TỔNG hợp, PHÂN TÍCH và ĐÁNH GIÁ VIỆC KHAI THÁC KHAI THÁC sử DỤNG tài NGUYÊN NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI và VÙNG BIỂN VIỆT NAM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.11 MB, 40 trang )
TỔNG CỤC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM
VIỆN NGHIÊN CỨU BIỂN VÀ HẢI ĐẢO
-------------------------
BÁO CÁO KẾT QUẢ
NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN THEO CHỨC NĂNG NĂM 2018
TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ VIỆC KHAI THÁC KHAI
THÁC SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN TRÊN
THẾ GIỚI VÀ VÙNG BIỂN VIỆT NAM.
HÀ NỘI, 2018
`
TỔNG CỤC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM
VIỆN NGHIÊN CỨU BIỂN VÀ HẢI ĐẢO
-------------------------
BÁO CÁO KẾT QUẢ
NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN THEO CHỨC NĂNG NĂM 2018
THU THẬP, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NGHIÊN CỨU, QUẢN LÝ, KHAI THÁC SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN TẠI VIỆT NAM.
Viện trưởng
Chủ nhiệm
Nguyễn Lê Tuấn
Dư Văn Toán
HÀ NỘI, 2018
`
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết ................................................................................................. 1
1. Mục tiêu......................................................................................................... 1
2. Kế hoạch thực hiện, sản phẩm: ..................................................................... 2
Chương 1: Tổng quan về năng lượng sóng biển ................................................... 1
1. Tiềm năng năng lượng sóng biển trên thế giới ............................................ 1
2. Hiện trạng nghiên cứu khai thác sử dụng năng lượng sóng biển .................. 4
2.1. Tình hình nghiên cứu, khai thác sử dụng năng lượng sóng biển ............... 4
2.2. Một số nghiên cứu về bản đồ năng lượng sóng trên thế giới..................... 7
2.2.1. Tập bản đồ năng lượng sóng của Liên hiệp Anh ................................ 7
2.2.2. Tập bản đồ năng lượng sóng Trung Quốc của Zhifeng Wang ......... 11
2.3. Cơng nghệ khai thác năng lượng sóng ..................................................... 15
2.4. Các dự án điện từ năng lượng sóng biển .................................................. 22
2.5. Các thành tựu về nghiên cứu, chính sách năng lượng sóng biển quốc tế 25
Chương 2: Phân tích, đánh giá nghiên cứu khai thác năng lượng sóng biển tại
Việt Nam ............................................................................................................. 26
2.1. Các văn bản, chính sách về năng lượng sóng biển .................................. 26
2.2. Các cơng trình nghiên cứu về năng lượng sóng biển ............................... 34
Chương 3: Tính tốn tiềm năng năng lượng sóng biển ven bờ Việt Nam .......... 49
3.1. Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng......................................................... 49
3.2. Thơng lượng năng lượng sóng ................................................................. 49
3.3. Phương pháp tính tốn năng lượng sóng biển.......................................... 52
3.3.1. Nguồn dữ liệu .................................................................................... 52
`
3.3.2. Số liệu đường bờ của 28 tỉnh thành ven biển.................................... 54
3.3.3. Phương pháp tính tốn cơng suất năng lượng sóng biển .................. 54
3.3. Kết quả phân vùng và tính tốn ............................................................... 55
3.3.1. Phân vùng năng lượng sóng biển ...................................................... 55
3.3.2. Kết quả tính tốn ............................................................................... 57
Chương 4: Đề xuất định hướng, nội dung nghiên cứu khoa học kiến nghị giải
pháp quản lý tài nguyên năng lượng sóng biển tại việt nam............................... 62
4.1. Đề xuất các nhiệm vụ, nội dung nghiên cứu về NL sóng biển ................ 62
4.2. Kiến nghị các giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên năng lượng sóng . 62
4.2.1.Giải pháp về thị trường ...................................................................... 62
4.2.2. Giải pháp về khoa học, kỹ thuật ........................................................ 63
4.2.3. Giải pháp cơ chế, chính sách............................................................. 63
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 68
`
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Tỷ trọng khai thác năng lượng sóng các nước trên thế giới ................. 2
Hình 1.2. Khả năng khai thác năng lượng sóng theo tháng .................................. 3
