Năng lượng tái tạo Renewable energy

MỤC LỤC

Trang


LỜI MỞ ĐẦU
Vấn đề năng lượng và môi trường hiện nay được xem như là một vấn nạn của
toàn cầu. Năng lượng là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và quý giá đối với sự
tồn tại và phát triển của xã hội cũng như duy trì mọi sự sống trên trái đất. Nguyên nhân
chính của việc giảm năng lượng là do việc khai thác và sử dụng quá mức của con
người đã làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên làm mất đi cân bằng sinh thái, dẫn
đến nguy cơ mất an ninh năng lượng ở nhiều quốc gia, khu vực và thế giới. Vấn đề đặt
ra là phải có nguồn tài nguyên có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng của con
người. Năng lượng tái tạo một trong những hướng đi quan trọng trong việc giải quyết
vấn đề năng lượng.
Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng gần như vô tận, vừa giải quyết được
vấn đề năng lượng mà nó còn giải quyết được vấn đề môi trường, do ta có thể tận dụng
được những thứ mà ta không còn có thể sử dụng được để tạo ra nguồn năng lượng
sạch, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và giảm thiểu nhanh việc gây ô nhiễm
môi trường.
Từ những thực tế trên, chúng em đã chọn đề tài: “TÌM HIỂU VỀ NĂNG
LƯỢNG TÁI TẠO”, nhằm nắm rõ được vài trò, ứng dụng và hiệu quả mà năng
lượng tái tạo mang lại.

Trang


DANH MỤC HÌNH

Trang

DANH MỤC BẢNG

Trang


GVHD: Thiều Quang Quốc Việt

Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Định nghĩa phát triển bền vững [1]
Năm 1987, Uỷ ban Môi trường và Phát triển của Liên Hợp Quốc đã đưa ra khái
niệm Phát triển bền vững: “Phát triển bền vững là sự phát triển nhằm đáp ứng nhu
cầu của thế hệ hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các
thế hệ tương lai”.
-Báo cáo Bruntland (1987)
Hội nghị thượng đỉnh Trái Đất về môi trường và phát triển tổ chức ở Rio De
Janero (Braxin) năm 1992 và hội nghị thượng đỉnh thế giới về phát triển bền vững tổ
chức ở Johannesburg (Cộng hòa Nam Phi) năm 2002 đã xác định “phát triển bền
vững” là quá trình phát triển có sự kết hợp chặt chẽ, hợp lý và hài hòa giữa ba mặt
của sự phát triển gồm: phát triển kinh tế (nhất là tăng trưởng kinh tế), phát triển xã
hội (nhất là thực hiện tiến bộ, công bằng xã hội, xóa đói giảm nghèo và giải quyết việc
làm) và bảo vệ môi trường (nhất là xử lý, khắc phục ô nhiễm, phục hồi và cải thiện
chất lượng môi trường, phòng chống cháy và chặt phá rừng; khai thác hợp lý và sử
dụng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên). Tiêu chí để đánh giá sự phát triển bền vững là
sự tăng trưởng kinh tế ổn định thực hiện tốt tiến bộ và công bằng xã hội; khai thác hợp
lý, sử dụng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ và nâng cao được chất lượng môi
trường sống.

1.2 Định nghĩa, lịch sử nghiên cứu năng lượng tái tạo
1.2.1 Định nghĩa năng lượng tái tạo [2], [4], [7], [19]
Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương
pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn.
Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở
thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là
Nhóm 9 – Công nghệ hóa học K39

Trang


GVHD: Thiều Quang Quốc Việt

Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối)
trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.
1.2.2 Lịch sử nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo [4], [5], [17], [18]
Bảng 1-1: Lịch sử nghiên cứu và phát triển năng lượng tái tạo

Thời gian
200 BCE
250 - 400 A.D.
800-1500 A.D.
874 A.D.
1839
1840-1865
1874
1881-1887
1892

