bài tìm hiểu về nhà máy điện đại dương

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<b>GVHD: LÊ VIỆT TIẾN</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng là một yếu tố không thể thiếu đối với đời sống hằng ngày của các hộ gia đình hay các nhà máy, xí nghiệp. Nó là căn nguyên của mọi nền khoa học hiện đại ngày nay, lànền tảng của sự đổi mới và phát triển mạnh mẽ của loài người, đặc biệt là đối với ngành cơng nghiệp điện. Nguồn năng lượng điện có thể đến từ nhiều nguồn cung khác nhau, ví dụ như là từ gió, địa nhiệt, than đá,… Tuy nhiên, có một nguồn năng lượng vô cùng đặc biệt, chúng vô cùng dồi dào và thân thiện với môi trường sống của con người, đó chính lànguồn năng lượng vơ tận đến từ đại dương bao la. Một nhà máy điện đại dương là một trong những phát minh tầm cỡ mà con người đã tạo ra nhằm mang lại cho con người một nguồn năng lượng điện sạch và an tồn. Trong khn khổ đề tài này em sẽ đi sâu vào mộthướng cụ thể đó là “ Tìm hiểu về nhà máy điện đại dương”. Em thực hiện đề tài này với mục đích có cái nhìn tổng qt về các nhà máy điện đại dương đồng thời tìm hiểu sâu về các dạng, các loại của nguồn năng lượng điên đại dương cũng như các cấu tạo cơ bản và lợi ích của nhà máy điện đại dương. Để hoàn thành tốt báo cáo này, bản thân em đã có sựtích luỹ kiến thức, tìm hiểu về chúng rất kỹ càng. Đồng thời rèn luyện khả năng tự tổ chức và hồn thành cơng việc do chính mình đề ra. Với mục đích trên đã tạo động lực cho em hoàn thành báo cáo này.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Việt Tiến – Giảng viên hướng dẫn môn “ Nhập môn Kỹ thuật điện” đã cung cấp những kiến thức hữu ích và định hướng cụ thể rõ ràng để giúp em hoàn thành tốt báo cáo này

Đây là bản báo cáo đầu tiên mà chính bản thân em độc lập làm việc, em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt bài báo cáo của mình. Nhưng trong q trình thực hiện khơng thể tránh khỏi nhiều sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp cũng như những ý kiến quý báu từ Thầy và các bạn, để em có thể rút kinh nghiệm và hồn thiện hơn trong những lần sau.

Em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

2

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

M C L CỤ Ụ ...3

CH NG I: NĂNG LƯƠ NG ĐI N ĐẾẾN T Đ I DƯỢ Ệ Ừ Ạ ƯƠNG...4

I Gi i thi u chung vềề năng lớ ệ ượ ng đ i dạ ươ ng ( Renewable ocean energy)...4

1.1 Khái ni m vềề năng lệ ượng đ i dạ ươ ...4ng1.2 L i ích c a năng lợ ủ ượng đ i dạ ươ ...5ng1.3 Tình hình năng lượng đ i dạ ương trền thềế gi iớ...5

1.4 Nh ng th thách đốếi v i năng lữ ử ớ ượ ng đi n đ i dệ ạ ươ ...6ngII Phân lo i các lo i hình c a năng lạ ạ ủ ượng đềến t đ i dừ ạ ươ ...7ng2, Phương th c ho t đ ng c a năng lứ ạ ộ ủ ượng đ i dạ ươ ...7ngIII, V tríị ...10

CH NG II: CÁC NHÀ MÁY ĐI N Đ I DƯƠ Ệ Ạ ƯƠNG TRẾN THẾẾ GI IỚ...10

1 D án nhà máy đi n sóng Mutriku t i Tây Ban Nhaự ệ ạ ...10

2 Nhà máy đi n thu triềều Sihwa t i Hàn Quốốcệ ỷ ạ ...11

3 Thiềốt b chuy n đ i năng lị ể ổ ượng sóng t i Hawaiiạ ...12

CH NG III: KẾẾT LU NƯƠ Ậ ...13

TRÍCH DẪẪN...13

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

CHƯƠNG I: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN ĐẾN TỪ ĐẠI DƯƠNG

I Giới thiệu chung về năng lượng đại dương ( Renewable ocean energy)