Hình 1.3. Khả năng khai thác năng lượng sóng theo năm .................................... 4
Hình 1.4. Bản đồ độ cao sóng trung bình năm của cho vùng biển liên hiệp Anh 9
Hình 1.5. Giới thiệu bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu vực vùng
biển Liên Hiệp Anh ............................................................................................. 11
Hình 1.6. Bản đồ độ cao sóng trung bình tháng vùng biển phía Nam Trung Quốc
............................................................................................................................. 12
Hình 1.7. Bản đồ độ cao sóng theo mùa cho vùng biển phía Nam Trung Quốc 13
Hình 1.8. Bản đồ năng lượng sóng trung bình tháng của vùng biển phía Nam
Trung Quốc.......................................................................................................... 14
Hình 1.9. Bản đồ năng lượng sóng theo mùa của vùng biển Trung Quốc.......... 15
Hình 1.10: Cơng nghệ khai thác năng lượng sóng biển ...................................... 16
Hình 1.11: Module của thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển Pelamis ....... 17
Hình 1.12. Cấu tạo bên trong của thiết bị Pelamis .............................................. 18
Hình 1.13. Hệ thống pelamis đã được lắp đặt và khai thác tại Bồ Đào Nha ...... 18
Hình 1.14. Pelamis trên biển Stromeness, Scotland .......................................... 19
Hình 1.15. Thiết bị biến đổi năng lượng sóng biển nổi AWS ............................ 21
Hình 1.16. Thiết bị biến đổi năng lượng sóng biển chìm AWS ........................ 22
Hình 1.17. Phân bố các dự án điện sóng trước 2001 .......................................... 22
Hình 1.18. Phân bố các dự án điện sóng đến 2016 ............................................. 23
Hình 1.19 : Phân phối điện năng sóng hàng năm ở Châu Âu, tính bằng kW/m . 24
`
Hình 2.1. Bản đồ độ cao sóng (phải) và năng lượng sóng (trái) trung bình năm
............................................................................................................................. 41
Hình 2.2. Bản đồ độ cao sóng trung bình các tháng trong năm .......................... 44
Hình 2.3. Bản đồ năng lượng sóng trung bình các tháng trong năm .................. 47
Hình 3.1: Sơ đồ phân bố năng lượng sóng .......................................................... 49
Hình 3.2: Bản đồ phân vùng năng lượng sóng biển Việt Nam ........................... 57
Hình 3.3. Sự chênh lệch kết quả năng lượng sóng trung bình tháng giữa tập bản
đồ năng lượng sóng của Việt Nam và Trung Quốc ............................................ 59
Hình 3.4. Tỷ trọng cơng suất thu được của 6 khu vực trên toàn bộ dải ven biển
Việt Nam ............................................................................................................. 60
`
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng sóng lý thuyết theo khu vực ............................ 1
Bảng 1.2. Năng lượng sóng theo tháng và năm của một số quốc gia ................... 2
Bảng 1.3. Hiện trạng cơng suất năng lượng sóng trên thế giới (năm 2015) ....... 23
Bảng 1.4. Kế hoạch năng lượng sóng biển của OES đến 2050 .......................... 24
Bảng 2.1. Các văn bản chính sách về năng lượng của Việt Nam ....................... 27
Bảng 3.1: Năng lượng sóng biển theo tháng các tỉnh ven biển Việt Nam của tác
giả Nguyễn Mạnh Hùng ...................................................................................... 52
Bảng 3.2: Năng lượng sóng biển theo tháng các tỉnh ven biển Việt Nam của tác
giả Wang.............................................................................................................. 53
Bảng 3.3: Chiều dài đường bờ các tỉnh ven biển Việt Nam ............................... 54
Bảng 3.4. Năng lượng sóng ven bờ biển Việt Nam trong năm ........................... 58
Bảng 3.5: Năng lượng sóng ven bờ biển Việt Nam trong năm........................... 58
Bảng 3.6: Tỷ trọng và cơng suất điện năng sóng các khu vực ven biển Việt Nam
............................................................................................................................. 59
Bảng 3.7. Dự tính cơng suất điện từ sóng bờ biển Việt Nam ............................. 60
`
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Theo báo cáo Đại dương tồn cầu hàng năm của Liên hợp quốc (UN), năm
2010, tổng năng lượng sóng biển tồn cầu vào khoảng 11.400 TWh mỗi năm, và
có thể chuyển khoảng 16% tương ứng với 1.700 TWh trong đó thành điện năng,
đáp ứng khoảng 10% nhu cầu dùng điện của thế giới. Đên tháng 12 năm 2016 đã
có 1 số dự án điện sóng biển được lắp đặt trên thế giới với tổng công suất trong
năm là 160 GWh.
