Đề tài Nghiên cứu Năng lượng thủy triều

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 2

Năng lượng thủy triều

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

1.
2.
3.
4.
5.

Mai Thị Giang.
Trần Thu Hà.
Vũ Thị Huyền.
Ninh Thị Hương.
Trương Thị Thu Hương.

1


Nội dung

I. Khái quát về năng lượng thủy triều.
II. Tiềm năng.
1. Thế giới.
2. Việt Nam.
III.Ứng dụng năng lượng thủy triều.

1. Lịch sử phát triển.
2. Điện năng từ thủy triều.
3. Ưu, nhược điểm.
IV.Tình hình sử dụng.
1. Thế giới.
2. Việt Nam

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

2


I. Khái quát

1.

Định nghĩa:

-

Thủy triều sinh ra do lực hấp dẫn giữa Mặt trăng, Mặt trời và chuyển động quay của Trái đất
(Trái đất tự quay quanh trục → mỗi ngày có 2 lần thủy triều lên cao và xuống thấp)

-

Điện thủy triều (Năng lượng thủy triều): Lượng điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều.

2. Phân loại:

•

Triều cường : * Thủy triều cực đại – Khi Mặt trời, Mặt trăng, Trái đất gần như thẳng hàng - ảnh hưởng của lực hấp dẫn là lớn
nhất.

•
•

* Có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng – nước hạ.(Xảy ra ngay sau khi trăng tròn và trăng non)

◦
Triều kiệt : Thủy triều cực tiểu - Khi đường thẳng nối Trái đất, Mặt trăng tạo thành góc 90 với đường thẳng nối Trái đất và
Mặt trời – ảnh hưởng của sức hút thấp nhất)

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

3


Khái quát - Phân loại

H.1

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

4


Phân loại thủy triều

 Theo chu kỳ triều phân thành 3 loại:

1.
2.
3.

Triều bán nhật :Nếu chu kỳ dao động của thuỷ triều bằng nửa ngày Mặt Trăng (12g25ph).
Triều toàn nhật :Chu kỳ bằng một ngày Mặt Trăng (24g50ph).
Triều hỗn hợp :Chu kỳ biến đổi trong thời gian nửa tháng Mặt Trăng từ bán nhật sang toàn nhật (ngược lại).
- Bán nhật triều không đều
- Nhật triều không đều

(Nếu số ngày với chu kỳ toàn nhật chiếm ưu thế thì thuỷ triều → triều toàn nhật không đều, nếu số ngày với chu kỳ bán nhật
chiếm ưu thế − triều bán nhật không đều.)



Khu vực có chế độ bán nhật triều không đều: hầu hết các ngày trong tháng có có hai lần triều dâng và hai lần triều rút và
một số ngày chỉ có một lần triều lên hoặc một lần triều rút.



Khu vực có chế độ nhật triều không đều: hầu hết các ngày trong tháng là nhật triều và một số ít ngày là bán nhật triều.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

5


Phân loại thủy triều

Bình thường,chênh lệch mực nước triều dâng – triều hạ ≈ 0,5m. Tuy nhiên,1 số vùng biển vịnh hẹp có sự chênh lệch lớn: Vịnh Fundy

( Nova Scota- Đông Nam Canada) – 16m (Max).

H.1 Triều lên và triều xuống Vịnh Fundy

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

6


3. Nguyên nhân hình thành:
Nguyên nhân tạo ra thủy triều

1.

Lực hấp dẫn của Mặt trăng và Mặt trời. ( Fhấp dẫn mặt trăng = 2* Fhấp dẫn mặt trời ).

2.

Lực hướng tâm của Trái đất.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

7


Nguyên nhân hình thành thủy triều – Lực hấp dẫn
Nước phình - Do lực hấp dẫn
của mặt trăng

LỰC HẤP DẪN

Điểm cân bằng của hệ thống Trái đất
– Mặt trăng

LỰC HƯỚNG TÂM

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

8


Nguyên nhân hình thành – Lực hướng tâm của Trái đất

Tại mỗi điểm của bề mặt Trái đất, có các lực tác động

1.

Trọng lực:

2
F1 = G.E/r (Định luật Newton) →lực này k đổi về hướng + độ lớn→góp phần làm thủy triều rút chứ k

gây ra hoàn toàn hiện tượng thủy triều.

2.

Lực ly tâm: F2 = ω2 .r.cosα (ω : vận tốc góc của TĐ ; α Vĩ độ đlí của điểm đã cho).→k đổi về hướng + độ lớn
→góp phần làm triều dâng, k hoàn toàn gây ra hiện tượng thủy triều.

3.