1.1 Khái niệm về năng lượng đại dương

Năng lượng đại dương có thể tái tạo ( hay đơn giản là năng lượng đại dương) là loại nănglượng bắt nguồn từ những sự chuyển động dưới lòng đại dương, hoặc từ các trạng thái vật lý hố học của nó. Thế hệ đầu tiên của công nghệ năng lượng đại dương đã được pháttriển hơn 100 năm trước: bằng sáng chế ban đầu cho các thiết bị chạy bằng năng lượng sóng đã được ban hành vào thế kỷ 19. Năng lượng thủy triều có niên đại xa hơn nếu người ta xem xét các kỹ thuật guồng nước hoặc bánh guồng. Các đập thủy triều đầu tiên (đập lớn thu năng lượng thủy triều) bắt đầu hoạt động vào đầu năm 1966 ở Pháp , và ở quy mô nhỏ hơn ngay sau đó ở Trung Quốc và Canada. Tuy nhiên, chi phí mơi trường cao liên quan đến các cấu trúc này đã khơng khuyến khích ứng dụng quy mơ rộng của chúng.

Năng lượng sóng biển là một dạng năng lượng vô tận, không tạo chất thải, không địi hỏi bảo trì cao . Tuy nhiên sóng biển gần như khơng thể dự đốn nên sự lệ thuộc của loại mơ hình này vào tự nhiên q lớn. Ngồi ra, khơng phải nơi nào cũng thích hợp xây dựng mơhình năng lượng này. Ở Việt Nam hiện nay, vấn đề nghiên cứu và xây dựng nhà máy điệnđại dương cũng như năng lượng đại dương chưa được quan tâm nhiều.

1.2 Lợi ích của năng lượng đại dương

Năng lượng đại dương mang đến cho ta rất nhiều lợi ích như:

4

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

1.2.1 <b>Lợi ích công nghệ: Năng lượng đại dương được coi là một nguồn năng </b>

lượng tái tạo, có nghĩa là có một nguồn năng lượng dồi dào không giới hạn đang chờ đợi con người tận dụng. Công nghệ như vậy được đặc trưng bởi khả năng dự đoán cao hơn so các nguồn năng lượng khả biến khác, mang lại cho nó một lợi thế kỹ thuật so với năng lượng mặt trời và năng lượng điện gió. Khả năng dự đốn được thúc đẩy chủ yếu bởi vị trí và sự di chuyển của mặt trăng ( thuỷ triều). Ngoài ra, điều làm nên sự khác biệt của năng lượng đại dương là khả năng ứng dụng và sẵn sàng cho cả triển khai trên bờ và ngoài khơi. Do tính mơ đun và khả năng mở rộng của loại năng lượng này, năng lượng điện đại dương có thể cung cấp điện cho nhiều lĩnh vực sử dụng như: du lịch, làm mát, cảng, khử muối,….

1.2.2 <b>Giảm thiểu khả năng biến đổi khí hậu: Theo Cơ quan Năng lượng Quốc </b>

Tế, trên tồn cầu, năng lượng đại dương có thể giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu bằng cách giảm lượng khí thải carbon từ sản xuất điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch ước tính khoảng 500 triệu tấn vào năm 2050.

1.2.3 <b>Khả năng khắc phục thảm hoạ: Năng lượng đại dương có thể hỗ trợ </b>

khắc phục thảm họa tự nhiên ở một số nơi nhất định bằng cách cung cấp cho các cộng đồng bị ảnh hưởng một nguồn năng lượng bền vững. Ví dụ, các thiết bị năng lượng đại dương được xây dựng trong đê chắn sóng có thểđược bảo vệ trong một thảm họa và do đó có thể cung cấp nước và điện đã khử muối cho các cộng đồng đó.

