. Cấu Tạo Của Modul Biến Đổi
Năng Lượng
Trang 12Năng Lượng Sóng Biển
Hệ Thống Phao Tiêu AquaBuOY
➢ 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 phao tiêu có thể đạt công suất tới 250kW,
với đường kính phao 6m Nếu trạm phát điện
có công suất 10MWchỉ chiếm 0,13 km2 mặt
biển
Hệ Thống Phao Tiêu Nổi
AquaBuOY
Trang 13Năng Lượng Sóng Biển
4.2 Hệ Thống Phao Tiêu
AquaBuOY
➢ 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.
Hệ Thống Phao Tiêu Nổi
AquaBuOY
13
Trang 14Năng Lượng Sóng Biển
4.3 Hệ Thống Phao Chìm AWS
➢ Do Công ty AWS Ocean Eneny, Scotland phát
minh vào năm 2008.
➢ 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 khí 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.
➢ 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 Chìm AWS
Trang 15Năng Lượng Sóng Biển
4.3 Hệ Thống Phao Chìm AWS
➢ 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
Hệ Thống Phao Chìm AWS
15
Trang 16Năng lượng Sóng Biển
4.4 Thiết Bị Kiểu Anaconda (Con Rắn)
➢ 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.
Kiểu Anaconda
Trang 17Năng Lượng Sóng Biển
5 Tàu Thu Năng Lượng
➢ Hệ thống tái tạo năng lượng từ sóng mới bao
gồm các phao nổi và hàng loạt cánh tay Khi
những chiếc phao lắc lên lắc xuống trên sóng thì
những cánh tay cũng làm việc tương tự để thu
năng lượng.
➢ Năng lượng thu được sau đó sẽ tích vào hệ thống
ắc quy trên tàu Khi tàu cập bến, năng lượng sẽ
được đưa lên lưới điện trong giờ cao điểm.
➢ Theo ước tính hệ thống có thể tạo ra điện với chi
phí 15 cent cho mỗi KW trong khi đối với hệ
thống cũ là từ 30 đến 65 cent.Tất nhiên nguồn
năng lượng sẽ được ưu tiên sử dụng cho động cơ
tàu hay những động cơ kéo tàu.
17
Trang 18❖ Thiết bị chuyển đổi sóng gần bờ
2.1 Năng lượng sóng đại dương
Trang 19❖Tình hình phát triển:
Sản lượng điện từ sóng biển của các nước theo từng năm
2.1 Năng lượng sóng đại dương
Trang 20❖ Dự kiến tương lai
2.1 Năng lượng sóng đại dương
Trang 21❖ Sự hình thành thủy triều và năng lượng thủy
Trang 22Các phương pháp chuyển đổi năng lượng thủy triều
Đập chắn thủy triều thủy triều Hàng rào
Sử dụng turbine điện thủy triều
Trang 23❖ Đập chắn thủy triều
Đập thủy triều thực chất lấy nguyên tắc hoạt động của thủy điện Lấy độ chênh lệch thế năng và động năng của nước để làm quay tuabin-máy phát
Nguyên lý phương pháp sử dụng đập chắn thủy triều
23
Trang 24• Các dòng thủy triều đi qua, làm
quay turbine, dẫn động làm
quay máy phát, sinh ra điện.
• Có thể được sử dụng trong các
lưu vực không giới hạn, như eo
biển giữa đất liền và một hòn
đảo gần kề hoặc giữa hai hòn
đảo.
❖ Hàng rào thủy triều
Thực chất đó là những bức tường bê tông rỗng có gắn
nước phải đi qua chúng.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp sử
dụng hàng rào thủy triều
Trang 25• Nguyên lý hoạt động của turbine điện
thủy triều tương tự như turbine gió.
Các turbine điện thủy triều được sắp
xếp thành từng hàng dưới mặt nước
biển Hiệu suất của turbine cao nhất
khi dòng triều có vận tốc từ hải lý/h).
Với tốc độ đó, một turbine có bán kính
quét 15m có thể sinh ra sản lượng
điện tương đương với turbine gió có
bán kính 60m.
