Nghiên cứu hệ thống phát điện dùng năng lượng sóng biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HOÀNG CHƯƠNG

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
DÙNG NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202

S K C0 0 4 6 3 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2015


i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HOÀNG CHƯƠNG

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN DÙNG
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:

TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 09/2015


ii

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: PHẠM HOÀNG CHƢƠNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 10/03/1987

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán: Hoài Sơn, Hoài Nhơn, Bình Định

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Dĩ An, Bình Dƣơng.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0985252344.

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/… đến ……/……

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 7/2011

Nơi học: Trƣờng ĐH Kỹ thuật công nghệ tp HCM.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho xƣởng dệt.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 7/2011- Trƣờng ĐH Kỹ thuật
công nghệ tp HCM.
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Phan Thị Thu Vân.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm


iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu hệ thống phát điện dùng năng lượng
sóng biển” là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2015
Học viên thực hiện

Phạm Hoàng Chương


iv

LỜI CẢM TẠ
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn Thanh Phương đã tận
tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã giảng
dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong thời gian học tập tại đây.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân và các bạn bè đồng nghiệp đã động
viên và giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn luận văn sẽ vẫn còn nhiều thiếu sót và
hạn chế nhất định. Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của quý thầy
cô và bạn bè ,đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2015
Học viên thực hiện

Phạm Hoàng Chương

v
TÓM TẮT
CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỐI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN
PLAMIS
Tóm tắt – Công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển là công nghệ đã được hình thành
từ thập niên 70, tuy nhiên hiện giờ nó vẫn chưa được xem hoàn toàn như là một nguồn
năng lượng công nghiệp.Luận văn này là nghiên cứu về các lý thuyết khác nhau về công
nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển với đầy đủ về các kiểu và chủng loại.
Thiết bị chuyển đồi năng lượng sóng biển được phân loại như sau:
+ Thiết bị chuyển đổi năng lượng thông qua dao động cột nước
+ Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biến ngập hoàn toàn trong nước
+Thiết bị chuyển đổi năng lượng bằng dao động thân máy
Bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển Pelamis là một khái niệm có tính chất đổi mới đối
với việc khai thác năng lượng từ sóng biển và chuyển đổi nó thành một sản phẩm hữu ích
như điện, áp suất thủy lực trực tiếp hoặc nước uống được. Hệ thống có một phần chìm
ngập trong nước biển, thiết bị này có dạng hình trụ gồm nhiều đoạn ống nối với nhau bởi
các khớp nối. Pittong thủy lực lấy lực đẩy từ các đoạn ống chính sẽ bơm chất lỏng áp
suất cao vào các bình chứa sau đó nước được đẩy qua làm quay tubin máy phát điện tạo
ra điện. Năng lượng từ tất cả các khớp được đưa vào một đường cáp rốn đơn đến một
điểm nút trên đáy biển .Các thiết bị được kết nối với nhau và liên kết với bờ thông qua
một cáp duy nhất dưới đáy biển.
Pelamis được thiết kế để neo đậu trong mực nước sâu khoảng 50 – 70m ( cách bờ
khoảng 5 – 7 km), vì nơi này có mức năng lượng cao. Một Pelamis hoàn chỉnh sẽ được
neo đậu sao cho có thể đu đưa đề nhận những con sóng đến và bắt đầu quá trình chuyển
hóa cúa nó tới từ những đỉnh sóng liên tiếp kéo dài miên man sau đó.
Tứ khóa – Pelamis, công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển, năng lượng tái tạo.
PELAMIS WAVE ENERGY CONVERTER
Abstract – Wave Power is a technology that was founded in the 70’s, but which still not
has reached full industrial recognition as a energy source. In this thesis there is a

vi
literature study on different concepts of Wave Energy Converters(WEC) which has been
build in full scale, and there is a great variety in the concepts.
Wave energy converter devices can be classified in numerous ways:
+ Oscillating water column devices
+ Overtopping devices
+ Oscillating bodies, or wave activated devices
The Pelamis Wave Energy Converter is an innovative new concept for extracting
energy from ocean waves and converting it into a useful product such as electricity,
direct hydraulic pressure or potable water. The system is a semi-submerged, articulated
structure composed of cylindrical sections linked by hinged joints. The wave-induced
motion of these joints is resisted by hydraulic rams that pump high-pressure oil through
hydraulic motors via smoothing accumulators. The hydraulic motors drive electrical
generators to produce electricity. Power from all the joints is fed down a single umbilical
cable to a junction on the sea bed. Several devices can be connected together and linked
to shore through a single seabed cable.
The Pelamis is designed to be moored in waters approximately 50-70m (typically 510km from shore) where the high energy levels found in deep swell waves can be
accessed.

