tiểu luận khoa quản lý năng lượng đề tài NĂNG LƯỢNG SÓNG

NĂNG LƯỢNG SÓNG
Sóng biển là nguồn tài nguyên dồi dào và có sức mạnh to lớn trên
trái đất. 75% bề mặt trái đất được bao phủ bởi biển và sóng là tài
nguyên duy nhất chưa được khám phá năng lượng.
Sóng được tạo nên bởi gió thổi trên bề mặt của đại dương. Những con
sóng có thể thay đổi kích thước, có khi đạt đến chiều cao của một tòa
nhà 10 tầng.Sóng giữ rất nhiều năng lượng bên trong nó và ngày nay các
nhà khoa học đang tìm cách khai thác năng lượng để tạo ra điện.
1. Năng lượng sóng là gì?
Năng lượng sóng là năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ sóng biển. Nó là
động năng của gió tương tác với nước và tạo ra sóng. Năng lượng sóng
có thể làm được nhiều việc hữu ích như phát điện, khử muối trong
nước và bơm nước vào các hồ chứa Hầu hết năng lượng được sinh ra
bởi trạng thái lên xuống của sóng nước và truyền vào những vật tiếp xúc
trực tiếp với những con sóng.
2. Tiềm năng của năng lượng sóng
1
Hiện nay, gió là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất, nhưng theo nghiên
cứu của các nhà khoa học, tất cả các nguồn năng lượng đại dương bao
gồm cả năng lượng sóng có thể tạo ra nguồn năng lượng gấp 800 lần
năng lượng gió và có thể cung cấp lên đến 3 tetawatt điện. Trong khi
năng lượng mặt trời có thể cung cấp 150W/m
2
trong một buổi trưa đầy
nắng, gió có thể sản xuất 300W/m
2
thì năng lượng sóng có thể tạo
ra 30.000W/m
2
, đây là lý do tại sao năng lượng sóng lại thu hút sự quan
tâm của nhiều người và nhiều ngành đến vậy.

Sóng ở ngoài đại dương và trong đất liền có trạng thái khác nhau, khi
một con sóng dạt vào gần bờ biển, đáy biển nông làm cho lực đánh của
nó mạnh hơn, khi đạt tới cực đại nó sẽ phá hủy những thứ ở gần nó.
Sóng ở ngoài khơi thì khác, sóng di chuyển lên xuống hoặc dâng lên cao
ở một vài nơi điều này được cảm nhận rõ ràng khi đi trên thuyền và là
nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng say sóng. Vì bản chất của sóng ở
đất liền và giữa đại dương là khác nhau, vì thế để thu được năng lượng
tuyệt đối, các nhà khoa học phải tiến hành những cách tiếp cận khác
nhau.
2
- Tiềm năng của năng lượng sóng ở Việt Nam
Nước ta có bờ biển dài đến 3260km, quanh năm sóng biển vỗ bờ. Khi có
bão hoặc áp thấp nhiệt đới sóng biển thường rất mạnh trong nhiều ngày
liên tiếp. Trong những ngày có gió Đông Bắc hoặc Tây Nam sóng biển
trên nhiều vùng biển nước ta cũng rất lớn. Nước ta lại có nhiều đảo,
quanh đảo là biển =>> Năng lượng đối với sóng biển ở nước ta là rất
lớn.
3. Phân loại, thiết bị.
- Phân loại: gàn bờ, xa bờ, chìm trong nước.
- Một số thiết bị
A. HỆ THỐNG PELAMIS THU NĂNG LƯỢNG TỪ SÓNG
BIỂN.
• 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
3
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 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 tổng công suất 2,25MW. Năm 2007, Scotland
4
đã đặt 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW, với giá thành
4 triệu bảng.
B. HỆ THỐNG PHAO TIÊU
 Hệ thống phao tiêu nổi 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 10MW chỉ chiếm 0,13 km
2
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.

