Nghiên cứu tổng quan năng lượng sóng biển và khả năng ứng dụng ở Việt Nam

Đề tài tiểu luận cơ khí:

“Nghiên cứu tổng quan năng lượng sóng biển và khả năng
ứng dụng ở Việt Nam”
Lời nói đầu
Việt Nam là một nước có đường bờ biển dài hơn 3000km và hàng nghìn
đảo lớn nhỏ hiện đang có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi trong số đó chưa thể
đưa được mạng lưới điện đến được. Vì vậy, sử dụng các nguồn năng lượng tại
chỗ như năng lượng thủy triều, năng lượng mặt trời để thay thế cho các dạng năng
lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này là một công việc rất có
ý nghĩa về mặt kinh tế.
Với vai trò quan trọng như vậy, nhưng hiện nay việc sản xuất điện thủy triều và
đưa vào sử dụng tại Việt Nam đang gặp rất nhiều khó khăn như: ngành khí tượng thủy văn
chưa có số liệu đó bước sóng biển để làm cơ sở cho các nhà đầu tư khảo sát tiềm năng thủy
triều cũng như đầu tư vào hệ thống sản xuât điện từ sóng biển, khả năng kinh tế còn gặp
nhiều khó khăn.
Trong hoàn cảnh hạn chế như vậy, Việt Nam đã có những chính sách cũng
như hành động như thế nào để giải quyết được vấn đề này hiện nay và trong tương
lai? Ý nghĩa và kết quả của những hành động đó sẽ ra sao?
Trong bài tiểu luận này, chúng em xin đưa ra một vài khái niệm làm rõ quan
điểm về nguồn năng lượng mới này, cũng như tạo ra một cái nhìn tổng thể về
những nguồn năng lượng xanh có sẵn hiện nay cần được đưa vào sử dụng. Cũng
trong bài tiểu luận, chúng tôi xin đưa ra một số kiến nghị dưới góc độ khách quan
về chính sách và hành động trong tiến trình thực hiện áp dụng nguồn năng lượng
mới, năng lượng vô tận - Năng lượng Thủy triều, Sóng biển.


Sau một thời gian học tập tại trường, với kiến thức đã học và sự học hỏi thêm của
bản thân, sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của cô giáo Th.s Nguyễn Thị Hồng Cẩm, chúng em
đă hoàn thành những nội dung được giao. Song, do kiến thức tích lũy và kiến thức thực tế
còn chưa nhiều, nên trong quá trình nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất

mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong bộ môn để nội
dung nghiên cứu của chúng em được hoàn thiện hơn.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm nghiên cứu đề tài:
1. Nguyễn Văn Chiến
2. Phan Văn Tuyên
3. Nguyễn Văn Công

MỤC LỤC
PHẦN I: GIỚI THIỆU...........................................................................................................6
1.1. Giới thiệu chung...................................................................................................................................6
1.2 Giới thiệu về năng lượng sóng biển .....................................................................................................8
1.2.1 Lịch sử nghiên cứu........................................................................................................................8
1.3 Giới thiệu về vấn đề nghiên cứu và mục đích nghiên cứu....................................................................9

PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.....................................................11
2.1 Cơ sở lý thuyết ..............................................................................................................11
2.2 Thiết bị khai thác năng lượng.............................................................................................................15
2.2.1 Thiết bị Pelanmis .......................................................................................................................15
2.2.2 Hệ thống phao tiêu......................................................................................................................16
2.2.3 Những khó khăn ..........................................................................................................................20
2.3 Nghiên cứu năng lượng sóng dựa vào dòng chảy..............................................................................20
2.3.1 Sóng điện tạo ra từ tuabin đứng.................................................................................................22
2.3.2 Hệ thống Mighty Whale..............................................................................................................25
2.3.3 Tuabin khí .................................................................................................................................26
2.3.4 Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ nước biển ..........................................................27
2.4 Đánh giá và hạn chế............................................................................................................................27
2.4.1 Đánh giá......................................................................................................................................27
2.4.2 Hạn chế.......................................................................................................................................28