The complete machine is flexibly moored so as to swing head-on to the

incoming waves and derives its 'reference' from spanning successive wave crests.
Keywords – Pelamis, Wave Energy Converter, Renewable Energy.


vii

MỤC LỤC
TRANG

Trang tựa ..................................................................................................................... i
Lý lịch cá nhân ........................................................................................................... ii
Lời cam đoan ............................................................................................................. iii
Lời cảm tạ ...................................................................................................................iv
Tóm tắt .........................................................................................................................v
Mục lục .................................................................................................................... vii
Danh sách các chữ viết tắt ..........................................................................................xi
Danh sách các bảng ....................................................................................................xi
Danh sách các hình ................................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG SÓNG BIỂN...................................3
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
đã công bố ....................................................................................................................3
1.1.1 Một số dự án nhà máy điện sóng biển ngoài nước ................................................5
1.1.2 Các nghiên cứu trong nước .................................................................................8
1.2 Mục đích của đề tài .................................................................................................9
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 10
2.1 Lý thuyết cơ bản về trường sóng vùng biển sâu và ven bờ .................................... 10
2.1.1 Dạng sóng biển .................................................................................................. 10
2.1.2 Phân loại sóng biển ............................................................................................ 11
2.1.2.1 Phân loại sóng theo nguyên nhân, hiện tượng.................................................. 12
2.1.2.2 Phân loại sóng theo độ cao .............................................................................. 12


viii
2.1.2.3 Phân loại sóng theo vùng sóng lan truyền, phát sinh........................................ 12
2.1.2.4 Phân loại sóng theo tỷ số giữa độ cao, độ dài và độ sâu -số Ursel (Ur) ............ 13
2.2 Các lý thuyết mô phỏng mặt biển có sóng: ............................................................ 13
2.2.1 Lý thuyết sóng tuyến tính ................................................................................... 13
2.2.2 Lý thuyết sóng có biên độ hữu hạn..................................................................... 15

2.2.2.1 Lý thuyết sóng ngắn ........................................................................................ 15
2.2.2.2 Lý thuyết sóng dài ........................................................................................... 16
2.2.3 Lý thuyết sóng solitary ....................................................................................... 17
2.2.4 Lý thuyết sóng cnoidal ....................................................................................... 20
2.3. Năng lượng sóng:................................................................................................. 22
2.3.1 Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng, mật độ năng lượng sóng ............................ 22
2.3.2 Thông lượng năng lượng sóng ........................................................................... 23
Chương 3. PHÂN TÍCH CÁC CÔNG NGHỆ TRÊN THẾ GIỚI VÀ LỰA CHỌN
CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM ........................................................ 26
3.1 Các vấn đề cần giải quyết ..................................................................................... 26
3.2 Nguyên lý chuyển đồi năng lượng sóng biển thành điện năng hiện hữu và các nhà
máy điện đã được xây dựng trên thế giới ................................................................... 26
3.2.1 Các công nghệ chuyển đồi năng lượng sóng trên thế giới ................................... 26
3.2.1.1 Nguyên lý sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao động của hệ phao nổi
.................................................................................................................................. 26
3.2.1.2 Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng .................................................... 27
3.2.1.3 Nguyên lý sử dụng phương pháp dao động thuỷ lực để biến đổi điện năng bằng
cách tạo áp suất không khí .......................................................................................... 28