5
• 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
800kW, 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.
6
 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 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. 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.
7
• 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 Kiểu Anaconda
(con rắn).
• 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
8
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.
C. THẢM ĐÁY BIỂN
Bùn đáy biển được biết đến với khả năng hấp thu chấn động của những
con sóng dưới đại dương. Khi một cơn bão mạnh tấn công vịnh Mexico,
các ngư dân tại đây biết rằng đáy đại dương phủ đầy bùn sẽ đóng vai trò
9
như một bề mặt phụ, mềm hơn giúp giảm tác động của sóng và cầm
chân cơn bão.
Lấy ý tưởng từ hiện tượng này, nhóm nghiên cứu đến từ UC Berkeley đã
nghĩ ra một hệ thống trong đó năng lượng của sóng không chỉ được hấp
thu mà còn được chuyển đổi thành năng lượng hữu ích.
Hệ thống bao gồm một tấm thảm cao su lớn được đặt bên trên các bộ

truyền động thủy lực, xy-lanh và máy bơm để tiếp nhận chuyển động
của các cơn sóng tới. Khi di chuyển lên xuống, tấm thảm tạo ra áp lực
nước trong các xy-lanh và áp lực này được dẫn ngược vào bờ để chuyển
đổi thành năng lượng hữu ích.
Các thử nghiệm được thực hiện tại UC Berkeley cho thấy tấm thảm có
khả năng hấp thu hơn 90% năng lượng sóng. Theo các nhà nghiên cứu,
10
một tấm thảm có diện tích 1m2 có thể tạo ra đủ năng lượng điện cho 2
ngôi nhà tiêu chuẩn tại Mỹ. Trong khi đó, một tấm thảm 100m2 sẽ có thể
cung cấp năng lượng tương đương một sân bóng đá được bao phủ bởi
các tấm pin mặt trời với diện tích 6400m2.
Về độ bền và độ linh hoạt của hệ thống: Được phát triển dựa trên ý
tưởng đáy biển, được chế tạo từ các vật liệu dẻo không ăn mòn và nhằm
mục đích lắp đặt tại các vùng nước nông ven biển ở độ sâu 18m, hệ
thống có thể chịu được động lượng lớn của các vùng biển động. Hệ
thống có thể được vận chuyển dễ dàng và thiết kế tháo lắp dạng mô-đun
cho phép điều chỉnh tỉ lệ chiều rộng tùy theo môi trường và nhu cầu
năng lượng.
Bên cạnh việc mang lại một nguồn năng lượng thay thế, quá trình
chuyển đổi còn tạo ra nước biển ở áp suất cao có thể được dùng để khử
muối và cung cấp nguồn nước sạch cho người dân tại khu vực duyên
hải.
Sau khi thử nghiệm thành công tại phòng thí nghiệm tại Berkeley, nhóm
nghiên cứu đã đưa dự án lên trang Experiment để gây quỹ từ cộng đồng
11
nhằm đưa dự án tiến đến giao đoạn tiếp theo. Nếu đạt được mục tiêu,
nhóm nghiên cứu sẽ phát triển một nguyên mẫu lớn hơn để kiểm tra hiệu
năng và thử nghiệm vật liệu phù hợp dành cho các ứng dụng thực tế
ngoài đại dương.
D. WD - Năng lượng biển theo thiết bị Wave Dragon Topping Device

