Năng lượng sóng biển Việt Nam

Năng lượng sóng biển Việt Nam Khoa Điện – Điện tử sưu tầm, Nguồn: Công nghệ khai thác năng lượng sóng biển, nhằm góp phần hạn chế tối đa sự phát thải khí CO2 vào môi trường sống. Nhiều quốc gia đã có nhà máy điện dùng năng lượng sóng biển. Việc này có thể áp dụng tốt ở vùng biển nước ta, theo số liệu khảo sát của Viện Năng lượng, Viện Khoa hoc, công nghệ Việt Nam. Sóng biển tạo ra nguồn năng lượng vô tận. Các kết quả tính toán cho thấy năng lượng sóng dọc dải ven bờ của nước ta rất phong phú. Dòng năng lượng trung bình yếu nhất đạt 15kW/m; mạnh nhất 30kW/m. Cụ thể vịnh Hạ Long, Quảng Ninh, vịnh Gành Rái, Bà Rịa - Vũng Tàu hội tụ đủ ba yếu tố: Mật độ năng lượng GWh/km2; tiềm năng GWh; hiệu suất GWh/km. Đủ điều kiện để xây dựng nhà máy thủy điện thủy triều. 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 dưới đây: Mô hình khai thác năng lượng sóng biển 1. Thiết bị Pelamis Hoạt động theo nguyên lý sau: Pelamis là một hệ thống phao, gồm một loạt các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nối với nhau bằng bản lề. Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác động mạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện. Hàng loạt thiết bị tương tự sẽ kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục. Dòng điện được truyền qua giây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng. Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1km2. Pelamis neo ở độ sâu chừng 50–70m; cách bờ dưới 10km, là nơi có mức năng lượng cao trong các con sóng. Và Pelamis gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi modul có hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng bộ. Mỗi thiết bị pelamis có thể cho công suất 750kW, nó có chiều dài 140-150m, có đường kính ống 3-3,5m. Tại Bồ Đào Nha, có hệ thống pelamis đầu tiên trên thế giới, gồm 3 pelamis có công suất 2,25MW. Năm 2007, Scotland đã đặt 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW, với giá thành 4 triệu bảng. Cấu tạo của module biến đổi năng lượng 2. Hệ thống phao tiêu AquaBuOY là một hệ thống phao nổi, có nguyên lý hoạt động nhằm biến đổi năng lượng động học của chuyển động thẳng đứng do các đợt sóng biển tạo ra năng lượng điện sạch. Nhờ việc trồi lên, ngụp xuống của sóng biển làm hệ thống phao nổi dập dềnh lên xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyển động, tạo ra dòng điện. Điện dẫn qua hệ thống cáp ngầm đưa lên bờ, hòa vào lưới điện. Mỗi phao tiêu có thể đạt công suất tới 250kW, với đường kính phao 6m. Nếu trạm phát điện có công suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km2 mặt biển. Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khi sóng nén, nước biển phọt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp, làm quay turbin, điện thu được, dẫn qua cáp ngầm vào bờ để hòa chung vào lưới điện. Ngoài ra trên các Aqua BuOY, đặt các tấm pin mặt trời; turbin gió nhỏ nhằm tạo ra nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn đoán gắn trong Aqua BuOY. Tất cả dữ liệu về thiết bị đều được truyền bằng công nghệ không dây, vệ tinh về khu vực điều hành. Hệ thống Aqua BuOY thường lắp đặt cách bờ chừng 5km ở nơi biển có độ sâu 50m. Năm 2006, dự án 8 00kW, ở Makar Bay, Wahington, đã thực hiện với giá thành 3 triệu đô la, nó cung cấp điện cho 150 hộ gia đình. Dự án 2MW tại Figuera da Foz, Bồ Đào Nha và dự án 2MW ở miền Nam California, Mỹ. Hệ thống phao nổi AquaBuOY Hệ thống phao tiêu chìm AWS Hệ thống phao chìm Ở Công ty AWS Ocean Eneny, Scotland người ta phát minh ra hệ thống máy phát điện mới nhằm biến chuyển động sóng thành điện năng. Khác với những hệ thống đang tồn tại. Đó là hệ thống phao tiêu nằm chìm dưới mặt nước, nên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu trên mặt biển. Hệ thống phao tiêu ngầm giống như những quả ngư lôi dưới mặt nước biển chừng 50 mét mà vẫn tạo ra điện năng nhờ sóng biển. Họ đã thành công năm 2008. Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm của AWS (Aschimedes Wave Swing) đã chế tạo bằng vật liệu sử dụng như dàn khai thác dầu mỏ ngoài khơi, được đặt ở độ sâu yên tĩnh. Hệ thống tạo ra năng lượng nhờ sóng biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước. Hệ thống phao tiêu AWS là một xi lanh dài 35 mét, rộng 10 mét chứa khí nén bên trong khiến phao không chìm, nửa trên chỉ chuyển động theo chiều thẳng đứng. Khi sóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước và phần bên trên hệ thống bị đẩy xuống dưới. Giữa hai đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất hạ theo làm nổi lên phần trên của hệ thống. Chuyển động bơm biến thành điện năng. Điện được chuyển tải qua cáp ngầm, lên hòa vào lưới điện quốc gia. Kiểu Anaconda (con rắn) Mọi công nghệ phát điện, khi đưa ra đều bị chặn bởi giá thành, thì Anacondaa là công nghệ có ưu thế về giá thành thấp, lại tạo ra nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường. Công nghệ Anaconda được mô tả như sau: Một ống cao su dài khoảng 200 mét, hai đầu bịt kín, bên trong chứa đầy nước. Được neo ngay dưới bề mặt nước biển, một đầu hứng lấy các đợt sóng. Sóng đập vào một đầu của thiết bị tạo sức ép hình thành nên “sóng phình” (do áp lực chất lỏng do động lên xuống bởi sóng, trong mỗi ống) bên trong ống. Khi có sóng phình chạy qua ống, đợt sóng biển tạo ra nó chạy dọc phần ngoài của ống cùng một tốc độ, tạo thêm sức ép lên ống, khiến sóng phình ngày càng lớn hơn. Liền đó sóng phình làm quay turbin nằm ở đầu còn lại của ống cao su. Năng lượng (điện) được tạo ra thì chuyển lên bờ qua cáp ngầm. Ống cao su, rất nhẹ, không cần khớp nối, không, chi phí bảo trì, hỏng hóc gần bằng không. Và còn một số hệ thống thiết bị khai thác năng lượng sóng để chạy máy phát điện khác, sẽ giới thiệu sau. Số liệu đưa vào tính toán là các kết quả tính toán chế độ trường sóng ven bờ phục vụ xây dựng công trình biển của đề tài cấp Nhà nước KHCN–06-10 “Cơ sở khoa học và đặc trưng kĩ thuật đới bờ phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” bao gồm phân bố độ cao và chu kì sóng. Xây dựng những nhà máy thủy điện theo những mô hình trên đây là góp phần tích cực giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, đồng thời tạo nênnguồn năng lượng mới khi mà than đá và dầu khí ngày một cạn kiệt, và nguồn năng lượng sinh học, làm ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực. * Nguyễn Dược (Bài viết trích dẫn từ “Tình hình điều tra, khảo sát một số công nghệ khai thác tiềm năng năng lượng sóng biển, thủy triều ở Việt Nam” . KT. Theo: Vietnamnet 3 4 13 2 7 9 8 10 11 13 14141516 4 17 18 19 20 21 22 20 2421 21 12 6 5 12 5 23 25 Ø62H8js7 Ø25js6 Ø52H7 Ø52H7 Ø25js6 Ø47H8js7 Ø330 Ø246H9h9 Ø47H7js7 Ø24H9d9 0,29 10 00 Ø62H9f9 Một số kết quả trong nghiên cứu phát triển năng lượng mới (năng lượng biển) Th.S Nguyễn Chí Cường- Giám đốc, K.S Nguyễn Hoàng Giang Trung tâm Nghiên cứu Thuỷ khí, Viện Nghiên cứu Cơ khí 1. Dẫn