ix
3.2.1.4 Nguyên lý sử dụng phương pháp dao động lắc có sông suất lớn biến đổi năng
lượng sóng sang cơ - điện năng................................................................................... 30
3.2.1.5 Nguyên lý tạo điện năng từ sóng với công suất nhỏ qua tua bin thủy lực ......... 31
3.2.1.6 Nguyên lý tạo điện năng bằng guồng quay ...................................................... 31
3.2.1.7 Phương pháp tích tụ năng lượng sóng biển để chuyển sang điện năng với công
suất lớn ....................................................................................................................... 32
3.2.2 Các kiểu nhà máy điện đã được xây dựng trên thực tế........................................ 33
3.2.2.1 Nhà máy điện Pelamis ..................................................................................... 33
3.2.2.2 Thiết bị chuyển đổi năng lượng CETO ............................................................ 38

3.2.2.3 Nhà máy điện Oyster....................................................................................... 42
3.2.2.4 Nhà máy điện SDE.......................................................................................... 45
3.2.2.5 Nhà máy điện OWC ........................................................................................ 48
3.3 Đánh giá tiềm năng năng lượng sóng biển tại Việt Nam ....................................... 52
3.3.1 Đánh giá thực tế từ các nghiên cứu .................................................................... 59
3.3.2 Chọn lựa công nghệ ứng dụng tại Việt Nam ...................................................... 60
3.3.3 Thiết kế hệ thống phát điện dùng công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển
Pelamis ...................................................................................................................... 61
3.3.3.1 Chọn lựa thông số thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển Pelamis.............. 61
3.3.3.2 Phương án thi công hệ thống ........................................................................... 62
Chương 4. SỬ DỤNG MATLAB ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ CÁC ĐÁP
ỨNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN .................................................................................. 67
4.1 Tổng quan về MATLAB ....................................................................................... 67
4.1.1 Khái niệm về MATLAB .................................................................................... 67
4.1.2 Cấu trúc dữ liệu của MATLAB và các ứng dụng ............................................... 67


x
4.1.2.1 Dữ liệu ............................................................................................................ 68
4.1.2.2 Ứng dụng ........................................................................................................ 68
4.1.2.3 Thanh công cụ Toolbox .................................................................................. 68
4.1.3 Hệ thống Matlab ................................................................................................ 69
4.2 Mô hình hóa, mô phỏng hệ thống động sử dụng Simulink..................................... 70
4.2.1 Khái niệm về Simulink ...................................................................................... 70
4.2.2 Phương pháp xây dựng mô hình ......................................................................... 70
4.2.3 Giới thiệu một số khối chức năng được sử dụng trong mô phỏng ....................... 72
4.2.3.1 Khối Busbar .................................................................................................... 73
4.2.3.2 Khối Three-phase Progammable Voltage Source ............................................ 73
4.2.3.3 Khối Synchronous Machine pu standard ......................................................... 73
4.2.3.4 Khối HTG ....................................................................................................... 76

4.2.3.5 Khối Excitation System................................................................................... 77
4.3 Mô phỏng mô hình hệ thống nghiên cứu trên Matlab ........................................... 77
4.3.1 Sơ đồ đơn tuyến mô hình nghiên cứu ................................................................. 77
4.3.2 Mô hình mô phỏng trên matlab .......................................................................... 78
4.3.2.1 Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.................................................................................... 79
4.3.2.2 Bộ nghịch lưu 3 pha ........................................................................................ 80
4.3.2.3 Bộ điều khiển hòa lưới .................................................................................... 88
4.3.2.4 Bô điều chế độ rộng xung PWM ..................................................................... 89
4.3.3 Kết quả mô phỏng .............................................................................................. 90
Chương 5. KẾT LUẬN ............................................................................................ 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 95


xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Dự án Enersis ............................................................................................... 6
Hình 1.2: Nhà máy điện Oyster ....................................................................................7
Hình 2.1: Các yếu tố sóng đối với dạng sóng tiến hình sin ......................................... 11
Hình 2.2: So sánh sóng Stokes bậc một (tuyến tính) và sóng Stokes bậc 2 ................. 16
(sóng ngắn). ................................................................................................................ 16
Hình 2.3: Các hằng số M, N trong công thức tính tốc độ hạt nước ............................. 19
trong chuyển động sóng solitary. ................................................................................ 19
Hình 2.4: Vùng áp dụng các loại lý thuyết sóng ......................................................... 21
Hình 2.5: Dạng các sóng Airy, Stokes, cnoidal và solitary ......................................... 22
Hình 2.6: Sơ đồ phân bố năng lượng sóng ................................................................. 23