• Vị trí lý tưởng để xây dựng turbine
điện thủy triều là các khu vực gần bờ
Trang 26Các hệ thống điện thủy triều
Trang 27• Khi nước triều dâng lên, nước dâng
theo trong khoang của hệ thống, làm
cho không khí tràn qua cánh turbine làm
turbine quay, sinh ra điện.
• Khi nước triều rút, nước trong khoang
hạ thấp Không khí từ bên ngoài tràn
vào khoang, làm cánh turbine quay, sinh
ra điện.
• Turbine được thiết kế sao cho khi nước
triều dâng lên và rút đi, chuyển động
quay của turbine là cùng một chiều
Trang 28lên xuống được giữ cố định ở vị trí
đặt thông qua một chân đế và
cánh tay giữ.
• Hoạt động:
turbine vẫn hoạt động như turbine
gió Nhưng đặc biệt là cánh tay có
thể di chuyển để đón dòng thủy
triều chảy mạnh nhất.
Trang 29❖ Ưu điểm của năng lượng thủy triều
29
✓ Không cần nhiên liệu để duy trì, miễn phí.
✓ Không gây ô nhiễm,
✓ Độc lập với thời tiết và biến đổi khí hậu.
✓ Hiệu suất cao hơn turbine gió, do khối lượng riêng của
nước lớn hơn không khí.
bão.
✓ Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, góp phần
đảm bảo an ninh năng lượng thế giới.
Trang 30❖ Nhược điểm của năng lượng thủy triều
➢ Chi phí đầu tư và bảo trì cao: Để xây dựng và duy trì 1
cơ sở có công suất 1085MW cần đến chi phí khoảng 1,2
tỷ USD.
khoảng 10h, trong khoảng thời gian thủy triều thực sự
hoạt động.
Trang 31❖ Nguồn gốc năng lượng nhiệt đại dương
Khoảng 15% tổng lượng năng
lượng mặt trời chiếu lên bề mặt
Trái đất được các đại dương hấp
thụ lại dưới dạng năng lượng
nhiệt, tập trung chủ yếu tại lớp
Trang 32❖ Nguồn gốc năng lượng nhiệt đại dương
2.3 NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG
Trang 33❖ Phương pháp chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương
33
Vận dụng độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước biển trên bề mặt và dưới sâu để chuyển đổi thành điện năng.
2.3 NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG
Nhiệt độ lớp bề mặt và lớp sâu ở biển nhiệt đới và cận nhiệt đới
chênh lệch nhau có thể tới 250C Đây là nguồn năng lượng cực kỳ to
lớn mà con người muốn khai thác sử dụng Theo các nhà khoa học thi
tiềm năng của loại năng lượng này có thể khai thác ước tính đến 50 tỷ
kWh
Nguyên lý biến chênh lệch nhiệt độ nước đại dương thành điện đó là:
sử dụng các chất có điểm sôi thấp làm môi giới như NH3, He… trong
máy làm bốc hơi
Trang 34Do tác dụng của nước biển nóng trên 250C, các chất môi giới này ở trạng thái lỏng sẽ bốc hơi, tạo ra áp
lực lớn dưới dạng khí và đi qua đường ống, làm quay
máy phát điện
Khí đó tiếp tục đi qua bộ phận ống khí, chất môi giới áp thấp đi vào máy lạnh ngưng kết Ở trong máy
lạnh ngưng kết chứa nước biển dưới sâu có nhiệt độ 50C,
khiến cho chất khí môi giới này lạnh đi và qua máy nén,
nó trở thành trạng thái lỏng, rồi chất lỏng này trở lại máy
bốc hơi và sự tuần hoàn cứ diễn ra liên tục như vậy
Trang 35▪ Vị trí xây dựng OTEC trên bãi đã ngầm hoặc nơi có
thềm lục địa cực dốc.
tạp, đường dây cáp điện dài, chi phí cao để bảo trì ở
môi trường đại dương
▪ Ngoài ra vị trí lắp đặt này có thể kết hợp với các cụm
công nghiệp, nông nghiệp, các nhu cầu làm sạch, nước
sạch.