Việt Nam là nước có đường bờ biển dài trên 3.260 km với trữ lượng năng
lượng sóng biển rất lớn, tuy nhiên chúng ta mới có một số nghiên cứu đề cập
đến mật độ năng lượng sóng biển tại Việt Nam, nhưng chưa có chính sách, cơ
chế để các cơng trình khai thác năng lượng sóng biển đi vào thực tiễn. Năm
2015 Việt Nam đã ban hành Chiến lược quốc gia phát triển năng lượng tái tạo
với tầm nhìn đến năm 2050, thực hiện Chiến lược quốc gia về Biến đổi khí hậu,
Hiệp định Paris 2015 tại COP 21 về biến đổi khí hậu (BĐKH), Việt Nam cam
kết giảm thiểu phát thải khí nhà kính CO2 là 8% vào năm 2030 và và có thể
giảm đến 25% nếu nhận được hỗ trợ hiệu quả từ cộng đồng quốc tế.
Đồng thời Việt Nam là 1 trong 48 quốc gia ký cam kết về định hướng sử
dụng tới 2050 là 100% năng lượng tái tạo tại COP 22 vào năm 2016 tại Ma rốc
về BĐKH thì việc nghiên cứu cơ sở khoa học về tài nguyên năng lượng sóng
biển Việt Nam –năng lượng sạch và tái tạo là rất cần thiết và quan trọng.
Năm 2017 nhiệm vụ đã phân tích, đánh giá hiện trạng nghiên cứu, sử dụng
tài nguyên năng lượng sóng biển của 12 nước trên thế giới và có đề xuất nghiên
cứu trong năm 2018 các nội dung liên quan đến tài nguyên năng lượng sóng
biển Việt Nam.
1. Mục tiêu
- Đánh giá được hiện trạng kết quả nghiên cứu khoa học, văn bản, chính
sách của Việt Nam liên quan đến tài nguyên năng lượng sóng biển
1
`
- Đề xuất được nội dung nghiên cứu khoa học, danh mục các đề tài khoa
học về tài nguyên năng lượng sóng biển Việt Nam.
2. Kế hoạch thực hiện, sản phẩm:
TT
1
2
3
4
5
6
Các nội dung, công việc chủ yếu cần
Sản phẩm, kết quả của
được thực hiện; các mốc đánh giá chủ
nhiệm vụ
yếu
Xây dựng kế hoạch chi tiết triển khai thực Thuyết minh NVTX, Kế
hiện các nội dung công việc
hoạch thực hiện
Thu thập kết quả nghiên cứu khoa học,văn
bản, chính sách của Việt Nam liên quan Danh mục tài liệu
đến tài nguyên năng lượng sóng biển
Phân tích, đánh giá các văn bản, chính sách
của Việt Nam liên quan đến nghiên cứu,
quản lý, khai thác, sử dụng tài ngun năng
lượng sóng biển
Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu,
các đề tài, dự án về tài nguyên năng lượng
sóng biển Việt Nam
Nghiên cứu, đề xuất định hướng nội dung
nghiên cứu khoa học, danh mục đề tài về
tài nguyên năng lượng sóng biển tại Việt
Nam
Các phân tích, nhận xét
Các phân tích, đánh giá
Các định hướng nghiên cứu
và các giải pháp quản lý sử
dụng
- Báo cáo tổng kết nhiệm vụ
Xây dựng báo cáo tổng kết thực hiện - 01 bài báo đăng trên tạp chí
nhiệm vụ năm 2018
trong nước hoặc kỷ yếu hội
thảo toàn văn
2
`
Chương 1: Tổng quan về năng lượng sóng biển
1. Tiềm năng năng lượng sóng biển trên thế giới
Theo báo cáo Tổ chức năng lượng đại dương OES, tính đến năm 2016, tổng
năng lượng sóng biển tồn cầu theo các khu vực vào khoảng 29.500 TWh/năm
(bảng 1.1).
Hiện nay các quốc gia ven biển trên thế giới như Mỹ, Đức, Nhật Bản, Thụy
Điển, Đan Mạch, Scotland, Bồ Đào Nha, Nga, Trung Quốc... có nhiều nghiên
cứu ứng dụng tài nguyên năng lượng sóng để phát điện năng phục vụ chiếu sáng
và hoạt động kinh tế ở các hải đảo và vùng ven biển. Năng lượng sóng biển có
ưu điểm là nó có chu kỳ và dự đốn được. Hiện có khá nhiều cơng nghệ phát
điện năng từ sóng biển thành cơng và đã được thương mại hóa. Nhà máy điện
thương mại từ sóng biển đầu tiên với công suất 30 MW được xây dựng ở Bồ
Đào Nha bằng cơng nghệ hình rắn biển Pelamis và 1 nhà máy 100 MW tại
vương quốc Anh. Chiến lược năng lượng biển của EU định hướng giá năng
lượng sóng 10 cent/1 Kw vào năm 2030 có thể cạnh tranh với các dạng năng
lượng truyền thống khác [9].
Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng sóng lý thuyết theo khu vực [9]
Cơng suất năng lượng sóng
(TWh/năm)
Khu vực
Tây và Bắc Âu
2.800
Biển Địa Trung Hải và quần đảo Đại tây dương
(Azores, Cape Verde, Canaries)
1.300
Bắc Mỹ và Greenland
4.000
Trung Mỹ
1.500
Nam Mỹ
4.600
Châu Phi
3.500
Châu Á
6.200
Ôxtrâylia, Niu Di-lân và các đảo Thái Bình Dương
5.600
Tổng
29.500
1
`
Việc khai thác năng lượng từ sóng hiệu quả hơn việc khai thác năng lượng
trực tiếp từ gió, do thực tế sóng là dạng năng lượng tập trung hơn gió. Nguồn
năng lượng chứa bên trong sóng đại dương trên thế giới rất lớn; tại một số khu
vực có thể đạt hiệu suất 70 MW/km ở đầu sóng. Về lý thuyết, có thể xây dựng
các trạm phát điện lớn để chế ngự toàn bộ nguồn năng lượng này và đáp ứng hầu
hết nhu cầu năng lượng của chúng ta.
20 quốc gia có cơng suất khai thác năng lượng sóng cao nhất được thể hiện
trong Hình 1.1 và Hình 1.2. Trong đó cao nhất là ở Brazil và New Zealand, sản
lượng điện tương ứng là hơn, 372.1 TWh / tháng và 285,6 TWh / tháng [6]. Mặt
khác, Nam Phi, Argentina và Úc có hiệu suất năng lượng cao (tương ứng là
85.470, 83.333 và 80.046 kWh / tháng cho mỗi thiết bị).
Hình 1.1. Tỷ trọng khai thác năng lượng sóng các nước trên thế giới [6]
Bảng 1.2. Năng lượng sóng theo tháng và năm của một số quốc gia [6]
Quốc gia
Brazil
New zealand
Australia
Morocco
Năng lượng sóng
(TWh/thang)
Năng lượng sóng
(TWh/năm)
370
280
120
90
2
4440
3360
1440
1080
`
Peru
Seychelles
Mỹ
Mexico
Chile
Madagascar
Argentina
Indonesia
Tây Ban Nha
Angola
Tây Sahara
Nam Phi
Mozambique
Uruguay
Việt Nam
Gabon
Ấn Độ
80
60
51
50
49
45
40
38
31
30
29
29
28
25
20.4
20
13
960
720
612
600
588
540
480
456
372
360
348
348
336
300
247
240
156
Năng lượng sóng (TWh/tháng)
400
350
300
Năng lượng sóng
(TWh/thang)
250
200
150
100
50
Brazil
New zealand
Australia
Morocco
Peru
Seychelles
Mỹ
Mexico
Chile
Madagascar
Argentina
Indonesia
Tây Ban Nha
Angola
Tây Sahara
Nam Phi
Mozambique
Uruguay
Việt Nam
Gabon
Ấn Độ
0
Hình 1.2. Khả năng khai thác năng lượng sóng theos tháng [6]
3
`
Năng lượng sóng (TWh/năm)
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Brazil
New zealand
Australia
Morocco
Peru
Seychelles
Mỹ
Mexico
Chile
Madagascar
Argentina
Indonesia
Tây Ban Nha
Angola
Tây Sahara
Nam Phi
Mozambique
Uruguay
Việt Nam
Gabon
Ấn Độ
Năng lượng sóng
(TWh/năm)
Hình 1.3. Khả năng khai thác năng lượng sóng theo năm [6]
Tuy nhiên, có nhiều yếu tố tác động đến loại hình phát triển đang trở thành
hiện thực này. Sóng biển khơng nhất qn như thủy triều và vì thế nảy sinh một
vấn đề đặc biệt liên quan đến việc tương xứng giữa cung và cầu. Đây là một
trong những lý do chính giải thích tại sao năng lượng sóng cho đến nay vẫn chỉ
giới hạn ở các chương trình quy mơ nhỏ, chưa có một nhà máy thương mại quy
mô lớn nào hoạt động.