Hình 3.1: Nguyên lý sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng ......................... 26
Hình 3.2: Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng ............................................... 28
Hình 3.3: Sử dụng dao động thủy lực để biến đổi năng lượng sóng sang điện năng.... 29
Hình 3.4: Phương pháp lắc có công suất lớn để tạo điện năng từ năng lượng sóng .... 30
Hình 3.5: Máy phát điện bằng tuốc bin thuỷ lực......................................................... 32
Hình 3.6: Phương pháp tạo điện năng từ sóng biển bằng guồng quay ......................... 32
Hình 3.7: Nguyên lý làm việc của hệ thống nắn chỉnh PACCELA ............................. 33
Hình 3.8: Phương thức đặt thiết bị Pelamis ................................................................ 34
Hình 3.9: Hệ thống động lực ...................................................................................... 35
Hình 3.10: Thời gian ý tưởng Pelamis được ứng dụng vào thực tế ............................. 37
Hình 3.11: Hình ảnh thực tế một Pelamis ................................................................... 37


xiii
Hình 3.12: Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển CETO ................................. 39
Hình 3.13: Mô hình đồ họa 3 chiều của một CETO đơn giản ..................................... 40
Hình 3.14: Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển Oyster ..................................... 43
Hình 3.15: Nhà máy điện SDE ................................................................................... 46
Hình 3.16: Vị trí lắp đặt nhà máy điện OWC ............................................................. 49
Hình 3.17: Cách bố trí của một nhà máy điện OWC đơn giản .................................... 49
Hình 3.18: Nhà máy điện PICO ................................................................................. 51
Hình 3.19: Nhà máy điện LIMPET ............................................................................ 52
Hình 3.20: Năng lượng sóng trung bình mùa gió đông bắc ........................................ 53
Hình 3.21: Năng lượng sóng trung bình mùa gió tây nam .......................................... 54
Hình 3.22: Năng lượng sóng trung bình năm ............................................................. 55
Hình 3.23: Hệ thống neo đậu cho Pelamis.................................................................. 64
Hình 3.24: Sơ đồ kết nối điện cho một Pelamis .......................................................... 65
Hình 4.1: Mô hình phân tích sóng Sin ........................................................................ 71
Hình 4.2: Cửa sổ tạo các khối từ thư viện .................................................................. 71
Hình 4.3: Cách tiến hành chạy mô phỏng................................................................... 72

Hình 4.4: Kết quả hiển thị tín hiệu hình Sin ............................................................... 72
Hình 4.5: Khối Busbar ............................................................................................... 73
Hình 4.6: Khối Three-phase Programmable Voltage Source ...................................... 73
Hình 4.7: Khối Synchronous Machine pu stardand .................................................... 74
Hình 4.8: Khối HTG .................................................................................................. 76
Hình 4.9: Khối Excitation System .............................................................................. 77
Hình 4.10: Sơ đồ kết lưới của mô hình nghiên cứu .................................................... 78
Hình 4.11: Mô hình hệ thống được xây dựng trên Matlab .......................................... 78


xiv
Hình 4.12: Mô hình bộ hòa lưới ................................................................................. 79
Hình 4.13: Mô hình bộ chỉnh lưu ............................................................................... 79
Hình 4.14: Trạng thái đóng ngắt của các khóa bán dẫn .............................................. 80
Hình 4.15: Các vector điện áp chuẩn và các sector ..................................................... 81
Hình 4.16: Vector Vref nằm trong sector 1 ................................................................ 83
Hình 4.17: Vector không gian Vs-ref ......................................................................... 85
Hình 4.18: Giản đồ đóng ngắt của các khóa ............................................................... 88
Hình 4.19: Mô hình bộ điều khiển hòa lưới ................................................................ 88
Hình 4.20: Chuyển đổi hệ tọa độ quay abc sang hệ vuông góc α,β ............................. 89
Hình 4.21: Mô hình bộ điều chế độ rộng xung PWM ................................................. 90
Hình 4.22: Dòng stator từ thời điểm: t = 0s đến t = 4s ................................................ 91
Hình 4.23: Quá trình quá độ từ thời điểm: t = 0s đến t = 0,2s ..................................... 91
Hình 4.24: Công suất thực đầu ra của máy phát ......................................................... 92
Hình 4.25: Điện áp đầu ra của bộ hòa lưới ................................................................. 92
Hình 4.26: Dòng điện đầu ra của bộ hòa lưới ............................................................. 92