1.3 Tình hình năng lượng đại dương trên thế giới

Ở một số quốc gia trên thế giới, năng lượng tái tạo đại dương đã được áp dụng để vận hành vào trong đời sống. Tại Hoa Kỳ, phịng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia ước tính rằng nếu được tận dụng tối đa, các nguồn năng lượng đại dương ở Hoa Kỳ có thể cung cấp tương đương một nửa lượng điện mà quốc gia này sản xuất được vào năm 2019. Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, tiềm năng năng lượng hàng năm theo lý thuyết của sóng ngồi khơi Hoa Kỳ được ước tính lên tới 2,64 nghìn tỷ kilowatt giờ hoặc tương đương với khoảng 64% tổng sản lượng điện của Hoa Kỳ vào năm 2019. Chính phủ Hoa Kỳ và các bên liên quan trong ngành đã dự đoán rằng năng lượng điện đại dương có thể sẽ được sử dụng đầu tiên để cung cấp năng lượng cho nhu cầu năng lượng và nước của các cộng đồng hải đảo và ven biển và các hoạt động ở ngoài khơi. Theo các bên liên quan này, việc sử dụng năng lượng đại dương cho các hoạt động và các cộng đồng này sẽ giúp cải tiến công nghệ và góp phần làm cho năng lượng đại dương có chi phí cạnh tranh hơn ở một số thị trường khác.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Trên thế giới, hiện nay công nghệ năng lượng đại dương đã xuất hiện tại một số quốc gia như Úc, Mỹ, Canada, Trung Quốc, Thuỵ Điển, Tây Ban Nha,…. Nhữngquốc gia này đã và đang sử dụng nguồn năng lượng này như một nguồn năng lượng xanh, làm giảm thiểu đáng kể mức ô nhiễm cũng như chi phí điện. Ước tính mỗi năm cơng nghệ này có thể tạo ra hàng trăm MWH điện cho mỗi quốc gia.

<small>Nhà máy điện dùng năng lượng sóng tại Tây Ban Nha</small>1.4 Những thử thách đối với năng lượng điện đại dương

<b>-</b> Chi phí cao: ác cơng nghệ năng lượng đại dương thường đắt hơn so với công nghệ năng lượng tái tạo khác vì cài đặt cao, chi phí vận hành, bảo dưỡng khá nan giải. Điều này củng cố một nhận thức rằng năng lượng đại dương rất rủi ro và khiến việc tìm kiếm các nhà đầu tư và bảo hiểm.

6

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>-</b> Cơ sở hạ tầng. Công nghệ năng lượng đại dương phải đối mặt với đáng kể thách thức về cơ sở hạ tầng và chuỗi cung ứng kém phát triển. Ví dụ, kết nối các thiết bị này với lưới điện có thể khá tốn kém và một số thành phần của máy sẽ không chốngchịu được thời tiết khắc nghiệt.

<b>-</b> Ảnh hưởng môi trường: Các rủi ro môi trường chính của cơng nghệ năng lượng đại dương đó là những sự va chạm của sinh vật biển dưới nước với tua-bin khi vận hành, tạo ra âm thanh dưới nước và thay đổi môi trường sống. Hơn nữa nghiên cứu là cần thiết để đánh giá tác động lâu dài của năng lượng đại dương về môi trường và động vật hoang dã ở biển. Ngoài ra, trong quá trình vận hành, năng lượng này tuy sạch nhưng nó vẫn thải ra môi trường mộtsố chất gây nguy hại. Tuy nhiên số lượng thải ra không đáng kể nếu chúng ta vận hành và xử lý đúng cách.

Bảng thống kê lượng chất gây ô nhiễm vào năm 1993 tại AnhChất gây ơ

Dịng thuỷ triều(g/kWh)

Năng lượng sóng( g/kWh)

Có một vài dạng chính trong việc chuyển đổi năng lượng điện từ đại dương:

<b>2.1.1 Cơng nghệ chuyển đổi năng lượng sóng: Bộ chuyển đổi sóng sử dụng sóng</b>

bề mặt để tạo ra năng lượng. Ví dụ, một loại bộ chuyển đổi năng lượng sóng tạo ranăng lượng bằng cách sử dụng chuyển động sóng giống như một pít-tơng để đẩy khơng khí vào và ra khỏi buồng với chuyển động của không khí để lái một tua bin.Thơng thường họ sẽ sử dụng một công nghệ gọi là “ Cột nước dao động” ( Oscillating water column) để vận hành tạo ra điện từ năng lượng sóng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Dạng cơng nghệ này hoạt động bao gồm một buồng khí. Sau khi khơng khí đi vào, chịu áp suất dao động do tác động của sóng, đi lên hoặc đi xuống di chuyển một tuabin khơng khí thơng thường được liên kết với một máy phát điện . Do đó, tuabin khơng khí có thể tận dụng tồn bộ chu kỳ dao động của sóng. Nó thường được lắp đặt trong đê chắn sóng, nhưng có các mơ hình nổi và dựa trên bờ. Lợi ích chính của khái niệm cột nước dao độngthường được chấp nhận là tính đơn giản và bền vững của nó.

<b>2.1.2 Cơng nghệ chuyển đổi năng lượng thuỷ triều: bộ chuyển đổi năng lượng </b>

thuỷ triều sử dụng chuyển động ngang của dòng thuỷ triều để tạo ra năng lượng, thường thông qua tua-bin ngập nước có chân vịt được quay bởi dịng điện, tương tự như tua-bin gió.