Wave Dragon là việc chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện. Nó
thuộc loại đập tràn có thể được sử dụng đơn lẻ hay kết tổ hợp để tạo một
nhà máy điện truyền thống. Những hệ thống WD này thường được xây
dựng gần bờ biển để giá đầu tư ban đầu và việc giảm công suất điện ở
mức thấp nhất. Hệ thống này bao gồm một hồ chứa lớn, ramp và turbine
chạy bằng nước.
12
• Sóng biển tràn lên bờ dốc (ramp) và được hứng đầy trong hồ
chứa lớn bởi hai cánh tay lớn (reflector). Hồ nằm cao hơn mực
nước biển tạo nên áp suất để thoát và làm quay turbine, chuyển
biến thành điện. Một trong những điểm chính của WD là nó sẽ
được liên tục điều chỉnh thay đổi và thích nghi với chiều cao
của sóng. Điều này đạt được bằng cách thay đổi áp suất khí
trong các phao nổi để nâng dàng WD.
• VD: Hệ thống biến đổi điện theo design này đang được nghiên
cứu để thử nghiệm ở nhiều nơi như Nissum Breding, Đan Mạch,
Milford Haven ở Irish Sea và Vancouver Canada.
• Do kích thước tương đối lớn vì vậy việc bảo trì và công tác sửa
chữa lớn cũng có thể thực hiện trên biển dẫn đến chi phí vận
hành và bảo trì thấp hơn so với các sự biến đổi khác.
E. MÁY PHÁT ĐIỆN TỪ SÓNG BIỂN
Máy này do Anh Tống Văn Dũng giới thiệu mô hình máy phát điện kết
hợp năng lượng sóng – gió tại Chợ Công nghệ và thiết bị Hà Nội 2008
• Nguyên lý hoạt động của thiết bị lấy điện từ sóng biển bao gồm
một chiếc phao nổi trên mặt nước, khi sóng biển tác động vào
13
phao, phao sẽ di chuyển lên xuống theo phương thẳng đứng. Chiếc
phao này sẽ nối với một tua-bin, phao chuyển động sẽ kéo tua-bin
chuyển động theo và phát điện. Nếu muốn kéo máy phát điện có
công suất lớn hơn, thì cần một hệ thống phao, việc kết hợp chuyển

động của những chiếc phao này, sẽ tạo ra lực để kéo những tua-bin
lớn hơn.
4. Ưu điểm, nhược điểm của NL sóng.
• Ưu điểm
Hầu hết các thiết bị sử dụng năng lượng sóng đều có xu hướng lấy năng
lượng ở trên bề mặt và không sử dụng đến cánh quạt như các thiết bị
năng lượng khác nên việc làm ô nhiễm môi trường là ít hơn so với các
năng lượng tái tạo khác. Cũng giống như năng lượng gió mặt trời, loại
năng lượng này có thể truyền đi rất nhanh, trên khắp đại dương từ
khoảng cách xa.
Từ góc độ kinh doanh cho thấy, năng lượng sóng có lợi thế cao hơn các
năng lượng đại dương khác vì nó sử dụng nguyên liệu có sẵn, giá rẻ và
chi phí bảo trì thấp.
14
• Nhược điểm
Sóng điện là nguồn năng lượng khá tốn kém, khi than đá có giá khoảng
10cent/KWh thì năng lượng sóng đạt tới 20-30cent. Bên cạnh đó, chi phí
dùng để nghiên cứu các thiết bị chuyển hóa của năng lượng sóng là rất
lớn, các thiết bị này phải chịu được môi trường khắc nghiệt và sự ăn
mòn của oxi hóa và kiềm, các công ty phải cần rất nhiều khoản trợ cấp
và thời gian để nghiên cứu và thử nghiệm.
Một vấn đề nan giải nữa là bất động sản. Không giống như việc xây
dựng một nhà máy thủy điện trên đất của một công ty, đại dương là
không gian chung. Mặc dù, các vấn đề ô nhiễm môi trường liên quan
đến sóng điện có thể nói là không lớn nhưng hệ sinh thái có thể bị ảnh
hưởng bởi công nghệ sóng, các thiết bị định vị trên tàu đánh cá, thiết bị
vận chuyển có thể bị ảnh hưởng.
5. Kết luận
Mặc dù còn rất nhiều khó khăn trong công tác nghiên cứu và thử
nghiệm, nhưng với lợi ích to lớn mà năng lượng sóng mang lại cho cuộc

15
sống, dự án tái tạo loại năng lượng này để phục vụ cuộc sống là rất cần
thiết khi mà các nguồn tài nguyên đang dần bị cạn kiệt.
16