MỞ ĐẦU
Chúng ta biết rằng, kinh tế Việt Nam trong những năm qua đã có những chuyển

biến rất mạnh mẽ, nhiều khu công nghiệp mới hình thành. Bên cạnh đó chúng ta cũng
đang gặp rất nhiều khó khăn về môi trường, đặt biệt Việt Nam là một trong những
nước chịu tác động trực tiếp của sự biến đổi khí hậu, sự ấm lên của bầu khí quyển và
sự gia tăng của mực nước biển. Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng sạch- bền vững
không chỉ nhằm bảo vệ môi trường mà còn góp phần đối phó với biến đổi khí hậu, tạo
sự phát triển cho đất nước là một vấn đề mang tính “thời sự” đã và đang được nhiều
nhà nghiên cứu quan tâm.
Trong thời gian vừa qua ngành điện ở nước ta phát triển rất nhanh, nhưng vẫn
không đáp ứng đủ điện cho nền kinh tế đang tăng trưởng nhanh và nhu cầu tiêu dùng
của nhân dân. Ngành điện đã phải nhập khẩu thêm điện của Trung Quốc mà vẫn còn
thiếu điện nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống của nhân dân. Nguồn
điện của ta rất đa dạng: nhiệt điện chạy than, nhiệt điện chạy khí, nhiệt điện chạy dầu,
thủy điện, phong điện, điện chạy bằng năng lượng mặt trời...
Than đá, dầu mỏ, khí đốt,... ngày càng cạn kiệt dần nên việc nghiên cứu và xây
dựng các nhà máy phát điện chạy bằng năng lượng tái tạo ở nhiều nước trên thế giới
ngày càng được đẩy mạnh. Việc sử dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện
đã được nhiều nhà khoa học ở một số nước trên thế giới nghiên cứu từ lâu bằng những
công nghệ rất hiện đại. Trong các bản tin thời sự ta thường được nghe các nước đang
tích cực đẩy nhanh tỷ lệ phát điện bằng năng lượng tái tạo lên cao. Nhưng rất tiếc rằng
năng lượng tái tạo ở đây mới chỉ thấy nói đến nhiều là năng lượng mặt trời và năng
lượng gió.
Nước ta nối tiếng là một đất nước có bờ biển dài, trải dọc theo toàn bộ chiều dài đất
nước. Với điều kiện được thiên nhiên ưu đãi như vậy, tại sao chúng ta không khai thác

-1-


nguồn năng lượng tái tạo từ đại dương để phục vụ cho việc phát triển, hiện đại hóa đất
nước. Vấn đề đặt ra là tại sao điện chạy bằng năng lượng sóng biển vẫn chưa được phát
triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới ? Phải chăng việc nghiên cứu sử dụng năng

lượng sóng biển để chạy máy phát điện của các nhà khoa học trên thế giới còn nhiều
vấn đề hay giá thành phát điện còn rất cao so với các dạng năng lượng khác ?