1900-1910
1911-1919

1960s
1990s

Sự kiện
Người dân cổ xưa của Ấn Độ, Trung Quốc, Imperial Rome đã xây
dựng các nhà máy chạy bằng sức nước để xay bột
Người La Mã cổ đại chế tạo thành công cối xay thủy lực 16 bánh
với công suất trên 40 mã lực.
Năng lượng gió được sử dụng trong hàng hải.
Bắt đầu sử dụng năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm.
Willam Robert Grove đã tạo ra pin nhiên liệu đầu tiên
Bánh xe khổng lồ đường kính 72 foot chạy bằng sức nước có công
suất 572 mã lực, đặt tại vùng đảo Mann
Lần đầu tiên ethanol được sản xuất bằng bột giấy
Nhà máy thủy điện đầu tiên ra đời tại bang Wisconsin (Hoa Kỳ)
Heinirch Hertz phát hiện hiệu ứng quang điện
Hệ thống sưởi khu vực Hoa Kỳ ở Boise, Idaho được cung cấp trực
tiếp từ năng lượng địa nhiệt
Điện địa nhiệt bắt đầu được thương mại hóa ở Italy
Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời được công nhận trong bài
báo khoa học Mỹ năm 1911 “in the far distant future, natural fuels
having been exhausted [solar power] will remain as the only means
of existence of the human race”
Hiệp ước Không khí sạch (Clean Air Act) được ký kết
Bổ sung yêu cầu kiểm soát ô nhiễm trong khế ước Không Khí sạch
(Clean Air Act).
/>Trữ lượng địa nhiệt trên thế giới ước khoảng trên 6.000 MW.

Nhóm 9 – Công nghệ hóa học K39

Trang


GVHD: Thiều Quang Quốc Việt

Tìm hiểu về năng lượng tái tạo

1.3 Tình hình sử dụng năng lượng hiện nay [20]

Hình 1-1: Biểu đồ thể hiện tình hình sử dụng năng lượng qua các năm từ năm
1990 đến năm 2014
 Nhận xét:
Nhu cầu sử dụng năng lượng trên thế giới ngày càng tăng qua các năm. Và tăng
ở các loại năng lượng khác nhau.
Năng lượng tái tạo chiếm tỉ trọng thấp nhất trong các loại năng lượng đang được sử
dụng hiện nay.

Nhóm 9 – Công nghệ hóa học K39

Trang


CHƯƠNG 2
CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
2.1 Năng lượng gió [3], [4], [5], [11]

Hình 2-1: Mô hình nhà máy điện gió

Nguồn: />2.1.1 Khái niệm
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển
Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng
năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự
nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại.
2.1.2 Nguyên nhân hình thành gió
Bức xạ Mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho nước và
bầu khí quyển nóng lên không đều nhau, dẫn tới sự chênh lệch về áp suất làm cho
không khí dịch chuyển tạo thành gió.
Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục
của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động
thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và
Nam bán cầu.


Trục quay của Trái Đất nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo do nó tạo thành khi
quay quanh Mặt Trời tạo thành các dòng không khí theo mùa.
2.1.3 Turbine gió
a. Turbine gió trục ngang
 Cấu tạo:

Hình 2-2: Nguyên lý hoạt động của tuabin gió
Nguồn: />Blades (cánh quạt): gió thổi qua các cánh quạt làm nó chuyển động và quay.
Rotor: bao gồm cánh quạt và trục.
Pitch (bước răng): Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor
quay với tốc độ hợp lý nhất nhằm đạt hiệu suất sinh điện cao nhát. Nó bảo vệ cánh
quạt và rotor trong điều kiện gió quá lớn.
Blake (phanh đĩa): Có thể áp dụng máy móc, điện, thủy lực để dừng rotor
trong trường hợp khẩn cấp.

