Năng lượng đại dương

NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM
1

1. Tổng quan về năng lượng đại dương
2
Tiểu luận Năng lượng tái tạo
Năng lượng đại dương
Năng lượng sóng
Năng lượng thủy triều
Năng lượng của dòng chảy
Năng lượng nhiệt đại dương
Năng lượng của gradient độ
mặn

NĂNG LƯỢNG SÓNG ĐẠI DƯƠNG
Tiểu luận Năng lượng tái tạo 3

1. Năng lượng sóng đại dương
4
 Sự hình thành sóng đại dương
Sóng gợn
• Xa bờ, chiều dài thân sóng ngắn, chiều
cao sóng thấp. Tốc độ đỉnh sóng cao
Sóng tới
• Bước sóng, chiều cao sóng tăng dần.
Tốc độ sóng giảm dần
Sóng vỗ
• Sườn sau dịch chuyển nhanh hơn sườn
trước, làm tăng chiều cao sóng.

5
 Sự hình thành sóng đại dương

6
 Tiềm năng năng lượng sóng
 Sóng biển chứa đựng nguồn năng lượng rất lớn. Từ hơn 100 năm trước đây,
con người đã dùng sóng biển để phát điện. Phương pháp tạo ra dòng điện từ
sóng biển trước đây là dùng máy phát điện đặt nổi trên mặt biển. Sự lên
xuống của sóng làm pittong chuyển động theo, sinh ra điện.
 Tổng tiềm năng năng lượng sóng lý thuyết được ước tính vào năm 2010 là
32.000 TWh/năm (gần gấp đôi tổng sản lượng điện năng toàn cầu cung cấp
trong năm 2008 (16.800 TWh/năm).

7
 Tiềm năng năng lượng sóng
Khu vực
Tiềm năng năng lượng sóng
[𝑻𝑾𝒉/𝒏ă𝒎]
Tây và Bắc Âu 2800
Vùng Địa Trung Hải và Đại Tây Dương 1300
Bắc Mỹ và Greenland 4000
Trung Mỹ 1500
Nam Mỹ 4600
Châu Phi 3500
Châu Á 6200
Châu Úc & Khu vực Thái Bình Dương 5600
Tổng 29500

8
Thiết bị chuyển đổi sóng
TBCĐ xa
bờ
TBCĐ xa bờ trực tiếp
TBCĐ xa bờ gián tiếp
TBCĐ gần
bờ

9
 Thiết bị chuyển đổi sóng xa bờ trực tiếp
 Thiết bị phát triển của của Đại học bang Oregon
Thiết bị này làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ

10
 Thiết bị được phát triển bởi công ty của Thụy Điển Seabased AB

11
 Thiết bị HEB (Hydro Electric Barrel)

12
 Thiết bị chuyển đổi sóng xa bờ gián tiếp
 Thiết bị OWAP (Ocean Wave Air Piston)
Năng lượng thường được chuyển đổi thành chuyển động của piston tạo áp suất
nên lên chất lỏng hoặc chất khí, làm chúng di chuyển qua một ống dẫn rồi tác
động làm quay turbine của máy phát tạo ra điện.

13
 Thiết bị của SIECAT
Các piston nén khí được kết nối với
các phao, các phao hấp thu năng
lượng từ sóng đại dương làm chuyển
động các piston nén không khí vào
bình chứa. Không khí được nén với
áp suất cao trong bình chứa sẽ được
sử dụng làm quay turbine của máy
phát sinh ra điện.