2. Hiện trạng nghiên cứu khai thác sử dụng năng lượng sóng biển
2.1. Tình hình nghiên cứu, khai thác sử dụng năng lượng sóng biển
Tiềm năng năng lượng khổng lồ của trường sóng đã được ghi nhận từ thời
đại cổ xưa của loài người. Động lực sóng ln ln gây ấn tượng rất mạnh đối
với con người, và từ đó con người tìm mọi cách để khai thác được nguồn năng
lượng khổng lồ này. Từ những năm 1799 đến nay đã có hơn 1000 đăng ký sáng
chế khai thác năng lượng sóng tại Nhật và Tây Âu chỉ riêng năm 1973 có tới 340
đăng ký bản quyền sáng chế thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng tại Liên hiệp
Anh. Các thử nghiệm chuyển đổi năng lượng sóng đã được tiến hành từ lâu,
chuyển đổi năng lượng sóng được bắt đầu với việc sử dụng sóng để phát tín hiệu
cho các phao hàng hải. Năng lượng sóng được sử dụng để nén khí trong một ống
chạy dọc giữa phao tạo ra còi báo hiệu.
4
`
Trong thế kỷ 19 đã sử dụng năng lượng sóng để làm bơm hoặc các thiết bị
cơ học khác. Hiện nay năng lượng sóng được sử dụng rất rộng rãi trong việc vận
hành các phao hàng hải. Vào năm 1965 Công ty Nghiên cứu và phát triển Nhật
Bản đã chế tạo khoảng 1200 phao hàng hải sử dụng năng lượng sóng và được sử
dụng rộng rãi trên thế giới.
Một trong những thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng đầu tiên được chế tạo
vào năm 1910 tại Royan gần Bordeaux của Pháp. Ở đây đã sử dụng khơng khí
được dao động sóng bơm ra vào tại bờ dốc để chạy tuốc bin có cơng suất 1kW
sử dụng điện trong sinh hoạt.
Một thiết bị gọi là “mơtơ sóng” được cơng ty năng lượng sóng của Mỹ
đăng tải trong tạp chí Năng lượng vào năm 1911. Đây được coi là thiết bị mơtơ
sóng hiện đại nhất thời đó.
Ứng dụng năng lượng sóng được tiến hành từ các năm 1940 với các máy
phát điện cho đèn tín hiệu tại các phao hàng hải. Tuy nhiên chỉ đến thời gian gần
đây, do hậu quả của khủng hoảng năng lượng vào những năm 1970 của thế kỷ
trước, khi mà các nhà khai thác năng lượng tập trung sự chú ý vào khai thác các
nguồn năng lượng từ thiên nhiên, thì lúc đó việc nghiên cứu khai thác năng
lượng sóng mới được tập trung nghiên cứu chi tiết. Các cơng trình nghiên cứu
sau đó vào các năm 1970 tại Na Uy và Anh tuy không phát triển đến giai đoạn
thương mại nhưng là các nghiên cứu tiền đề cho các thiết bị chuyển đổi năng
lượng sóng hiện nay. Các thí nghiệm khai thác năng lượng sóng chỉ ra rằng có
một vài phương pháp khai thác có thể khả thi và một loạt các vị trí trên thế giới
có tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển. Cơ quan Năng lượng Quốc Tế đã
đánh giá năng lượng sóng có thể đáp ứng được 10% điện năng tiêu thụ trên thế
giới. Một số các nhà máy năng lượng sóng trên biển đã và đang hoạt động rộng
khắp trên thế giới tại các nước Nhật, Na Uy, Ân Độ, Trung Quốc, Anh và Bồ
Đào Nha. Một số thiết kế trình diễn và thương mại đang được thực hiện tại Úc,
Ailen và Anh [1]. Các cơ quan thực hiện và tài trợ các nhà máy và mơ hình trình
diễn khai thác năng lượng sóng là các chính phủ, các hãng cơng nghiệp, các
5
`
công ty đầu tư và các cơ quan khai thác điện năng. Một số các công ty thương
mại cũng đưa ra các thiết bị khai thác năng lượng sóng ở giai đoạn trình diễn.