Low - speed shaft (trục tốc độ thấp): Rotor quay trục tốc độ thấp ở khoảng
30-60 vòng một phút.
Gear box (hộp số): Kết nối các trục tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ khoảng
30-60 vòng/phút (rpm) khoảng 1000-1800 rpm.
Generator (máy phát điện): Thông thường, một máy phát điện tạo ra dòng
điện có tần số 60 Hz.
Controller (bộ điều khiển): Khởi động máy với tốc độ gió khoảng 8-16
dặm/giờ (mph) và tắt máy tại khoảng 55 mph. Tuabin không hoạt động ở tốc độ gió
trên khoảng 55 mph vì nó có thể bị hư hỏng bởi những cơn gió cao.
Anemometer (máy đo gió): Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ
gió tới bộ điều khiển.
Wind vane (gió cánh): Để xử lý hướng gió và liên lạc với các ổ đĩa yaw để
định hướng turbines gió.
Nacelle (thùng máy bay): Nằm trên đỉnh tháp và bao gồm hộp số, trục thấp và
tốc độ cao, máy phát điện, bộ điều khiển và phanh.
High - speed shaft (trục quay tốc độ cao): Ổ đĩa máy phát điện. Là trục truyền
động của máy phát ở tốc độ cao.
Yaw drive (ổ đĩa Yaw): Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về gió chính
khi có sự thay đổi hướng gió.
Yaw motor (động cơ Yaw): Động cơ cung cấp cho “Yaw drive” định được
hướng gió.
Tower ( trụ đỡ Nacelle): Tower được làm từ thép ống, bê tông hoặc lưới thép.
Bởi vì tốc độ gió tăng lên với chiều cao, tháp cao cho phép turbines dẽ nắm bắt năng
lượng hơn và tạo ra nhiều điện hơn.
 Nguyên lý hoạt động
Tuabin gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để
tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện.

Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản. Năng lượng của gió
làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor được nối với trục chính và
trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.
Tùy vào công suất của từng loại tuabin mà chiều cao cũng như chiều dài sải
cánh của tuabin cũng khác nhau. Ta phải tính toán sao cho phù hợp với tuabin. Thông
thường tuabin thường được đặt ở vị trí cao hơn mặt đất là 30 m vì ở đây các luồng gió
tương đối ổn định.
Các tuabin gió được đặt tại các cánh đồng gió có chiều dài cánh vào khoảng
20 m đến 30 m hoặc cao hơn. Chiều cao các tuabin vào khoảng 60 m đến 90 m.
Ngày nay, do nhu cầu cao về công suất nên chiều dài cánh cũng như chiều cao
của tuabin gió cũng tăng lên đáng kể. Chiều dài cánh của tuabin tối đa đạt 80 m và
chiều cao vào khoảng 70 - 120 m có khi lên tới 170 m.
b. Turbines gió trục đứng
 Cấu tạo

Hình 2-3: Cấu tạo Tua bin gió trục đứng
Nguồn:

/>
electricity-production/vertical-axis-wind-turbine.php


Base (phần đáy) Cấu trúc gối tựa rôto của tuabin chạy bằng sức gió và trang bị
dùng để tạo ra điện ( bao gồm hộp số và máy phát điện xoay chiều ).
Central column (trục trung tâm) phần hình trụ thẳng đứng mà lưỡi được đính
kèm; lực của gió trên cánh khiến nó xoay.
Strut (cột chống) Phần đường nằm ngang nối cánh với trục trung tâm để làm
tăng bền nó.
Aerodynamic brake (phanh khí động lực) hệ thống phanh khẩn cấp, nó bao
gồm chớp gắn vào lưỡi, mà tự động triển khai khi các tuabin chạy bằng sức gió với tốc