<small>Cấu tạo của một bộ chuyển đổi năng lượng thuỷ triều cơ bản</small>

Một số công nghê thuỷ triều khác có thể thấy như “Diều thuỷ triều” có thể khai thác cả hai dịng thuỷ triều có vận tốc cao hơn và dịng chảy ngồi khơi có vận tốc thấp hơn thông qua một “con diều” đặc biệt được buộc dưới nước. Diều sử dụng các cánh điều khiển để di chuyển theo hướng mơ hình cố định trên dòng điện, tăng tốc độ dòng nước chảy qua các cánh tua-bin trong diều, nhờ đó thu được nhiều năng lượng hơn.

8

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>2.1.3 Chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương: Các nhà máy điện chuyển đổi năng </b>

lượng nhiệt đại dương (OTEC) sử dụng công nghệ chuyển đổi chênh lệch nhiệt giữa nước biển ấm trên bề mặt và nước biển lạnh sâu dưới đáy biển (ít nhất là 20°C hoặc 36°F) thành điện năng và được dự định triển khai như các nhà máy điện quy mô lớn. Các nhà máy chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương sử dụng công nghệ này cụ thể như sau: nước trên bề mặt ấm hơn được bơm qua thiết bị bay hơi làm bay hơi chất lỏng hoạt động ( có thể là chính nước bề mặt). Sau đó hơi nước được lan rộng và làm chạy một máy phát điện hoặc tua-bin, sau đó sản xuất ra điện. Chất lỏng bốc hơi được chuyển trở lại thành chất lỏng trong bình ngưng được làm mát bằng nước biển lạnh được bơm từ sâu hơn trong đại dương. Các hệ thống OTEC sử dụng nước biển làm chất lỏng làm việc có thể sửdụng nước ngưng tụ để tạo ra nước khử muối.

<small>Công nghệ chuyển đỏi năng lượng nhiệt đại dương</small>

lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, từ sự chênh lệch độ mặn này có thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác. Để khai thácnguồn năng lượng này, các nhà khoa học đưa ra phương án, bao gồm một cấu trúc hệ thống phát điện trong đó có một tháp thủy áp, phía trên hở, phía dưới kín. Phía bên của tháp là bể chứa nước ngọt, phía đối diện là bể chứa nước mặn, ngăn cách giữa chúng là màng thẩm thấu được chế tạo đặc biệt. Do nồng độ muối trong nước ngọt và nước biển khác nhau, tạo ra một áp lực thẩm thấu khá lớn và nước ngọt khơng ngừng thấm qua màng thẩm thấu sang phía bể chứa nước mặn vốn đã đầy nước biển, khiến cho cột nước trong tháp thủy áp dâng cao. Cột nước dâng cao đến một mức nào đó sẽ theo đường ống chảy ra ngoài và đổ xuống làm bánh xe nước quay và tạo ra nguồn điện.

3 Ứng dụng thực tế của các phương pháp trên

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

OTEC và các cơng nghệ dịng hải lưu hiện có quy mơ nhỏ và có chỉ có triển khai hạn chế. Một trong ba nhà máy điện OTEC đang hoạt động trên thế giới nằm ở Hawaii; nhưng các bên liên quan phát triển công nghệ này chủ yếu là các viện nghiên cứu và trường đại học nhiều hơn các ban ngành vì sự khơng chắc chắn về lợi ích cho ngành cơng nghệ năng lượng biển này. Diều thủytriều có thể khai thác một phần nào đó năng lượng hiện tại của đại dương. Tuy nhiên các nhà phát triển đang lên kế hoạch triển khai thương mại hạn chế nhằm nắm bắt năng lượng từ dòng thủy triều chứ khơng phải dịng hải lưu, một phần vì các dịng hải lưu xa hơn ngồi khơi, điều này khiến cho công tác triển khai thêm phức tạp hơn.

<small>Nhà máy chuyển đổi năng lượng sóng biển tại Hawaii</small>

III, Vị trí

Sự phân loại này là theo khoảng cách tương đối giữa thiết bị, bờ biển và độ sâu đáy biển. Sự phân loại này phần nào mang tính chất định tính do có nhiều khác biệt giữa các thềm lục địa trên thế giới. Tuy nhiên, sự phân loại này không được sử dụng trong các cuộc thảo luận thực tế và vẫn là cách tiếp cận định tính đầu tiên đối với các cơng nghệ WEC.