Châu Âu là khu vực đứng đầu trong việc áp dụng năng lượng sóng. Hiện
nay đã có 4 dự án khai thác thương mại năng lượng sóng. Giá thành điện năng từ
gió hiện nay đã giảm 80% trong vịng 20 năm vừa qua nhờ có các tiến bộ và
thiết bị và tối ưu trong kết cấu. Với giá cả ban đầu khoảng ½ giá ban đầu của
năng lượng gió và ¼ giá hiện thời của năng lượng bin mặt trời, năng lượng sóng
có tiền năng rất lớn để trở thành năng lượng có rẻ nhất trong tương lai.
Năm 2004, nghiên cứu khải thi của EPRI cho thấy tiền năng của năng
lượng sóng tại khu vực Bắc Mỹ lớn hơn rất nhiều so với năng lượng thủy triều.
Kết luận của nghiên cứu này là giá thương mại hiện nay của điện năng từ sóng
biển tại một số khu vực triển vọng trong khoảng 11-13 cent/kWh nhưng giá này
sẽ giảm mạnh do có nhiều cải tiến trong cơng nghệ và kỹ thuật.
Nước Anh đã chi 2,3 triệu bản Anh hỗ trợ Wavegen tiến hành các thử
nghiệm các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển tại vùng biển phía tây Isles
năm 2002. Nguồn kinh phí này dùng sử dụng để thử nghiệm 3 thiết bị năng
lượng sóng ven bờ dựa trên nguyên lý dao động cột nước. Một dự án với kinh
phí 3,7 triệu bảng Anh có mục tiệu tập hợp các thiết bị khai thác năng lượng
sóng cho khu vực tây Isles đã công bố là đạt được một số bước tiến gần với thực
hiện, cho thấy hiện nay nước Anh đang dẫn đầu trong đầu tư khai thác năng
lượng sóng.
Theo Tân Hoa xã, các nhà khoa học Trung Quốc vừa xây dựng thử
nghiệm một nhà máy điện sóng biển có thể chịu được những cơn bão. Y. Yage
phụ trách nhóm các nhà khoa học thuộc Viện khoa học Trung Quốc tại Quảng
Châu cho biết, nhà máy điện mới đạt hiệu quả hơn, chi phí thấp hơn và chịu
được những cơn bão. Nhà máy điện công suất 6 kW đã được thử nghiệm và
hoạt động tốt sau hơn 20 cơn bão. Theo các nhà khoa học, việc thử nghiệm cho
thấy thiết bị này có thể sử dụng để thắp sáng đèn, máy tính máy điều hịa khử
muối khỏi nước biển. Y. Yage và các cộng sự đã chế tạo thành công nhà máy
6
`
điện sóng đặt tại thành phố Shanwei, miền nam Trung Quốc, thuộc tỉnh Quảng
Đơng.
Năm 2016, năng lượng sóng có nhiều tiến triển với một số dự án thí điểm
và thử nghiệm trên khắp thế giới, bao gồm ở Tây Ban Nha, Thụy Điển, Hoa Kỳ,
Hàn Quốc và Trung Quốc. Tây Ban Nha là nhà máy chuyển đổi năng lượng
sóng nổi đầu tiên kết nối với lưới điện tại trạm điện biển Biscay (BiMEP), dưới
dạng mẫu thử 30 kW của hãng Oceantec (Tây Ban Nha). Một thiết bị chuyển đổi
năng lượng có cơng suất 100 kW tới lưới điện của Gibraltar vào năm 2016 với
kế hoạch mở rộng mảng thành 5 MW. Tại Hàn Quốc, các cơng nghệ năng lượng
sóng là một trong những công nghệ năng lượng biển/đại dương đang được đầu
tư nghiên cứu phát triển. Trong số các dự án đáng chú ý được đưa ra vào năm
2016 là một nghiên cứu tập trung vào việc tích hợp các bộ chuyển đổi năng
lượng sóng như thiết bị OWC, lưu trữ năng lượng ở các hòn đảo và các địa điểm
xa khác có các đê chắn sóng phù hợp. Năm 2016 Hàn Quốc đã xây dựng một
trạm nổi thí điểm Yongsoo OWC có cơng suất 500 kW cách bờ Đảo Jeju khoảng
1,5km và Viện nghiên cứu công nghệ đại dương và tàu thủy (KRISO) sẽ mở
rộng Yongsoo OWC đến năm 2019 là 5 MW.