độ cao.
Guy wire (dây chằng): cáp nối chóp của trục thẳng đứng với nền bê tông để
nắm giữ tuabin chạy bằng sức gió đưa vào vị trí trụ.
Rotor: quay phần của tuabin chạy bằng sức gió thường được cấu thành từ hai
hoặc ba lưỡi dao ; rotor quay dẫn động máy phát điện xoay chiều để sản xuất điện.
Blade (lưỡi): phần khí động lực học được gắn vào trục trung tâm ; lực của gió
quay nó để dẫn động rôto.
 Nguyên lý hoạt động
Khi có gió tác động vào lưỡi làm cho phần lưỡi xoay quanh trục chính truyền
động cho rotor kéo máy phát điện quay và tạo ra dòng điện.
2.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng gió
a. Ưu điểm
- Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo, trong khi than đá và gỗ là
những nguồn năng lượng không thể tái tạo được. Có một điều chắc chắn rằng, năng
lượng gió sẽ luôn luôn tồn tại. Nếu có sự nỗ lực lớn hơn để đưa năng lượng gió vào
khai thác, sẽ làm giảm việc sử dụng các nguồn không thể tái tạo được, mà việc khai
thác các nguồn năng lượng này sẽ gây ảnh hưởng xấu đến thế hệ mai sau.
- Sự nóng lên cảu toàn cầu là một trong những thách thức lớn nhất đối với toàn
nhân loại. Theo các báo cáo được công bố về vấn đề này, một yêu cầu cấp thiết là phải
giảm phát thải các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển của Trái đất. Năng lượng gió là


lựa chọn một thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta, bởi nó không
gây ô nhiễm trên diện rộng như các nhiên liệu hóa thạch.
- Có thể phải khai phá cả một vùng đất lớn để xây dựng một nhà máy điện.
Nhưng với một nhà máy điện sử dụng năng lượng gió, bạn chỉ cần một diện tích nhỏ
để xây dựng. Sau khi lắp đặt các tua bin, khu vực này vẫn có thể được sử dụng cho
canh tác hoặc các hoạt động nông nghiệp khác.
- Một trong những lợi thế lớn nhất của năng lượng gió so với các nguồn năng
lượng tái tạo khác là hiệu quả về mặt chi phí. Không có các chi phí liên quan đến việc

mua, vận chuyển nhiên liệu vào tua bin gió, như các nhà máy điện hoạt động bằng
than. Thêm vào đó, với những tiến bộ trong công nghệ, năng lượng gió sẽ trở nên rẻ
hơn, do đó sẽ làm giảm được lượng vốn mà các nước phải bỏ ra để đáp ứng nhu cầu
năng lượng.
- Các nước đang phát triển thiếu cơ sở hạ tầng cần thiết để xây dựng một nhà
máy điện, có thể được hưởng lợi từ nguồn năng lượng này. Chi phí lắp đặt một tuabin
gió là thấp hơn so với một nhà máy điện than, các quốc gia không có nhiều kinh phí,
có thể lựa chọn sử dụng phương án với hiệu quả chi phí cao mà vẫn đáp ứng được nhu
cầu về năng lượng.
b. Nhược điểm
- Nhược điểm lớn nhất năng lượng gió là nó không liên tục. Điện có thể được
sản xuất và cung cấp đầy đủ khi gió đủ mạnh, cũng có thời điểm gió tạm lắng, việc sản
xuất điện bằng năng lượng gió là không thể. Những nỗ lực đã được thực hiện lưu trữ
năng lượng gió thành công và sử dụng nó kết hợp với các dạng năng lượng khác, tuy
nhiên, để nguồn năng lượng này trở thành một nguồn năng lượng chính trong tương lai
gần, những nỗ lực này cần phải được nhanh chóng và rộng rãi hơn.
- Do tính chất không liên tục của năng lượng gió, nó cần phải được lưu trữ hoặc
phải sử dụng thêm các nguồn năng lượng thông thường. Tuy nhiên, việc lưu trữ nó tốn
khá nhiều chi phí và các quốc gia phải sử dụng các nhà máy nhiên liệu hóa thạch để
đáp ứng nhu cầu năng lượng.
- Có những báo cáo trước đây về sự nguy hiểm mà cối xay gió đặt ra với các
loài chim. Do chiều cao đáng kể của các cối xay gió nên thường gây ra sự va chạm với
các loài chim đang bay, và một số lượng lớn các loài chim chết vì lý do này.
- Lắp đặt cối xay gió phải đối mặt với sự phản đối gay gắt từ những người sống
trong khu vực lân cận, nơi mà các nhà máy điện gió đã được dự kiến xây dựng. Các