14
 Ưu nhược điểm
Ưu điểm Nhược điểm
Nguyên lý hoạt động đơn giản dễ chế
tạo, hiệu suất chuyển đổi khá cao,
nhưng thường có công suất nhỏ
Việc thử nghiệm, lắp đặt, vận hành và
bảo trì sửa chữa gặp nhiều khó khăn
Công suất lớn hơn và nguồn điện tạo ra
ổn định hơn, có khả năng điều chỉnh.
Ảnh hưởng nhiều tới giao thông đường
biển
Có thể cung cấp điện cho các thiết bị xa
bờ như
Tổn hao và chi phí truyền tải phân phối
vào bờ là rất lớn

15
 Thiết bị chuyển đổi sóng gần bờ
 Trạm biến đổi OWC (Oscillating Water Column)
Ghi chú: Buồng chứa không khí nén (3), van xả an toàn (4), van điều chỉnh
(5), van tác động nhanh (6), cánh quạt turbine (7), máy phát không đồng bộ.

16
 Thiết bị Pendulor
Nguyên tắc hoạt động: Khi
sóng tới tác động vào thiết bị,
con lắc sẽ dao động và dẫn
động piston bơm của hệ thống
thủy lực đặt trên bờ. Hệ thống
thủy lực này sẽ truyền động
làm quay turbine máy phát
sinh ra điện.

17
 Thiết bị Oyster và thiết bị WaveRoller
Nguyên tắc hoạt động: Phần dao động của thiết bị sẽ dao động khi sóng biển
tác động, ép piston thủy lực làm quay turbine máy phát

18
 Ưu nhược điểm
Trạm phát điện thường được đặt trên bờ và
có công suất rất lớn
Chi phí đầu tư cao
Điện áp ra có thể điều chỉnh và có độ ổn định
cao.
Ảnh hưởng nhiều đến cảnh quan, diện
tich và môi trường bờ biển.
Thuận tiện cho việc thử nghiệm, lắp đặt, vận
hành và bảo trì sửa chữa
Chi phí truyền tải cho trạm phát điện đến
trạm phân phối và nơi tiêu thụ thấp

19
 Một số nhà máy điện năng lượng sóng
AWS-III | Nước Anh | Tổng công suất nhà máy 2MW | Xây dựng năm 2010

20
 Một số nhà máy điện năng lượng sóng
Oceanlinx | Nước Australia | Tổng công suất nhà máy 2,5 MW | Xây dựng năm 1997

NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐẠI DƯƠNG

2. Năng lượng nhiệt đại dương
22
 Nguồn gốc năng lượng nhiệt đại dương
Khoảng 15% tổng lượng năng lượng mặt
trời chiếu lên bề mặt Trái đất được các đại
dương hấp thụ lại dưới dạng năng lượng nhiệt,
tập trung chủ yếu tại lớp trên. Độ chênh lớn
nhất có thể đển 20 – 25 độ C

23
 Nguồn gốc năng lượng nhiệt đại dương

24
 Phương pháp chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương
Phương pháp chuyển đổi
Theo chu
trình
Chu trình kín
Chu trình hở
Chu trình kết hợp
Theo vị trí
Lắp đặt trên mặt đất
Lắp đặt kiểu nổi

25
 Chuyển đổi theo chu trình kín

26
 Chuyển đổi theo chu trình hở

27
 Chuyển đổi theo chu trình kết hợp

28
 Chuyển đổi bằng phương pháp lắp đặt trên mặt đất
 Vị trí xây dựng OTEC trên bãi đã ngầm hoặc nơi có thềm lục địa cực dốc.
 Land-based OTEC không đòi hỏi hệ thống neo phức tạp, đường dây cáp
điện dài, chi phí cao để bảo trì ở môi trường đại dương.
 Ngoài ra vị trí lắp đặt này có thể kết hợp với các cụm công nghiệp, nông
nghiệp, các nhu cầu làm sạch, nước sạch.