-2-


Chƣơng 1 : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG SÓNG BIỂN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố
Nước ta là nước có bờ biển rất dài, dài đến hơn 3.200 km. Quanh năm sóng biển vỗ
bờ. Nước ta lại có nhiều hải đảo. Quanh đảo là biển. Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới,
sóng biển thường rất mạnh trong nhiều ngày liên tiếp. Trong những ngày có gió mùa
đông bắc, sóng biển ở các tỉnh ven biển miền Trung cũng lớn. Trong những ngày có
gió tây nam, sóng biển trên vịnh Thái Lan ở các tỉnh Kiên Giang, Cà Mau cũng lớn. Vì
vậy năng lượng của sóng biển ở ven bờ biển nước ta rất lớn. Có thể nói nguồn năng
lượng đó là vô tận. Nhiều nước trên thế giới không có được thuận lợi như thế. Đó
chính là thế mạnh của nước ta. Nếu ta nghiên cứu thành công việc sử dụng năng lượng
sóng biển để chạy máy phát điện với giá thành phát điện tương đối rẻ sẽ đem lại hiệu
quả kinh tế rất lớn cho đất nước và sẽ phát huy được thế mạnh ít nước có được. Vấn đề
đặt ra là làm sao có thể khai thác được nguồn năng lượng vô tận đó để chạy máy phát
điện thành công ?
Năng lượng sóng biển tuy có rất nhiều tiềm năng nhưng việc nghiên cứu nó cũng
gặp rất nhiều khó khăn, trở ngại. Muốn nghiên cứu việc sử dụng năng lượng sóng biển
để chạy máy phát điện, trước hết ta phải nghĩ đến những khó khăn, trở ngại là gì và có
thể khắc phục được những khó khăn trở ngại đó hay không?
Theo tôi có một số khó khăn và trở ngại sau :
+ Sóng biển chỉ lên xuống nhấp nhô nhưng máy phát điện lại cần chuyển động quay
theo một chiều nhất định. Có rất nhiều cách để chuyển năng lượng sóng biển thành
chuyển động quay theo một chiều nhất định và các kết quả thu được cũng rất khác
nhau. Giá thành phát điện phụ thuộc phần lớn vào cách chuyển năng lượng này. Dùng

-3-


những công nghệ rất hiện đại và phải đầu tư lớn, nhưng kết quả thu được lại không
nhiều thì giá thành phát điện cao là điều rất dễ hiểu.
+ Tính không ổn định của sóng biển và mực nước biển. Điện sản xuất ra cần đều đặn
và ổn định, nhưng:
- Sóng biển lúc cao, lúc thấp, lúc mạnh, lúc yếu.
- Chu kỳ và khoảng cách giữa 2 làn sóng biển cũng khó xác định.
- Mực nước biển lên cao, xuống thấp theo thủy triều.
+ Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, sóng biển thường liên tục mạnh trong nhiều ngày,
lớn hơn những ngày bình thường rất nhiều.
+ Nước biển có độ ăn mòn rất cao.
+ Các thiên tai như động đất, sóng thần,...
+ Nếu nhà máy điện chỉ phát điện được với công suất nhỏ thì rất khó hòa được vào lưới
điện quốc gia.
Theo đánh giá của Trung tâm Năng lượng Tái tạo trên biển Châu Âu, hiện nay có
khoảng 51 loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng . Tuy chưa có được một tiêu chuẩn
phân loại thống nhất, tất cả các dạng thiết bị này có thể được phân loại theo 3 tiêu chí:
+ Theo tiêu chí về vị trí lắp đặt thiết bị.
+ Theo tiêu chí về độ sâu lắp đặt thiết bị.
+ Theo tiêu chí về nguyên lý vật lý và công nghệ chuyển đổi năng lượng.
Ngoài ra cũng có các phân loại khác, ví dụ như loại thiết bị sử dụng cơ chế dao
động cột nước trong sóng và thiết bị sử dụng nguyên lý tràn nước trong sóng đôi khi
được gọi là thiết bị “ngăn chặn” sóng vì các thiết bị này dựa trên nguyên lý chặn sóng
để tạo ra năng lượng, trong khi đó các loại thiết bị dựa trên cơ chế trường sóng tắt dần
và cơ chế hấp thụ điểm có thể được phân loại dưới dạng thiết bị “lựa theo chiều sóng”.