35
2.3 NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG
❖ Chuyển đổi bằng phương pháp lắp đặt trên
mặt đất
Trang 36❖ Chuyển đổi bằng phương pháp lắp đặt trên
mặt đất
Trang 37❖ Chuyển đổi bằng phương pháp lắp đặt kiểu
nổi
37
2.3 NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG
Trang 38❖ Ưu điểm
2.3 NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG
✓Dạng năng lượng tái tạo, sạch, dồi dào.
✓Ít tác động xấu đến môi trường từ việc thải nước
từ OTEC.
✓Có thể cung cấp nước sạch, nước tưới cho nông
nghiệp, các nhu cầu làm lạnh
✓Giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Trang 39➢ Chi phí đầu tư cao
Trang 402.4 CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG ĐẠI
DƯƠNG KHÁC
Năng lượng sự chênh
lệch độ mặn
Năng lượng dòng hải dương
Trang 412.4.1 Năng lượng ‘‘chênh lệch độ mặn’’
Trang 42• Thực chất cũng là một dạng cải tiến của tidal
stream nhưng được áp dụng ở nơi có độ sâu
lớn hơn.
• Lợi dụng dòng chảy của các dòng hải lưu tuy
chậm hơn nhưng có tính liên tục hơn Tidal
Trang 433 TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
Ở VIỆT NAM
43
Trang 44Đánh giá tiềm năng năng lượng đại dương
❖ Tiềm năng sóng biển:
• Các vùng xanh đậm là những vùng có mật độ năng lượng biển lớnnhất, Quảng Ninh đến Nghệ An, Thanh Hóa đến Dung Quất, QuảngNgãi, Dung Quất-đến Ninh Thuận, Ninh Thuận – Cà Mau, Cà Mau-Kiên Giang
• Vào mùa gió Đông Bắc công suất điện
sóng đạt cực đại 40kW/m phía Bắc bờ
biển Việt Nam và 30kW/h vùng phía
Nam Trung bình năm 25kW/h vùng ven
biển ngoài khơi Nam Trung Bộ Mật độ
cao nhất tại vùng biển Phú Quý đạt 40
kW/m Vào mùa gió Tây Nam công suất
đạt 20 kW/h vào tháng 7, 8 tại các vùng
Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ, các
vùng khác công suất trung bình đạt 10
kW/m
Trang 45Đánh giá tiềm năng năng lượng đại dương
❖ Tiềm năng thủy triều:
• Những vùng màu vàng là vùng có tiềm năng nhất
45
• Vịnh Hạ Long- 4,7 GWh, Diễn Châu-620
GWh, Văn Phong-308 GWh, Quy
Nhơn-135GWh, Cam Ranh-185 GWh, Gành
Rái-714GWh, Đồng Tranh- 371 GWh,
Rạch Giá- 139 GWh
• Vùng có tiềm năng dòng chảy, ngoài khơi
Ninh Thuận- Bình Thuận đạt
40-60W/m2, ngoài khơi Cà Mau-Hòn Khoai
đạt 100-300 W/m2.
Trang 46Khả năng ứng dụng ở Việt Nam
năng lượng đại dương là rất lớn, khả năng phát triển là có Điện biển ViệtNam, có thể đạt hàng chục GW, góp phần bảo vệ an ninh năng lượngquốc gia, bảo vệ chủ quyên lãnh thổ, cung cấp điện cho các hải đảo,vùng ven biển
➢ xây dựng chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, cơ chế chính sách pháttriển năng lượng biển sớm cùng quy hoạch không gian biển, ứng phóthiên tai và biến đổi khí hậu
➢ đào tạo nguồn nhân lực khoa học công nghệ về năng lượng biển
➢ lồng ghép phát triển điện biển và quy hoạch phát triển kinh tế xã hộikhu vực và từng địa phương cụ thể
➢ chương trình phát triển năng lượng tái tạo
Trang 47THE END