nhập Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế và sự cải thiện trong mức sống, nhu cầu năng lượng tiêu thụ trong nước tăng cao, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện, nhiệt điện đã được khai thác hết tiềm năng. Trước bối cảnh trên, Nhà nước đã thực thi nhiều biện pháp để đảm bảo an ninh năng lượng trong nước, bên cạnh tiết kiệm và sử dụng điện năng hiệu quả, thì tìm kiếm nguồn năng lượng mới hiện là một trong những ưu tiên hàng đầu. Chính phủ đã có nhiều chủ trương chính sách phát triển năng lượng mới, năng lượng tái tạo, thể hiện trong Quy hoạch điện VII -2011do Thủ tướng chính phủ phê duyệt đã xác địnhđến năm 2030, năng lượng mới, năng lượng tái tạo sẽ chiếm 4,5 ÷ 6% tổng điện năng cung cấp. Theo định hướng phát triển của Chính phủ, Viện đã có nhiều năm hoạt động trong nghiên cứu phát triển năng lượng mới. Trong nội dung dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu một vài kết quả tiêu biểu mà Viện đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, phát triển năng lượng biển trong những năm qua. 2. Năng lượng thủy triều Năm 2008, Viện chủ trì thực hiện đề tài nghiên cứu cấp Bộ Công Nghiệp (cũ) “Thiết kế, chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nước thấp, phù hợp với điều kiện làm việc ở môi trường nước biển để khai thác nguồn năng lượng thủy triều phát điện phục vụ dân sinh vùng hải đảo Quảng Ninh”, mã số 102- 07 RD/HĐ - KHCN, thời gian thực hiện là 12 tháng. Đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tế, điện áp lưới quốc gia chưa thể vươn tới hải đảo, để phục vụ nhu cầu sử dụng điện năng trong công việc và sinh hoạt hàng ngày, nhân dân hải đảo này phải sử dụng máy phát điện diezen, giá thành cao, với thời gian hạn chế. Đầm nuôi hải sản ở khu vực này hoạt động theo phương thức quảng canh, khi nước thuỷ triều lên, mở cửa phai để dẫn tôm, cá vào trong đầm, khi nước thuỷ triều rút thì dong Hình 1. Kết cấu tổ máy phát điện bằng năng lượng thủy triều. 4 bớt dần nước ra, đầm không tháo cạn nước hoàn toàn. Nhóm thực hiện Đề tài đã đề xuất giải pháp tận dụng trênh lệch mực nước trong và ngoài khi nước bên rút đi do thủy triều để phát điện. Sau khi khảo sát nhu cầu tiêu thụ năng lượng thực tế của các đầm cũng như các yếu tố khách quan, chủ quan khác, nhóm thực hiện Đề tài đã chọn cỡ công suất của trạm phát điện là 03x1 kW (Hình 1). Sau quá trình khảo sát, nhóm thực hiện Đề tài đã thống nhất được với chính quyền địa phương chọn đầm Ông Lão số 7, thuộc khu vực đầm Nhà Mạc, thuộc xã Phong Cốc, huyện Yên Hưng làm nơi lắp đặt, khảo nghiệm thiết bị. Khi máy phát hoạt động Khi máy phát không hoạt động Hình 2. Sơ đồ khối hoạt động của trạm phát điện bằng năng lượng thủy triều Thiết bị phát điện bằng năng lượng thủy triều hoạt động tốt, được hộ dân sử dụng và chính quyền địa phương đánh giá cao mặc dù còn một vài hạn chế do không tính được hết các yếu tố khách quan và chủ quan tác động. Máy phát điện Thủy triều Phụ tải - Đèn thắp sáng - Ti vi, radio - Quạt điện - Các thiết bị điện khác - Nạp ắc qui Ắc qui trữ điện 12 (24) VDC Bộ đổi điện 220 VAC Phụ tải - Đèn thắp sáng - Ti vi, radio - Quạt điện - Các thiết bị điện khác - Nạp ắc qui Hình 3. Trạm phát điện sử dụng năng lượng thủy triều (03 tổ máy x1 kW). 