yếu tố như tốc độ của gió và tần số của nó được đưa vào để tính toán trước khi lựa
chọn nơi để lắp đặt một cối xay gió và đôi khi người dân địa phương kiên quyết phản
đối kế hoạch này. Một trong những lý do chính gây ra sự phản đối của họ là cối xay

gió sẽ gây ra ô nhiễm tiếng ồn. Ngoài ra, một số ý kiến cho rằng tua-bin gió làm ảnh
hưởng xấu đến thẩm mỹ của một thành phố và ngành công nghiệp du lịch trong khu
vực của họ.
2.1.5 Ứng dụng
a. Ứng dụng động cơ gió bơm nước
Động cơ gió bơm nước có hai loại máy bơm nước hỗ trợ là máy bơm qua lại
truyền thống và hệ thống máy bơm khí nén.
Máy bơm qua lại truyền thống có cối xay gió nằm trực tiếp trên nguồn nước.
Bơm nước bằng guồng đạp nước truyền thống có chi phí rẻ nhưng hiệu suất thấp hoặc
bằng bơm piston hoặc bơm màng để hiệu suất cao hơn.
Hệ thống bơm khí nén được sử dụng phổ biến hơn vì chi phí thấp. Đây là loại
máy bơm dựa vào hoạt động của cối xay gió để nén khí kích hoạt máy bơm nằm trong
nước. Nước được bơm cho đến khi van nổi lên để đóng mở cửa, đồng thời khí nén hất
nước ra cửa bơm và đẩy lên máng.


Hình 2-4: Ứng dụng bơm nước bằng năng lượng gió
Nguồn:

/>
mat-troi.aspx
b. Ứng dụng động cơ gió phát điện
Đây là ứng dụng quan trọng nhất của động cơ gió. Dựa trên nguyên tắc hoạt
động của cối xay gió, người ta nghiên cứu máy phát điện gió để sản xuất điện năng.
Trên cơ sở áp dụng những thành tựu mới của khoa học công nghệ, các cánh gió của
cối xay gió cũng như các thiết bị xây dựng được chế tạo đặc biệt hơn.


Hình 2-5: Cánh đồng điện gió London Array, Anh
Nguồn: />Trang trại điện gió London Array được xây dựng ngay ở cửa sông Thames với

diện tích 90 km2 đổ ra biển phía Đông nước Anh với 175 tuabin và công suất 630 MW.
Công suất một tua bin gió là vào khoảng 3,6 MW trên năm có khả năng cung cấp điện
tiêu dùng cho 470.000 hộ gia đình. Đường kính vòng quay của tua bin là 120 m, tua
bin được đặt trên tháp cao 87 m, chiều cao tính từ chân cột lên tới chóp đỉnh của cánh
quạt là khoảng 147 m. Theo ước tính của các chuyên gia, trang trại điện phong London
Array sẽ giúp Anh giảm 925.000 tấn khí CO2 mỗi năm.
c. Sạc pin điện thoại
Công ty Skajaquoda (Mỹ) đã trình làng tuabin gió di động Trinity – thiết bị có
khả năng sạc pin điện thoại trong mọi hoàn cảnh, chỉ cần một cơn gió nhẹ.
Trinity gồm 2 phần chính là phần thân trụ bằng nhựa có gắn cánh quạt ở trên và
3 chân đế bên dưới, với chiều cao 30,5 cm khi gấp gọn. Để sử dụng, người dùng chỉ
cần mở bung 3 chân bằng nhôm của tua-bin ra để tạo thành bộ kiềng ba chân vững
chắc, rồi dựng thiết bị ở nơi có gió.
Đặc biệt, Trinity có khả năng chống thấm nước nên nó vẫn hoạt động tốt lúc
trời mưa. Khi các cánh quạt bị thổi quay, chúng cũng làm xoay một máy phát điện
công suất 15 W đặt ở bên trong. Thiết bị này sau đó chuyển cơ năng thành điện năng
để sạc đầy bộ pin lithium-polymer 15.000 mAH. Lúc này, người dùng có thể chọn 1
trong 2 cổng USB có sẵn dưới đáy tuabin để cắm dây sạc pin điện thoại hoặc những
thiết bị tương thích khác.