PHẦN III: ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU.................................................................30
3.1 Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................................................30
3.1.1 Đề xuất các ý tưởng mới trong việc khai thác năng lượng từ sóng biển ...................................30
3.1.2 Xây dựng hệ thống bánh quay....................................................................................................30
3.1.3 Xây dựng hệ thống máy phát nổi................................................................................................31
3.1.4 Xây dựng hệ thống đê chắn sóng kềm theo phát điện................................................................31

4


3.2 Tiềm năng năng lượng sóng biển ở Việt Nam ..................................................................................31
3.2.1 Tiềm năng năng lượng sóng khu vực quần đảo Trường Sa........................................................33
...................................................................................................................................................................33

PHẦN IV: KẾT LUẬN........................................................................................................36
Tài liệu tham khảo ...............................................................................................................................37

5


PHẦN I: GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung
Năng lượng xanh là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả các nguồn năng lượng
được coi là thân thiện với môi trường và ít gây ô nhiễm. [13]
Các dạng năng lượng xanh phổ biến :

6


Hình 1. Năng lượng mặt trời

Hình 2. Năng lượng gió

Hình 3. Năng lượng thuỷ triều và nhiệt năng biển

Hình 5.Năng lượng sinh học

Hình 4. Năng lượng địa nhiệt

Hình 6. Năng lượng hydro

7


1.2 Giới thiệu về năng lượng sóng biển
1.2.1 Lịch sử nghiên cứu
Các bằng sáng chế đầu tiên để tận dụng năng lượng từ sóng biển ngày có từ năm
1799 và đã được nộp tại Paris bởi Girard và con trai của ông. Từ 1855-1973 có 340 bằng
sáng chế đã được nộp tại Vương quốc Anh. Một ứng dụng ban đầu của làn sóng điện là
một thiết bị xây dựng vào khoảng năm 1910 bởi Bochaux-Praceique cho đèn và điện năng
cho nhà của ông ở Royan, gần Bordeaux ở Pháp. Nó chứng tỏ rằng đây là lần đầu tiên nước
Oscillating Cột loại thiết bị năng lượng sóng . Từ 1855-1973 có 340 bằng sáng chế đã được
nộp riêng rẽ tại Vương quốc Anh. [1]
Khoa học hiện đại đã theo đuổi năng lượng sóng tuy nhiên tiên phong là thí nghiệm
của Yoshio Masuda trong thập niên 1940. Ông đã thử nghiệm những khái niệm khác nhau
của các thiết bị năng lượng sóng trên biển, với hàng trăm đơn vị được sử dụng để chuyển
hướng đèn điện. Trong số này đã có khái niệm chiết điện từ các chuyển động góc tại khớp
của một mảng khớp nối, được đề xuất bởi Masuda trong năm 1950 [1]
Quan tâm về năng lượng sóng được thúc đẩy bởi các cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào
năm 1973. Một số nhà nghiên cứu trường đại học đã kiểm tra chéo tiềm năng tạo ra điện từ

sóng biển, trong đó đáng chú ý là Stephen Salter từ Đại học Edinburgh, Kjell Budal và
Johannes Falnes từ Viện Công nghệ Na Uy (nay sáp nhập vào Đại học Khoa học và Công
nghệ Na Uy), Michael E. McCormick từ Học viện Hải quân Hoa Kỳ, David Evans từ Đại
học Bristol, Michael Pháp từ Đại học Lancaster, John Newman và Chiang C.Mei từ
MIT. [1]
Trong những năm 1980, khi giá dầu đi xuống, làn sóng tài trợ năng lượng từ sóng đã
giảm mạnh. Tuy nhiên, một vài nguyên mẫu đầu tiên của thế hệ đã được thử nghiệm trên
biển. Gần đây, từ sau vấn đề biến đổi khí hậu, đó lại là một thế giới quan tâm phát triển
năng lượng tái tạo, bao gồm các sóng năng lượng .[1]
1.2.2 Giới thiệu về lĩnh vực nghiên cứu