5 3. Năng lượng sóng biển Trong thời gian vừa qua, Viện đã chủ trì thực hiện đề tài nghiên cứu KH&CN cấp Nhà nước “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị phát điện sử dụng năng lượng sóng biển có công suất 5 ÷ 10 kW” mã số KC.05-17/06-10 với thời hạn thực hiện là 24 tháng (01/2009 ÷ 12/2010), đây là lĩnh vực rất mới, lần đầu tiên được đề cập tại Việt Nam, trên thế giới nói chung hiện cũng mới chỉ trong giai đoạn nghiên cứu, phát triển. Giải pháp khai thác năng lượng sóng biển thành năng lượng điện được phân định thành nguyên lý khí động; nguyên lý thuỷ động; nguyên lý thuỷ tĩnh; nguyên lý máy phát điện tĩnh. Qua phân tích, đánh giá ưu, nhược điểm của từng phương pháp, nhóm thực hiện Đề tài đã lựa chọn phương án nguyên lý thủy tĩnh, nhiều điểm thu nhận năng lượng (xem hình 4 dưới). Hình 4. Sơ đồ khối của thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển. Hình 5. Thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển. Thiết bị (Hình 5) bao gồm bộ phận thu nhận năng lượng cơ học từ sóng biển, module chuyển đổi năng lượng cơ học của sóng thành năng lượng dầu ép, dầu ép được nạp vào bình tích áp, thông qua hệ thống thuỷ lực sẽ cung cấp năng lượng có áp suất và lưu lượng ổn định cho động cơ thủy lực lai máy phát điện. Bộ phận thu nhận năng lượng sóng gồm các pontoon (1,3,6) nối với potoon chứa module chuyển đổi năng lượng (2) bởi các khớp quay theo chiều ngang và đứng, các pontoon dao động theo sóng trên bề mặt sóng, giữa các pontoon được lắp đặt các xilanh (bơm thủy lực 5,6), chuyển đổi năng lượng chuyển động cơ học thành 6 năng lượng thủy tĩnh. Các chuyển động ở đây chủ yếu do lực Acsimet (lực nổi của phao) và dao động của phao. Thiết bị có các thông số chính như sau: - Công suất phát tổng: P = 10 kW; - Điện áp phát xoay chiều U= 220 V; - Dao động điện áp ΔU = 10%; - Đường kính thân phao : D= 1,2 m; - Chiều dài thân phao thu nhận: Lt= 3,5 m; - Chiều dài thân module năng lượng Lm= 1,5 m; - Chiều dài tổng: L = 14 m; Thiết bị được khảo nghiệm, và vận hành ứng dụng tại biển gần đảo Hòn Dáu, cung cấp cho đồn bộ đội biên phòng đóng trên đảo. Thiết bị hoạt động tốt, được các đồng chí chiến sĩ trên đảo đánh giá cao (Hình 7). Hình 7. Khảo nghiệm thiết bị trên biển Thiết bị đã được Hội đồng KHCN nghiệm thu cấp nhà nước Nhà nước đánh giá cao, có ý nghĩa thực tiễn về mặt khoa học, kinh tế xã hội. Hình 6. Nguyên lý hoạt động và kết cấu bên trong module chuyển đổi năng lượng 7 Việc thiết kế, chế tạo, vận hành, thử nghiệm và ứng dụng thành công thiết bị đã khẳng định được tính khả thi và bước đầu các đơn vị trong nước đã làm chủ thiết kế, công nghệ chế tạo trong lĩnh vực năng lượng sóng biển, tạo tiền đề phát triển sâu rộng hơn, tiến đến thương mại hóa sản phẩm này. Thiết bị có khả năng ứng dụng rộng rãi cho các hộ tiêu thụ dân sự cũng như các đơn vị bộ đội đồn chú trên biển, nơi chưa có lưới điện quốc gia. IV. Lời kết Qua một thời gian dài nghiên cứu, phát triển, nhận thấy Việt Nam rất có tiềm năng về năng lượng biển (năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều), đã được minh chứng. Tuy nhiên, do gập nhiều khó khăn về thời gian, kinh phí và các yếu tố khách quan khác, nên kết quả đạt được còn có những hạn chế. Việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mới, năng lượng tái tạo hiện nay ở Việt Nam (ngoại trừ năng lượng gió) mới chủ yếu ở các đề tài đơn lẻ, do các đơn vị nghiên cứu thực hiện độc lập, chưa phối hợp được với nhau, cũng như thiếu sự hợp tác quốc tế nên hiệu quả chưa cao, nên cần có thêm những định phướng, giải pháp vĩ mô từ Nhà nước, cơ quan chức năng để đạt được các kết quả tốt hơn.