Hình 2-6: Turbine gió cỡ nhỏ phát điện sạc điện thoại
Nguồn: />2.2 Năng lượng đại dương gồm sóng biển và thủy triều [7], [3], [4], [21]

Hình 2-7: Hệ thống phát điện sử dụng sóng biển
Nguồn:

/>
trieu/hfLk07l

Hình 2-8: Hệ thống phát điện sử dụng thủy triều
Nguồn: />2.2.1 Năng lượng sóng biển
a. Khái niệm
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 kilomet. Độ cao của sóng có thể chỉ
nhỏ cỡ chục centimet 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 theo sóng.
b. Nguyên lý hoạt động
 Thiết bị PELAMIS
Pelamis là một hệ thống phao, gồm 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
lên hệ thống bơm thủy lực làm quay tuabin phát điện. Hàng loạt thiết bị tương tự sẽ
được kết nối với nhau, làm cho tuabin hoạt động liên tục. Dòng điện này truyền qua
dây 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
1,2 km2. Pelamis neo ở độ sâu chừng 50-70 m; cách bờ dưới 10 km, là nơi có mức
năng lượng cao trong các con sóng. Pelamis gồm 3 modul biến đổi năng lượng, mỗi


modul có hệ thống cách bờ dưới 10 km, là nơi thiết bị Pelamis có thể cho công suất
750 kW, nó có chiều dài 140-150 m, có đường kính ống 3 – 3,5 m.

Hình 2-9: Nguyên lý hoạt động của thiết bị Pelamis
Nguồn: /> Hệ thống phao tiêu nổi AQUABUOY
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 vào lưới điện. Mỗi phao có thể đạt công suất 250 kW, với
đường kính phao 6 m, nếu trạm phát điện có công suất 10 MW 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 phụt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp làm quay tuabin,
điện thu được truyền qua cáp dưới đáy biển. Ngoài ra, trên các Aquabuoy đặt các tấm
pin mặt trời, tuabin gió nhỏ nhằm tạo ra các nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn
đoán gắn trong Aquabuoy. Hệ thống Aquabuoy thường lắp cách bờ chừng 5 km nơi
biển sâu 50 m.


Hình 2-10: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phao tiêu nổi Aquabuoy
Nguồn: /> Hệ thống phao tiêu chìm AWS
Hệ thống tạo ra năng lượng do 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 m, rộng 10
m 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.


Hình 2-11: Nguyên lý hoạt động của hệ thống phao tiêu chìm AWS
Nguồn: />2.2.2 Năng lượng thủy triều
a. Khái niệm
Thủy triều là hiện tượng nước biển, nước sông... lên xuống trong một chu kỳ
thời gian phụ thuộc biến chuyển thiên văn. Trong âm Hán-Việt, thủy có nghĩa là nước,
còn triều là cường độ nước dâng lên và rút xuống. Sự thay đổi lực hấp dẫn từ Mặt
Trăng (phần chủ yếu) và từ các thiên thể khác như Mặt Trời (phần nhỏ) tại một điểm
bất kỳ trên bề mặt Trái Đất trong khi Trái Đất quay đã tạo nên hiện tượng nước lên
(triều lên) và nước rút (triều xuống) vào những khoảng thời gian nhất định trong một

ngày.
b. Nguyên lý hoạt động
Để thu được năng lượng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước.
Mực nước lên trong một phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển, một
phần bị chìm dưới mặt nước biển. Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ra
theo một lỗ trống vào một turbine. Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bên trong
phòng sẽ hút không khí đi qua turbine theo hướng ngược lại. Tuabin xoay tròn làm
quay một máy phát để sản xuất điện.