8


Sóng biển là hiện tượng diễn ra ở lớp nước gần mặt biển. Sóng thường hình thành do
gió và những hiệu ứng địa chất, và có thể di chuyển hàng nghìn kilomet trước khi đến đất
liền. Kích cỡ sóng biến đổi từ những gợn sóng lăn tăn đến những cơn sóng thần cực lớn.
Ngoài dao động thẳng đứng, các hạt nước trong sóng biển có một chút chuyển động theo
phương ngang. [1]
Sóng biển là các sóng bề mặt xuất hiện tại tầng trên cùng của biển hay đại dương. Chúng
thường được tạo ra do tác dụng của gió, nhưng đôi khi cũng do các hoạt động địa chấn, và có
thể lan truyền hàng nghìn kilômét. Độ cao của sóng có thể chỉ nhỏ cỡ chục xentimét nhưng
cũng có thể lớn tới cỡ sóng thần. Các phân tử nước biển tham gia vào chuyển động sóng chỉ
xoay vòng tại chỗ và có ít chuyển động tịnh tiến theo hướng lan truyền của sóng tuy rằng một
lượng năng lượng lớn có thể được lan truyền .[3]
1.3 Giới thiệu về vấn đề nghiên cứu và mục đích nghiên cứu
Nguồn năng lượng biển, nhất là nguồn năng lượng tái tạo là vô giá, vừa thân thiện
với môi trường vừa rẻ. Tuy vậy, để sử dụng nó, chúng ta cần có một dự án cấp Nhà nước,
nghiên cứu, khảo sát, nhằm cung cấp những số liệu chi tiết để các nhà đầu tư xây dựng và
khai thác nguồn tài nguyên biển.

Công nghệ khai thác năng lượng sóng biển, nhằm góp phần hạn chế tối đa sự phát
thải khí CO2 vào môi trường sống. Nhiều quốc gia đã có nhà máy điện dùng năng
lượng sóng biển. Việc này có thể áp dụng tốt ở vùng biển nước ta, theo số liệu khảo
sát của Viện Năng lượng, Viện Khoa hoc, công nghệ Việt Nam.
Xây dựng những nhà máy thủy điện dựa theo nguồn năng lượng song biển là góp
phần tích cực giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, đồng thời tạo nên nguồn năng
lượng mới khi mà than đá và dầu khí ngày một cạn kiệt, và nguồn năng lượng sinh học,
làm ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực.
Nước ta có trên 3.000 km bờ biển quanh năm sóng vỗ. Nếu tận thu được nguồn năng
lượng dồi dào từ sóng biển sẽ đem lại hiệu quả kinh tế không nhỏ. Năng lượng sóng biển
còn dồi dào hơn năng lượng gió vì gió thì có lúc lặng nhưng sóng biển thì không lúc nào
ngưng.[2-3]

9


Mục đích :
- Cung cấp nguồn năng lượng sạch góp phần giải quyết các vấn đề năng lượng
toàn cầu hiện nay như ô nhiễm môi trường do sử dụng năng lương hóa thạch, năng lượng
hóa thạch đang cạn kiệt.
- Nhằm góp phần hạn chế tối đa sự phát thải khí CO2 vào môi trường sống.
- Khắc phục được tình trạng thiếu điện đã trở thành trở ngại lớn trong việc phát
triển kinh tế văn hóa,xã hội.

10


PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1 Cơ sở lý thuyết

Hình 7.
Khi một cái phao lên xuống trên một gợn trong ao, nó đi theo quỹ đạo hình elip.

Hình 8. Chuyển động của hạt trong một làn sóng biển.
A: Ở nước sâu, quỹ đạo chuyển động của các hạt chất lỏng giảm nhanh chóng so với
độ sâu
B: Ở nước nông (đáy đại dương bây giờ ở B). Chuyển động Elip của các hạt chất