Lực kéo của mặt trăng lên TĐ: lên mỗi điểm có khối lượng là 1 đơn vị
F3 = G.M/∆

2

Tại những điểm khác nhau trên bề mặt Trái đất độ lớn và hướng của lực cũng thay đổi (khoảng cách thay đổi), lực
này thay đổi theo thời gian (do sự tự quay của TĐ) → Thay đổi liên tục khoảng cách giữa 2 chất điểm trên Trái đất –
Mặt trăng.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

9


Nguyên nhân hình thành

4. Lực li tâm của hệ thống trái đất - mặt trăng - mặt trời
Giữa trái đất – mặt trăng xem như chuyển động quanh 1 tâm O – nằm giữa TĐ, MT do ảnh hưởng của lực hấp dẫn.
(O cách tâm TĐ ≈ 4600km, cách bề mặt 1771,2 km)
Đặc điểm:
–

Lực này trong tất cả các điểm cắt của bề mặt trái đất đều bằng nhau, bằng lực ly tâm xuất hiện trong tâm trái đất cũng

với chuyển động này.
–

Có hướng từ mặt trăng, tác động lên tất cả các điểm của Trái đất theo phương song song với đường nối tâm.

–

Có độ lớn = lực ly tâm tại tâm trái đất nhưng có hướng ngược lại.

–

Tại cùng một thời điểm, tất các điểm đều chịu cùng một lực như nhau về độ lớn và hướng.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

10


4. Đặc điểm của thủy triều
Những biến đổi thủy triều trải qua các giai đoạn sau:
Ngập triều :mực nước biển dâng lên trong vài giờ, ngập vùng gian triều.

Triều cao :nước dâng lên đến điểm cao nhất

Triều thấp:nước hạ thấp đến điểm thấp nhất

 Thủy triều tạo ra các dòng chảy có tính dao động gọi là dòng chảy triều. Thời điểm mà dòng triều dừng chuyển động được gọi là
nước chùng hoặc nước đứng. Thủy triều sau đó đổi hướng thì ta có sự biến đổi ngược lại.
(Nước đứng thường xuất hiện gần lúc mực nước triều cao hoặc triều thấp. Nhưng có những nơi là thời gian nước đứng là khác nhau đáng kể giữa triều cao và
triều thấp)

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

11

…Đặc điểm của thủy triều

1. Chu kỳ triều: Chu kỳ triều phụ thuộc vào cơ chế tổ hợp các sóng triều
thành phần.Thông thường, khoảng thời gian giữa hai lần chân triều trong
một ngày gọi là chu kỳ triều.

2.Thời gian triều dâng: Khoảng thời gian từ lúc chân triều đến lúc đỉnh triều
kế tiếp.

3.Thời gian triều rút: Khoảng thời gian từ lúc đỉnh triều đến lúc chân triều.

4.Độ lớn triều: Hiệu mực nước nước lớn cao và mực nước nước ròng thấp
trong ngày.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

12


…Đặc điểm của thủy triều

5. Sóng triều.
Thủy triều lan truyền trong thủy quyển dưới dạng sóng dài, chu kỳ nhiều giờ, bước sóng
hàng ngàn km và biên độ bé (so với bước sóng).

Các sóng triều cơ bản là:

Bán nhật triều mặt trăng chính (KH:M2, CK:12h25p)
Nhật triều mặt trăng chính (KH:O1,CK:25h47p)
Bán nhật triều chính (KH:S2, CK:12h)

Nhật triều mặt trời chính (KH:P1, CK:24h4 p)
Lệch nhật triều chính (KH:K1, CK:23h56p)
( Có ≈ 396 sóng triều thành phần có ý nghĩa)

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

13


…Đặc điểm của thủy triều

6.Sóng triều tại vùng biển ven bờ và cửa sông:
Tính chất thủy triều tại vùng biển ven bờ, cửa sông rất phức tạp vì mực nước triều ở đây được hình thành bởi tổ hợp
các sóng dài dạng sóng tiến và sóng đứng bị biến dạng mạnh do sự phản xạ, khúc xạ, tác động của lực Corriolis, lực ma sát,
cấu trúc đáy, đường bờ biển và sông rạch.

7.Mực nước triều:
Quá trình mặt nước dao động theo thời gian so với mốc cao độ quy ước. Mực nước triều đo bằng đơn vị độ dài mét (m)
hoặc centimet (cm)

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

14


…Đặc điểm của thủy triều

8.Kỳ triều cường và kỳ triều kém:
Cứ trong khoảng nửa tháng có 3-5 ngày triều lên xuống mạnh (lên rất cao, xuống rất thấp) gọi là triều cường,thường
sảy ra vào tuần trăng rằm và đầu tháng âm lịch ; sau đó độ lớn triều giảm dần kéo dài chừng 4-5 ngày, tiếp đó là 3-5

ngày triều lên xuống rất yếu gọi là triều kém thường sảy ra ở thời kỳ trăng non và trăng già . Kế đó, độ lớn triều tăng
dần trong vòng 4-5 ngày và bước vào kỳ nước cường tiếp theo.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

15


II. Tiềm năng thủy triều
1. Công suất tiềm năng toàn thế giới: 3 tỷ KW
2. Lượng có thể khai thác: 640.000 KW
3. Dự đoán cung cấp toàn cầu: 1.800 TWh/năm,
đáp ứng ≈ 5% nhu cầu năng lượng hiện
nay.