29
 Chuyển đổi bằng phương pháp lắp đặt trên mặt đất

30
 Chuyển đổi bằng phương pháp lắp đặt kiểu nổi

31
 Ưu, nhược điểm
Dạng năng lượng tái tạo, sạch, dồi dào. Chi phí đầu tư cao
Ít tác động xấu đến môi trường từ việc
thải nước từ OTEC.
Cần rất nhiều nước.
Có thể cung cấp nước sạch, nước tưới
cho nông nghiệp, các nhu cầu làm lạnh
Có thể là thay đổi các tính chất của
nước.
Giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu
hóa thạch.
Thách thức lớn về kĩ thuật

32
 Một số nhà máy điện năng lượng nhiệt đại dương
Nhà máy OTEC ở Ấn Độ với công suất 10 MW

33
 Một số nhà máy điện năng lượng nhiệt đại dương
Tổ máy 100 kW ở Hawaii- Mỹ

NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU

 Thủy triều hình thành và thay đổi thường xuyên
do lực hấp dẫn và sự thay đổi vị trí luân phiên
giữa Trái đất, Mặt trăng và Mặt trời, kết hợp với
các lực ly tâm và quán tính.Mặt trời cũng ảnh
hưởng đến thủy triều đại dương, mặc dù sức hút
của nó yếu hơn sức hút của Mặt trăng.
 Mức thủy triều cao nhất, gọi là triều cường,
xảy ra khi Mặt trời và Mặt trăng cùng hợp lực
với nhau lúc trăng mới và trăng tròn. Mức thủy
triều thấp nhất, gọi là triều cạn, xảy ra lúc một
phần tư Mặt trăng đầu và cuối, khi lực hút của
Mặt trời phần nào kháng lại lực hút của Mặt
trăng.
4.1. Sự hình thành thủy triều và năng lượng thủy triều
4.1.1. Khái niệm
Thủy triều là hiện tượng nước dâng lên, hạ xuống dưới tác động của Mặt trăng, Mặt
trời hay các hành tinh khác.
4.1.2. Cơ chế hình thành thủy triều
Hình 4.1. Cơ chế hình thành thủy triều
4. Năng lượng thủy triều
35

Khi thuỷ triều lên, các cửa cống trên đập
được kéo lên, cho phép vùng lưu vực bên
trong đập đầy nước. Khi thuỷ triều bắt đầu
xuống, các cửa cống được đóng lại, buộc
nước bên trong đập thoát ra ngoài biển
qua hệ thống turbine gắn ở bên dưới cửa
đập. Các hệ thống điện thuỷ triều tạo điện
năng từ thủy triều lên hoặc thuỷ triều lên
và xuống cũng được thiết kế song không
phổ biến bằng hệ thống thuỷ triều xuống.
4.2. Các phương pháp chuyển đổi năng lượng thủy triều
4.2.1. Đập chắn thủy triều
Hệ thống sử dụng phương pháp đập chắn thủy triều là một trong những phương pháp
đơn giản nhất, sử dụng một đập chắn ngang cửa sông.
Hình 4.2. Nguyên lý phương pháp sử dụng đập chắn thủy triều
36

 Các dòng thủy triều đi qua, làm
quay turbine, dẫn động làm quay
máy phát, sinh ra điện.
 Không giống như các nhà máy
điện thuỷ triều nêu trên, hàng rào
thuỷ triều có thể được sử dụng
trong các lưu vực không giới hạn,
như eo biển giữa đất liền và một
hòn đảo gần kề hoặc giữa hai hòn
đảo.
4.2.2. Hàng rào thủy triều
Thực chất đó là những bức tường bê tông rỗng có gắn các turbine khổng lồ, chắn
ngang một eo biển, buộc dòng nước phải đi qua chúng.
Hình 4.3. Nguyên lý hoạt động của phương pháp sử
dụng hàng rào thủy triều
37

 Nguyên lý hoạt động của turbine điện thủy
triều tương tự như turbine gió. Các turbine điện
thủy triều được sắp xếp thành từng hàng dưới
mặt nước biển. Hiệu suất của turbine cao nhất
khi dòng triều có vận tốc từ hải lý/h). Với tốc
độ đó, một turbine có bán kính quét 15m có thể
sinh ra sản lượng điện tương đương với turbine
gió có bán kính 60m.
 Vị trí lý tưởng để xây dựng turbine điện thủy
triều là các khu vực gần bờ biển, nơi có độ sâu
mực nước biển từ .
4.2.3. Phương pháp sử dụng turbine điện thủy triều
Hình 4.4. Nguyên lý hoạt động của phương
pháp sử dụng turbine điện thủy triều
38