11


lỏng bị bóp dẹp giảm theo độ sâu.
1: Tuyên truyền hướng
2: Đỉnh ngọn sóng
3: Khoảng giữa hai làn sóng
Sóng được tạo ra bởi gió đi qua trên bề mặt của biển. Miễn là các sóng truyền chậm
hơn so với tốc độ gió ngay trên sóng, có một chuyển giao năng lượng từ gió với sóng. Cả
hai áp suất không khí khác biệt giữa gió ngược và bên hông mạn dưới của đỉnh sóng, cũng
như ma sát trên bề mặt nước bằng gió cắt xuống gây ra sự tăng trưởng của sóng .
Chiều cao sóng được xác định bởi tốc độ gió, thời gian gió thổi, lấy (khoảng cách
trên mà gió kích thích các sóng) và độ sâu và địa hình của đáy biển (mà có thể tập trung
hay phân tán năng lượng của sóng ). Tốc độ gió có một giới hạn phù hợp với thực tế mà
thời gian hoặc khoảng cách sẽ không sản xuất ra sóng lớn hơn. Khi giới hạn này đã đạt tới
giới hạn sẽ được gọi là "phát triển đầy đủ".
Nói chung, sóng lớn hơn có nhiều năng lượng hơn nhưng năng lượng sóng cũng
được xác định bởi tốc độ sóng, bước sóng, và mật độ nước.
Dao động chuyển động cao nhất ở bề mặt và giảm theo cấp số nhân với chiều sâu.
Tuy nhiên, cho sóng đứng (Vòng nước) gần một bờ biển phản ánh, làn sóng năng lượng
cũng dao động áp suất ở độ sâu lớn, sản xuất [dao động nhỏ và dài liên tục của mặt đất]
Những biến động áp lực ở độ sâu hơn là quá nhỏ để được chú ý từ các điểm của năng

lượng sóng.
Việc truyền sóng trên bề mặt đại dương, và năng lượng sóng cũng được vận chuyển
theo chiều ngang với vận tốc nhóm. Tỷ lệ giao thông trung bình của năng lượng sóng
thông qua một đường bằng thẳng đứng của 1 đơn vị chiều rộng, song song với một đỉnh
sóng, được gọi là năng lượng sóng thông (hoặc sóng điện, không thể nhầm lẫn với năng
lượng thực sự tạo ra bởi một thiết bị năng lượng sóng). [1-3]


Công thức năng lượng sóng

Trong nước sâu, nơi độ sâu của nước lớn hơn một nửa bước sóng, các thông lượng năng
lượng sóng là :

12


Trong đó :
•P

thông lượng năng lượng sóng trên đơn vị chiều dài đỉnh sóng (kW/m);

• H m0 là chiều cao sóng đáng kể (mét), được đo bằng phao sóng và dự đoán của
các mô hình dự báo sóng. Theo định nghĩa, H m0 là bốn lần so với độ lệch chuẩn của độ
cao mặt nước .
• Te là thời kỳ năng lượng (thứ hai);
• ρ là mật độ khối lượng của nước (kg / m 3)
• g là gia tốc do trọng lực (m / s 2).
Công thức ở trên phát biểu rằng năng lượng sóng tỉ lệ thuận với chu kỳ sóng và đến
các góc vuông của chiều cao sóng. Khi chiều cao sóng đáng kể được tính bằng mét, và chu
kỳ sóng tính bằng giây, kết quả là làn sóng điện là kW (kW) cho mỗi mét chiều dài mặt

sóng.
Ví dụ: Hãy xem xét việc đại dương nở ra, trong nước sâu, một vài km bờ biển giảm
một, với chiều cao 3 mét và chu kỳ 8 giây. Sử dụng công thức để giải,

Ta được 36 kilowat điện tiềm năng cho mỗi mét bờ biển.
Trong cơn bão lớn, sóng lớn nhất ngoài khơi cao khoảng 15 mét và có chu kỳ
khoảng 15 giây. Theo công thức trên, sóng như vậy mang về 1,7 MW / m năng lượng trên
mỗi mét của mặt sóng.
Một làn sóng thiết bị năng lượng hiệu quả thu càng nhiều càng tốt các thông lượng
sóng điện. Kết quả là các sóng sẽ có chiều cao thấp hơn ở khu vực phía sau các thiết bị
năng lượng sóng. [2]


Năng lượng sóng và thông lượng năng lượng sóng
Trong nước biển, với mật độ năng lượng trung bình cho mỗi đơn vị diện tích của sóng

trọng lực trên mặt nước tỷ lệ thuận với bình phương chiều cao sóng, theo lý thuyết sóng