Mật độ năng lượng thủy triều
[Nguồn: />
Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

16


Tiềm năng thủy triều

5. Công thức năng lượng do tuabin cánh quạt sinh ra:

P = 1/2ρAv3 Cp
Cp = hệ số điện tuabin

ρ = mật độ nước biển

A = diện tích quét của tuabin ( m²)
V = vận tốc của dòng chảy xa bờ



Thưc tế có thất thoát năng lượng trong quá trình thành điện
năng do:
- Tốc độ dòng chảy không lí tưởng
- Các thiết bị bị ảnh hưởng bởi: các điều kiện tự nhiên, sự
ăn mòn hoặc ma sát với dòng biển
- Hệ thống dẫn điện: máy phát điện, máy biến thế, kết nối
lưới điện…

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

17


Tiềm năng thủy triều

1. Có thể xây đập.
2. Nguồn TN ≈GW.
3. thủy triều thích hợp

Phân bố tiềm năng thủy triều trên Thế giới
[Nguồn: />Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

18

Tiềm năng trên thế giới

*

Canada: tiềm năng > 42 GW

*British Colombia (4000 MW), vịnh Fund, đường biển St Lawrence những điểm có tiềm năngtốt nhất Thế giới.

*

Mỹ: Alaska, Washington, California, Maine → mật độ năng lượng lớn.

*

Chile: ≥ 500 MW.

*

Anh: khai thác 18TWh/năm, 40% tập trung ở phía bắc Scotland.

*

Pháp: thủy triều mạnh nhất xung quanh đảo Channel.

*

Austraulia: North West có những điểm thủy triều cao nhất thế giới ≈ 10m .

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

19


Tiềm năng thủy triều - Thế giới

*
*

Nga:

≈ 90.000MW.

Ấn Độ: ≈ 9.000 MW.

- Bờ Tây: vịnh Cambay (7.000 MW).
vịnh Kutch (1200 MW).

- Bờ Đông: Các đồng bằng sông Hằng Tây Bengal phát triển quy mô nhỏ ước tính ≈ 100 MW.

* Hàn Quốc: Hiện tại ≈ 500MW.
*(phía Bắc có tiềm năng mạnh nhất thế giới. )

* Trung Quốc: 200.000 KW → Tiềm năng khổng lồ.
Khu vực thủy triều lớn nhất : Thượng Hải , Chiết Giang

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

20

Tiềm năng năng lượng thủy triều Việt Nam



Tiềm năng khai thác năng lượng thủy triều do:
- Có nhiều vũng, vịnh, cửa sông, đầm phá, đường bờ biển > 3.200km
- Độ lớn thủy triều: 0.5 -> 4.5m chủ yếu khoảng 1.5 -> 2m



Bà Rịa - Vũng Tàu: 5,2 GWh/km2 → mật độ năng lượng thủy triều lớn nhất, cực đại.



Phan Thiết: giảm dần tới 2,1 GWh/km2.



Thừa Thiên Huế: giảm còn: 0,3 GWh/km2.



Nghệ An tăng: ≈ 2,5 GWh/km2.



Quảng Ninh - Hải Phòng : Mật độ năng lượng ≈ 3,7 GWh/km2 → tiềm năng phát triển nhiều nhất.
Công suất lắp máy có thể đạt 550MW, chiếm 96% tiềm năng kỹ thuật nguồn điện thủy triều Việt Nam

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

21


Tiềm năng năng lượng thủy triều Việt Nam

Quy hoạch xây dựng trạm điện thủy triều Cô Tô (Quảng Ninh)
[Ảnh: Viện KHNL Việt Nam]
Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

22


Tiềm năng năng lượng thủy triều Việt Nam

 Năng lượng thủy triều - dự án đê biển Vũng Tàu
•
•

Vũng Tàu có: mức triều 3-4m. Chế độ bán nhật triều
Theo Bernstren:

−

2
Công suất lý thyết: Nlt = 225.A .F (KW)

−

Điện năng lý thuyết:

6 2
Elt = 1.97.10 .A .F (KWh/năm)
A: biên độ triều (m)
2
F: diện tích mặt nước (km )

•
•

Ước tính công suất lắp máy: 300.000 KW
Điện năng: 2.102 tỷ KWh/năm ( đã trừ 3 tháng mùa lũ không
điều hành phát điện và chế độ triều bán nhật)

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

23


III. Ứng dụng:
1. Lịch sử phát triển:
Khoảng thế kỉ XII: Sử dụng thủy triều như một loại năng lượng, chuyển động lên xuống của thủy triều → quay cối nghiền ngũ
cốc. Sau đó, dần bị thay thế bởi các loại năng lượng khác rẻ hơn, có sẵn (do cuộc cách mạng nông nghiệp bùng nổ).
Thế kỉ XIX: nguồn năng lượng này được quan tâm trở lại.

H.1: Nhà máy thủy triều tại Bồ Đào
Nha (≈ năm 1280)

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

24

Ứng dụng

Nguyên tắc:
khi thủy triều lên → nước giữ lại trong đập → thủy triều xuống, đập xả nước → tua bin quay → quay máy nghiền ngũ cốc.

Giang-Hà-Ninh Hương-Trương Hương

25