2.2. Một số nghiên cứu về bản đồ năng lượng sóng trên thế giới
2.2.1. Tập bản đồ năng lượng sóng của Liên hiệp Anh
Tập bản đồ năng lượng tái tạo trên biển của Liên hiệp Anh là một nguồn
thông tin để phục vụ cho việc quy hoạch khai thác các nguồn năng lượng biển
nói chung và năng lượng sóng nói riêng. Tập bản đồ sóng là phương tiện để xác
định các phân bố về năng lượng sóng theo các thời gian khác nhau trong năm và
các khu vực biển khác nhau tại khu vực biển ven bờ và ngoài khơi Liên hiệp
Anh. Dự án xây dựng tập bản đồ này được Bộ Công thương Anh tài trợ.
Nguồn số liệu chính cho cả trường gió synnop và trường sóng để xây
dựng tập bản đồ năng lượng sóng được thu thập từ các mơ hình dự báo nghiệp
vụ của Anh hiện nay đã bao phủ trên diện tích tích toàn cầu, khu vực Châu Âu
7
`
và vùng biển Liên hiệp Anh với các lưới tưng ứng là 60; 35 và 12km. Mơ hình
tính sóng được sử dụng là mơ hình tính sóng tương thích với nguồn số liệu gió.
Các kết quả được đưa ra 3 giờ một lần bao gồm các kết quả định lượng về độ
cao sóng hữu hiệu, chu kỳ sóng đi qua điểm trung bình và hướng sóng trung
bình.
Mơ hình tính sóng sử dụng là mơ hình tính sóng thế hệ hai với các chu kỳ
sóng tính tốn dao động trong dải 3 giây đến 25 giây và với bước sóng trong
khoảng từ 15m đến 975m. Số liệu gió đưa vào là số liệu gió tại tầng 10m trên
mặt biển nhận được từ cơ quan Khí tượng Anh. Số liệu gió này đồng hóa từ các
số liệu gió thu được từ vệ tinh, số liệu gió quan trắc trên tàu biển và các số liệu
gió từ các hệ thống phao đo đạt trên mặt biển. Tốc độ gió, thời gian gió thổi và
hướng gió được xác định theo các khoảng chu kỳ và hướng để tạo ra năng lượng
sóng trong mơ hình tính sóng thơng qua cơ chế truyền năng lượng của gió cho
sóng trong sóng gió. Các thành phần phổ sóng được tham số hóa theo các đỉnh
phổ và dựa vào đó để lựa chọn các phổ JONSWAP tương ứng, mơ phỏng sự
phát triển của sóng gió.
Để có được chế độ sóng, các nhà khoa học đã sử dụng số liệu trường gió
và sóng khơi phục trong thời gian từ 6/2000 đến 9/2003. Các số liệu nhận được
của mơ hình tính sóng cho tồn Châu Âu.
Tập bản đồ năng lượng sóng của Liên hiệp Anh bao gồm các thông tin về
trường sóng:
Độ cao sóng hựu hiệu,
Chu kỳ sóng trung bình,
Hướng truyền năng lượng sóng.
8
`
Hình 1.4. Bản đồ độ cao sóng trung bình năm của cho vùng biển liên hiệp Anh
Độ cao sóng rất lớn tại các vùng biển lớn thoáng trực tiếp với khu vực Đại
Tây Dương. Như vậy, khu vực có tiềm năng năng lượng sóng lớn nhất và có khả
năng xây dựng các nhà máy khai thác năng lương sóng là khu vực bờ tây của
Scotland, Tây nam xứ Wale và Cornmwall. Trong tập bản đồ năng lượng sóng
của Liên hiệp Anh, năng lượng sóng được tính tốn dựa trên biểu thức:
PW = 0.0623ρgHsCg
Trong đó:
PW: là năng lượng song cho một mét đỉnh song
ρ : là mật độ nước (1025 kg/m3)
g : là gia tốc trọng trường (m/s2)
9
`
Hs : là độ cao song hữu hiệu (m)
Cg : là tốc độ nhóm song (m/s)
Tiềm năng năng lượng sóng được tính tốn và xây dựng bản đồ năng lượng
sóng cho các vùng biển Liên hiệp Anh gồm:
- Atlat năng lượng sóng trung bình năm.
- Atlat năng lượng sóng theo mùa ( bốn mùa )
* Mùa đùa
(Tháng 12, tháng 1 và tháng 2 )
* Mùa xuân
(Tháng 3, tháng 4 và tháng 5 )
* Mùa hè
(Tháng 6, tháng 7 và tháng 8 )
* Mùa thu
(Tháng 9, tháng 10 và tháng 11 )
- Atlat năng lượng sóng theo tháng.
Trên hình 1.4. giới thiệu bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu
vực vùng biển Liên Hiệp Anh.