13


tuyến tính:

Trong đó E là làn sóng mật độ năng lượng trên một đơn vị diện tích ngang (J / m 2),
tổng diện tích ngang động lực và mật độ năng lượng tiềm năng trên một đơn vị. Mật độ
năng lượng tiềm năng bằng với động năng, cả hai đóng góp một nửa mật độ sóng năng
lượng E, như có thể mong đợi từ các định lý equipartition. Trong sóng biển, sức căng bề
mặt tác dụng không đáng kể cho bước sóng trên một phần 10m.
Khi sóng lan truyền, năng lượng của nó được vận chuyển. Các vận tốc vận chuyển
năng lượng là vận tốc nhóm. Kết quả là, các thông lượng năng lượng sóng, thông qua một

bề mặt thẳng đứng của đơn vị chiều rộng vuông góc với hướng truyền sóng, bằng với :

P = E. c g

c

g

với vận tốc nhóm (m / s). Do có mối quan hệ phân tán cho sóng nước dưới tác

động của trọng lực, vận tốc nhóm phụ thuộc vào λ bước sóng, hoặc tương đương, trên T
chu kỳ sóng. Hơn nữa, các mối quan hệ phân tán là một hàm số của độ sâu h. Kết quả là,
vận tốc nhóm cư xử một cách khác nhau trong các giới hạn của nước sâu và nông, và ở độ
sâu trung gian. [5]


Đặc điểm và cơ hội nơi nước sâu
Nước sâu tương ứng với độ sâu nước lớn hơn một nửa bước sóng, đó là tình hình

chung trên biển và đại dương. Trong nước sâu, chu kỳ dài hơn thì sóng truyền nhanh hơn
và vận chuyển năng lượng nhanh hơn. Vận tốc nhóm nước sâu bằng một nửa vận tốc pha.
Trong nước cạn, cho bước sóng lớn hơn hai mươi lần độ sâu nước, tìm được khá thường
xuyên ở gần bờ biển, vận tốc nhóm bằng với vận tốc pha.
Các đều đặn của biển nước sâu nở ra, trong đó "dễ dự đoán dài bước sóng dao động"
thường được thấy, cung cấp cơ hội cho sự phát triển của công nghệ khai thác năng lượng
mà ít có khả năng bị thiệt hại vật chất do gần các đỉnh sóng.[4]

14

2.2 Thiết bị khai thác năng lượng
2.2.1 Thiết bị Pelanmis

Cấu tạo :

Hình 9. Hệ thống Pelamis

Hình 10. Cấu tạo của hệ thống phao Pelamis
Nguyên lý hoạt động:
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

15


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.[6]
Phạm vi ứng dụng :
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. [6]
2.2.2 Hệ thống phao tiêu

Hình 11. Hệ thống phao nổi AquaBuoy

Nguyên lý hoạt động :
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

16


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 .
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 . [6]
Phạm vi ứng dụng :
Hệ thống Aqua BuOY thường lắp đặt cách bờ chừng 5km ở nơi biển có độ sâu
50m. 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 .
Năm 2006, dự án 800 kW, 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

17


- Mỹ . [6]

Hình 12. 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. [13]
Nguyên lý hoạt động :
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. [13]

18


Phạm vi ứng dụng :
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. [13]

Hình 13. Hệ thống phao tiêu kiểu Anaconda
Nguyên lý hoạt động :
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.