Trên bờ: Nằm gần bờ biển, thường bị ảnh hưởng bởi nước nuốt (h/λ < 1/25), trong đó h làđộ sâu của nước và λ là bước sóng. Những bộ chuyển đổi này thường được tích hợp trongđê chắn sóng, đập, cố định vào vách đá hoặc nằm dưới đáy biển. Đặc điểm nổi bật của các bộ chuyển đổi này là dễ dàng bảo trì và lắp đặt. Hạn chế là sóng bờ biển có ít năng lượng hơn sóng nước sâu cùng với khả năng thay đổi đường bờ biển.

Gần bờ: Chúng được lắp đặt gần bờ, thường bị ảnh hưởng bởi nước nuốt hoặc nước trunggian (1/25 < h/λ < 1/2). Chi phí triển khai và bảo trì của chúng bị hạn chế vì chúng khơngcần hệ thống neo đậu vì chúng thường được cố định hoặc nằm yên dưới đáy biển.

Ngoài khơi: Chúng được đặt ở vùng nước sâu (h/λ > 1/2), xa bờ. Chúng có thể thu năng lượng từ những nơi có nhiều năng lượng nhất, nhưng việc lắp đặt và bảo trì có thể tốn kém hơn nhiều do cần có hệ thống neo đậu (độ sâu cao), hệ thống cáp dài dưới nước, trạm biến áp dưới nước và bảo trì ngồi khơi.

CHƯƠNG II: CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN ĐẠI DƯƠNG TRÊN THẾ GIỚI

<b>-</b> Hiện nay, các dự án về nhà máy điện đại dương đã và đang được triển khai rộng rãi ở nhiều quốc gia. Sau đây là một số dự án và nhà máy ở một số quốc gia:1 Dự án nhà máy điện sóng Mutriku tại Tây Ban Nha

Dự án điện sóng Mutriku sản xuất 600.000 kWh điện hàng năm từ đê chắn sóng của cảng Mutriku. Nằm ở Vịnh Biscay ở Xứ Basque, một vùng của Tây Ban Nha, nhà máy 296kW thuộc sở hữu của cơng ty tiện ích Tây Ban Nha Ente Vasco de la Energia (EVE). Nó đã đi vào hoạt

10

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

động vào tháng 11 năm 2011. Nhà máy được xây dựng với khoản đầu tư 6,4 triệu euro (8 triệu USD). Nó được tài trợ một phần bởi Ủy ban châu Âu. Sản lượng của nó đủ để cung cấp điện cho 250 hộ gia đình. Nó sẽ giúp tiết kiệm được 600 tấn khí thải carbon hàng năm

<small>Nhà máy điện sóng Mutriku</small>

Nhà máy Mutriku là một cấu trúc rỗng, hình thang với lỗ mở phía trước chìm và lỗ mở ở trên cùng. Cửa trước cao 3,20m, rộng 4m.

Mỗi trong số 16 buồng không khí trong cấu trúc rỗng chứa một tuabin nặng 1.200kg. Tua bin cao2,83m và rộng 4m, hoạt động bằng không khí. Tuy nhiên, chúng khơng chứa hộp số, thủy lực hoặc lưỡi cắt. 16 tua-bin được kết nối với một máy phát điện tua-bin 18,5 kW. Một van bướm ở dưới cùng của máy phát điện cho phép cách ly máy phát điện khỏi tua-bin bất cứ khi nào cần thiết. Bất kỳ muối hoặc tạp chất nào chặn các lưỡi dao đều được loại bỏ bằng cách bơm nước ngọt vào.

Nhà máy cũng được lắp đặt các thiết bị điều khiển và điều hòa năng lượng. Điện áp của dòng điện được tăng lên bằng cách sử dụng một máy biến áp gần nhà máy. Năng lượng được tạo ra được truyền qua một đường dây truyền tải.

2 Nhà máy điện thuỷ triều Sihwa tại Hàn Quốc

Bờ biển phía tây của Hàn Quốc, với các ria quanh co, các cửa hút nhiều kích cỡ và biên độ thủy triều rộng, là một kho dự trữ phong phú các nguồn năng lượng thủy triều. Đây là bối cảnh cho nhà máy điện thủy triều đang hoạt động lớn nhất thế giới: dự án Hồ Sihwa 254 MW.

</div>