-4-

Trên bảng 1.1 thống kê các dạng thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng theo 3 tiêu chí:
tiêu chí vị trí lắp đặt thiết bị, tiêu chí độ sâu và tiêu chí về nguyên lý vật lý và công
nghệ chuyển đổi năng lượng trên thế giới.
Bảng 1.1: Phân loại các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng.
Độ sâu(m)

Vị trí

Trên bờ

0

Nguyên lý vật lý

Nhà máy PICO,

nước trong sóng

Azores

Sóng tràn

Tapchan, Na Uy

nước trong sóng
1-25

Nước dâng do

sóng
Sóng tràn/ chặn
sóng
Sóng tắt dần

>25

Oceanlinx

Oceanlinx

Aquamarine

Oyster

Wavedragon

Wavedragon

Pelamis Wave
Power

Pelamis

Sóng tắt dần

C-wave

C-wave

Sóng tắt dần

Raft design

Matifer

Hấp thụ điểm
Xa bờ

Tên thiết bị

Dao động cột

Dao động cột

Gần bờ

Nhà thiết kế

Hấp thụ điểm
Hấp thụ điểm

Ocean Power
Technology
AWS II
Finavera
Renewable

PowerbuOY
AWS II

AquaBuOY

Hấp thụ điểm

Wavebob

Wavebob

Hấp thụ điểm

Camegie Corp

CETO II

Hấp thụ điểm

WET-NZ

WaveWobbler

1.1.1 Một số dự án nhà máy điện sóng biển ngoài nƣớc
- Nhà máy Pelamis

-5-


Hình 1.1: Dự án Enersis
Là dự án về phát triển năng lượng tái tạo lớn nhất Bồ Đào Nha hiện nay, nó đã thực
hiện xong giai đoạn 1 với ba tổ hợp phát điện có công suất mỗi tổ là 750kW. Các tổ
hợp này được lắp đặt cách bờ biển 5km và có độ sâu đáy biển là 50m.

Giai đoạn 2 của dự án trên đã được cấp phép thực hiện, dự án này sẽ nâng công suất
của nàh máy lên 24MW.
- Các đặc điểm chính của nhà máy điện Pelamis
Máy phát điện Pelamis được triển khai xây dựng ngoài khơi để có thể nhận được
sóng có độ cao lớn, năng lượng cao. Do sử dụng các nguyên liệu bền với môi trường
nước biển nên tuổi thọ của chúng rất cao. Tại môi trường này, nó được thiết kế để
không phải bảo trì bên trong thiết bị, các phần động lực và phát điện, mà chỉ bảo trì bên
ngoài thiết bị để kiểm tra các hư hỏng do ngoại lực tác động vào.
Đây là dạng nhà máy điện có tỉ lệ chuyển đổi năng lượng điện cao, đã được kiểm
chứng trong thực tiễn hoạt động. Nó được đưa vào sản xuất công nghiệp và triển khai
hoạt động ngay sau khi lắp đặt. Nhà máy điện loại này có thể điều khiển công suất ngõ

-6-


ra một cách để dàng và nó có thể hoạt động tốt trong điều kiện thời tiết xấu,chịu được
sóng biển có chiều cao lên tới 28m.
Do có thiết kế hợp lí với đường kính 3.5 m và chìm một phần trong nước biển nên
thiết bị này hầu như không gây cản trở tầm nhìn khi lưu thông trên biển. Ngoài ra
chúng được chế tạo để hoạt động nổi trên mặt biển và chỉ có một đầu nối xuống đáy
biển và các thiết bị thu nhận và truyền tải điện vào bờ là nối đáy biển nên chúng ít ảnh
hưởng đến các sinh vật sống cũng như môi trường sinh thái đáy biển. Đây là nguồn
năng lượng tái sinh và các thiết bị điện đều được bọc bên trong khoang động lực nên
chúng không thải ra môi trường bất cứ chất thải độc hại nào. Chi phí xây đựng nhà máy
cũng rất thấp, các thiết bị chuyển đổi đã được tích hợp sẵn bên trong pelamis, nên chi
phí xây dựng chỉ là xây một cột neo ở đáy biển để giữ cho pelamis không bị trôi đi theo
sóng và các thiết bị thu điện để chuyển vào trong đất liền sử dụng.
- Nhà máy điện OYSTER VÀ SDE

Hình 1.2: Nhà máy điện Oyster

+ Cấu tạo Oyster

-7-