10
`
Hình 1.5. Giới thiệu bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu vực vùng
biển Liên Hiệp Anh
2.2.2. Tập bản đồ năng lượng sóng Trung Quốc của Zhifeng Wang
Bản đồ độ cao sóng cho vùng biển phía nam Trung Quốc gồm:
- Atlat độ cao sóng trung bình tháng [12].
- Atlat độ cao sóng theo mùa (bốn mùa) [12]
* Mùa đông
(Tháng 12, tháng 1 và tháng 2)
* Mùa xuân
(Tháng 3, tháng 4 và tháng 5)
* Mùa hè
(Tháng 6, tháng 7 và tháng 8)
* Mùa thu
(Tháng 9, tháng 10 và tháng 11)
11
`
Hình 1.6. Bản đồ độ cao sóng trung bình tháng vùng biển phía Nam Trung Quốc
12
`
Hình 1.7. Bản đồ độ cao sóng theo mùa cho vùng biển phía Nam Trung Quốc
[12]
Tiềm năng năng lượng sóng được tính tốn và xây dựng bản đồ năng lượng
sóng cho các vùng biển phía Nam Trung Quốc gồm:
- Atlat năng lượng sóng trung bình tháng.
- Atlat năng lượng sóng theo mùa ( bốn mùa )
* Mùa đông
(Tháng 12, tháng 1 và tháng 2)
* Mùa xuân
(Tháng 3, tháng 4 và tháng 5)
* Mùa hè
(Tháng 6, tháng 7 và tháng 8)
* Mùa thu
(Tháng 9, tháng 10 và tháng 11)
13
`
+ Atlat năng lượng sóng theo tháng.
Hình 1.8. Bản đồ năng lượng sóng trung bình tháng của vùng biển phía Nam
Trung Quốc [12]
14
`
+ Atlat năng lượng sóng theo mùa
Hình 1.9. Bản đồ năng lượng sóng theo mùa của vùng biển Trung Quốc [12]
2.3. Cơng nghệ khai thác năng lượng sóng
Hiện nay, cơng nghệ phát điện bằng chuyển đổi năng lượng sóng biển rất
đa dạng, có loại được lắp trên bờ (onshore), có loại gần bờ (nearshore), có loại
xa bờ (offshore).
Thiết bị trên bờ (onshore): Những thiết bị chuyển đổi này nằm ở bờ và có
thể được đặt trên mặt biển (nước cạn), tích hợp trong các loại nước ngọt, trong
đập, hoặc cố định vào một vách đá. Ưu điểm của những bộ chuyển đổi này là dễ
dàng bảo trì và cài đặt. Hơn nữa, họ không cần hệ thống neo đậu hoặc cáp dài để
kết nối WEC với lưới điện. Tuy nhiên, tại bờ biển, sóng có ít năng lượng hơn do
sự tương tác của chúng với đáy biển, và việc thiếu đất đai phù hợp cũng gây khó
khăn cho việc triển khai các hệ thống này.
15
`
Thiết bị gần bờ (nearshore): Những thiết bị chuyển đổi này được lắp đặt
cách bờ khoảng độ sâu trung bình khoảng 10 mét đến vài trăm mét. Chúng
thường nằm trên đáy biển (tránh những chỗ neo đậu) nhưng cấu trúc phải chịu
đựng được áp lực phát sinh khi sóng vượt qua nó. Trong các trường hợp khác,
chúng cũng là cấu trúc nổi.
Thiết bị ngoài khơi (offshore): Những thiết bị chuyển đổi này nằm trong
vùng nước sâu (hơn 40 m), cách bờ và được xây dựng trong các cấu trúc nổi
hoặc ngập nước được gắn ở đáy biển. Do vị trí của chúng, chúng có thể khai
thác sức mạnh sóng to lớn của vùng biển mở. Tuy nhiên, độ tin cậy và khả năng
tồn tại của thiết bị là một vấn đề lớn, và cấu trúc của chúng phải chịu tải rất cao.
Hơn nữa, bảo trì của họ là một quá trình phức tạp và tốn kém. Các loại cáp biển
dài được sử dụng để vận chuyển năng lượng cho lưới điện.
Hình 1.10: Cơng nghệ khai thác năng lượng sóng biển [10]
Đã có nhiều nước trên thế giới đang khai thác nguồn năng lượng sạch này
góp phần tích cực, mục đích giảm phát thải CO2 bằng các công nghệ thiết bị
điện sóng đã được thương mại hóa dưới đây:
16