19


Ống cao su, rất nhẹ, không cần khớp nối, không, chi phí bảo trì, hỏng hóc gần bằng
không. [13]
2.2.3 Những khó khăn
Các mô hình này có kết cấu khá phức tạp, bộ chuyển đổi khó chế tạo .
Khích thước kồng kềnh , giá thành cao .
Thiết bị cần nắm bắt hợp lý năng lượng sóng trong sóng bất thường, trong một phạm
vi biển rộng lớn.
Có sự biến động rất lớn của năng lượng trong các đợt sóng. Năng lực hấp thụ cao
điểm cần phải được nhiều hơn (hơn 10 lần) năng lượng trung bình. Đối với điện gió tỷ lệ
thường là lớn hơn 4 lần.
Thiết bị này phải có hiệu quả chuyển đổi sự chuyển động của sóng thành điện năng.
Nói chung, sóng điện có sẵn ở tốc độ thấp, ảnh hưởng cao, và chuyển động của sự ảnh
hưởng không phải là một hướng duy nhất. Hầu hết các máy phát điện dễ dàng hoạt động ở
tốc độ cao hơn, và dễ dàng nhất là tua bin chỉ yêu cầu có 1 một dòng chảy liên tục ổn định.
[13]
2.3 Nghiên cứu năng lượng sóng dựa vào dòng chảy
Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên quả đất, trong đó ảnh hưởng
của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn.Có hai lần triều cao và thấp trong một ngày (do sự tự
quay của trái đất quanh trục của nó).
Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày.

Thủy triều cực đại (triều cường-khi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lớn nhất-lúc đó mặt
trăng, mặt trời và trái đất giống như thẳng hàng) xảy ra ngay sau khi trăng tròn và trăng
non, có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ.
Thủy triều kiệt (khi ảnh hưởng của sức hút thấp nhất-khi đường thẳng nối trái đất và
mặt trăng tạo thành góc 90 độ với đường thẳng nối trái đất và mặt trời). [17]

20


Hình 14. Hiện tượng thủy triều

21


2.3.1 Sóng điện tạo ra từ tuabin đứng

Hình 15. Tuabin đứng

Hình 16. Cột tuabin

22


Cấu tạo :
Gồm khay di động, máy phát điện mô đun, các cơ sở trọng lực, ống .
Để tạo ra 1MW RTT UNIT cần ống có đường kính 15m, chiều dài ống 19.2m ,
đường kính tuabin 11.5m .
Nguyên lý hoạt động :
Các dòng chảy lớn trên biển thường chảy theo một hướng tương đối ổn định và có
lưu lượng lớn, do đó ẩn chứa một nguồn năng lượng rất lớn .

Làm việc trong dòng chảy có tốc độ 1 - 2,5 m/ giây. Tùy thuộc vào vị trí và kích
thước của diều, mỗi tuabin có công suất từ 150 đến 800 kW, và hoạt động ở các vùng
nước sâu 50-300m. [14]

Hình 17. Hệ thống phát điện TidalStream
Cấu tạo :
Chiếc phao hình ống gắn 4 turbine phát điện. Phao chạy xung quanh một cái đế
cố định dưới đáy biển để lựa chỗ có dòng chảy mạnh nhất.
Nguyên lý hoạt động :
Để khai thác nguồn 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

23


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
không 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. [11]
Châu Âu, lãnh đạo hiện nay trong công nghệ năng lượng thay thế, đang bắt đầu
để đạt được một chỗ đứng tốt trong lĩnh vực sóng điện. Gần đây, công ty năng lượng
thủy triều Anh (Lunar Energy), đã đồng ý để xây dựng lắp đặt điện năng thủy triều lớn
nhất thế giới tại Hàn Quốc với giá 500 triệu bảng.
OpenHydro của Ireland và RWE của Đức ở không xa phía sau. Một số công nghệ
khai thác thủy triều của họ, những người khác sử dụng sóng trên bờ biển để làm xoay
tua bin. Cho đến nay, cả hai công ty có cài đặt thử nghiệm tại các đại dương, hy vọng để
chứng minh rằng sự tác động đến hệ sinh thái của họ là tối thiểu và các cài đặt có thể

tồn tại trong điều kiện biển khắc nghiệt nhất.
Venture Capitalists đặc biệt vui mừng về sự tăng trưởng trong ngành công nghiệp
này và đang đầu tư số tiền chưa từng có vào đây. công ty VC tin rằng sóng điện sẽ đại
diện cho 20% năng lượng của châu Âu vào năm 2020, so với 40% dự báo của năng
lượng gió . [11]

