Tiểu luận học phần năng lượng mới trong kĩ thuật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
Tiểu luận
Học Phần: Năng lượng mới trong kĩ thuật
Giảng viên hướng dẫn: PGS-TS Phạm Hùng Thắng
NĂNG 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
nguồn 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.
I.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
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.
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
phao 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.
3.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. 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.
Mọi 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:
Từ 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.