Hình 2-12: Nguyên lý hoạt động của đập thủy triều
Nguồn: />

2.2.3 Ưu điểm và nhược điểmcủa năng lượng đại dương
a. Ưu điểm
- Dễ dàng dự đoán nên có thể thiết kế xây dựng các nhà máy một cách chính
xác.
- Là một nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận, giảm sự phụ thuộc vào
nhiên liệu dầu mỏ.
- Chi phí hoạt động cũng như chi phí bảo dưỡng thấp.
- Bảo vệ bờ biển khỏi các nguy hiểm từ bão.
- Không gây thiệt hại đối với đất, không sinh ra khí ô nhiễm.
b. Nhược điểm
- Đòi hỏi yêu cầu cao về mặt công nghệ.
- Chi phí xây dựng, chi phí hoạt động khá lớn.
- Ảnh hưởng đến khả năng khai thác thủy hải sản.
- Ở một số khu vực, năng lượng sóng không ổn định gây khó khăn cho quá trình
khai thác.
- Các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển có thể bị hư hại hoặc gây nguy
hiểm cho các sinh vật biển.
- Gây ô nhiễm tiếng ồn.

- Việc vận chuyển năng lượng là một yếu tố rất lớn bởi vì năng lượng được sản
xuất cần phải chuyển đến một nơi rất xa từ bờ biển.
2.2.4 Ứng dụng
Sản xuất điện năng
 Hệ thống WaveNET đang được thử nghiệm ngoài khơi Scotland. Mỗi đơn vị Squid
cao 6 m có công suất 7,5 kW, phiên bản 12 m có công suất 75 kW và phiên bản 24 m
có công suất 750 kW.


Hình 2-13: Hệ thống waveNet, Scotland, Anh
Nguồn: />u.jpg?width=1600&encoder=wic&subsampling=444
 Nhà máy điện thủy triều Sihwa (Hàn Quốc) bắt đầu được đưa vào vận hành cuối
tháng 8 năm 2011. Nhà máy được xây trên một khu đất rộng 140.000 m 2, với 10 động
cơ tuabin 25,4 MW và 8 cửa cống đã được lắp đặt ở phần dưới của nhà máy điện cao
15 tầng. Đường kính của máy phát điện chạy bằng tuabin lên tới 14m và chiều dài
cánh quạt là 7,5 m. Những máy phát điện chạy bằng tuabin khổng lồ này sản xuất ra
254.000 kW điện một ngày và 552,7 triệu kW điện một năm, với hiệu suất năng lượng
544 triệu kW/năm. Lượng điện này đủ để cung cấp cho 500.000 hộ gia đình trong khu
vực. Khi nhà máy điện thủy triều Sihwa được vận hành hết công suất, có thể sẽ giúp
giảm bớt 862.000 thùng dầu nhập khẩu, đồng thời giảm 315.000 tấn CO 2 phát thải
hằng năm.

Hình 2-14: Nhà máy điện thủy triều Sihwa, Hàn Quốc
Nguồn: />

2.3 Năng lượng mặt trời [2], [3], [4], [11]

Hình 2-15: Sơ đồ hệ thống điện sử dụng năng lượng từ pin mặt trời
Nguồn:

/>
Viet-Nam/
2.3.1 Khái niệm
Theo định nghĩa của cơ quan năng lượng quốc tế: “Năng lượng mặt trời là bức
xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời. Năng lượng măt trời được khai thác sử dụng hàng
loạt trong các lĩnh vực công nghệ như hệ thống sưởi năng lượng mặt trời, pin mặt
trời, năng lượng nhiệt mặt trời, kiến trúc năng lượng mặt trời và quang hợp nhân
tạo”.
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
a. Điện mặt trời (pin quang điện)
Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển
hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện
năng) dựa trên hiệu ứng quang điện.


Hình 2-16: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Nguồn: />Hiện tượng quang điện là hiên tượng các electron trên bề mặt kim loại bị đánh
bật ra do tác dụng của các hạt photon của ánh sáng mặt trời. Nguyên nhân là do các
photon đã truyền năng lượng cho các electron làm cho các electron di chuyển ra khỏi
nguyên tử.
Pin mặt trời gồm có 4 lớp: hai lớp ngoài cùng là 2 lớp kính có tác dụng bảo vệ
pin, hai lớp bên trong là hai lớp bán dẫn loại P và lớp bán dẫn loại N.

Hình 2-17: Cấu tạo pin mặt trời
Nguồn: />