24


2.3.2 Hệ thống Mighty Whale

Hình 18. Hệ thống Might Whale
Tính toán lý thuyết và bài kiểm tra mô hình 2D và 3D bể sóng để làm rõ các cách
chạy Thủy động lực học của thiết bị, và cung cấp thông tin cần thiết cho việc thiết kế an
toàn và kinh tế của các mẫu thử nghiệm mở trên biển. Kích thước mẫu thử nghiệm đã
được chọn là 50 m (dài) x 30 m (chiều rộng) x 12 m (sâu). Việc thiết kế được gọi là cho
mẫu thử nghiệm ngập nước ngay tại một dự thảo là 8 m. Tổng thể năng xuất điện năng
đã được đánh giá đã được đặt ở 110kW. [17]
Độ sâu nước điều hành tại nơi thử nghiệm là 40 m, và chế tạo thử nghiệm này là
để được nơi neo phải đối mặt với làn sóng như minh họa dưới đây. Mẫu thử nghiệm này
dựa trên các cột nước dao động, và ba buồng chứa không khí chuyển đổi năng lượng
sóng thành năng lượng khí nén. Sóng tác động làm cho mực nước bên trong buồng tăng
giảm, buộc luồng không khí hướng qua một tuốc bin khí. Tất cả ba tua bin trên Mighty
Whale đều là tự xoay chiều, và mỗi tuabin có hai cánh quạt trong cùng cấu tạo. Các

25


turbine đấy 3 ba máy phát điện cảm ứng để sản xuất cảm ứng AC 3 giai đoạn đầu ra ở
200 Volts. [17]

Như được hiển thị trong General Arrangement View, ba khoang phao nổi được
cung cấp trực tiếp phía sau ngăn không khí, mỗi dọc theo hai bên thiết bị, và ba tại khu
vực gần phía sau nhất. Hai vây dọc gần góc phía sau thứ 2 cung cấp bộ phận ổn định
cho thiết bị. Trong buồng nổi trung tâm ở phía trước được đặt một cabin điều khiển có
chức năng như 1 trạm đo lường trên tàu. Khu vực này cũng chứa các hệ thống điều
khiển cho tua bin khí và máy phát điện 1 trong những cánh quạt tuabin được cài đặt trên
nguyên mẫu.[17]
2.3.3 Tuabin khí

Hình 19. Nguyên lý hoạt động tuabin khí

Hình 20. Tuabin khí dạng con ốc

Nguyên lý hoạt động:
Dòng nước biển theo những con sóng vào bờ. Hệ thống sẽ có đường dẫn cho nước
biển đi vào một khoang buồng. Khoang buồng đó được thiết kế kín với các cửa lỗ của
tuabin. Khi sóng biển ập vào đó, dòng nước chiếm chỗ của dòng khí làm áp suất tăng. Do
đó, dòng khí sẽ di chuyển theo dòng vào phía tuabin vào buồng, và làm cho cánh tuabin
quay. Việc làm cho cánh tuabin quay đã phát sinh ra một dòng điện mà ta cần tìm kiếm.

26


Để tăng hiệu quả của việc khai thác người ta thiết kế hệ thống gồm nhiều tuabin có
sức nén đủ lớn để quay tuabin, đồng thời khả năng chiếm chỗ và giải thoát dòng nước là
lớn nhất.[19]
2.3.4 Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ nước biển
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 kw.[22]
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 CH3, He… trong máy làm bốc hơi. Do 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. Nước biển 50C trong máy lạnh ngưng kết do chất
thể khí giảm nhiệt, làm cho nó thu nhiệt, kéo theo làm tăng nhiệt độ thải vào tầng nước
biển lên đến 70C. Trong khi đó, nước biển 250C trong máy làm bốc hơi sẽ bị giảm nhiệt độ
do cung cấp nhiệt cho bốc hơi. Thông qua chất môi giới không ngừng đi qua vòng tuần
hoàn đó và làm cho máy phát điện hoạt động. [22]
2.4 Đánh giá và hạn chế
2.4.1 Đánh giá
Hệ thống khai thác năng lượng biển từ các dòng chảy có thể là những nguồn khai
thác đạt được hiệu quả cao nhất . Nó có thể tận dụng nghiên cứu dòng hải lưu để lắp đặt hệ
thống. Khi đó có thể thu nhận được lợi ích tốt nhất.

27