Nguyên lý hoạt động của hệ thống Limpet như sau:
 Khi nước triều dâng lên, nước dâng theo trong
khoang của hệ thống, làm cho không khí tràn qua
cánh turbine làm turbine quay, sinh ra điện.
 Khi nước triều rút, nước trong khoang hạ thấp.
Không khí từ bên ngoài tràn vào khoang, làm cánh
turbine quay, sinh ra điện.
 Turbine được thiết kế sao cho khi nước triều dâng lên
và rút đi, chuyển động quay của turbine là cùng một
chiều quay.
4.2. Các hệ thống điện thủy triều
4.3.1. Hệ thống Limpet
Hình 4.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Limpet
39

Hệ thống hoạt động dựa trên phương pháp
turbine thủy triều.
 Mỗi cấu trúc gồm 4 turbine được gắn vào
một cái phao hình ống. Nước được đổ đầy
vào phao để cho nó chìm xuống, chỉ để
đỉnh đầu phao nhô lên, kéo các turbine vào
vị trí hoạt động.
 Một cánh tay dài nối phao với một đế nặng
nằm trên đáy biển. Cánh tay này được thiết
kế để có thể di chuyển lên xuống, trái phải,
cho phép các turbine dạt tới vị trí dòng
thủy triều chảy mạnh nhất.
 Khi cần bảo dưỡng, người ta sẽ bơm nước
ra khỏi phao, khiến các turbine nổi lên bề
mặt, nơi chúng được lấy lên để sửa chữa.
4.2. Các hệ thống điện thủy triều
4.3.2. Hệ thống Tidal Stream
Hình 4.7. Hệ thống Tidal Stream
40

4.4.1. Ưu điểm
 Là nguồn tài nguyên tái tạo, không cần
nhiên liệu để duy trì, miễn phí.
 Hoàn toàn không gây ô nhiễm, không
giống như nhiên liệu hóa thạch, nó không
tạo ra khí nhà kính hoặc chất thải khác.
 Độc lập với thời tiết và biến đổi khí hậu.
 Hiệu suất cao hơn turbine gió, do khối
lượng riêng của nước lớn hơn không khí.
 Có khả năng bảo vệ cùng bờ biển một
phẩn khỏi các cơn bão.
 Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa
thạch, góp phần đảm bảo an ninh năng
lượng thế giới.
4.4.2. Nhược điểm
 Chi phí đầu tư và bảo trì cao: Để xây
dựng và duy trì 1 cơ sở có công suất
1085MW cần đến chi phí khoảng 1,2 tỷ
USD.
 Cản trở giao thông đường thủy và đời
sống hoang dã.
 Công nghệ chưa phát triển đầy đủ.
 Thời gian cung cấp năng lượng trong
ngày chỉ kéo dài khoảng 10h, trong
khoảng thời gian thủy triều thực sự hoạt
động.
4.4. Ưu, nhược điểm của năng lượng thủy triều
41

5.1.2.1. Các lực chủ yếu
 Khí tượng: Lực tiếp tuyến của gió có tác
dụng hình thành hải lưu.
 Thủy văn: Là sự chênh lệch về mật độ
hay tỉ trọng của nước, mực nước.
 Thiên văn: Các lực sinh ra thủy triều
cũng có thể gây ra hải lưu.
5.1.2.2. Các lực thứ yếu
 Lực ma sát: Phát sinh do có sự
chênh lệch về tốc độ giữa các lớp
nước trong quá trình chuyển động
làm cho các lớp nước bên dưới
chuyển động được.
 Lực Coriolis: Làm lệch hướng của
các dòng hải lưu. Lệch phải ở Bắc
bán cầu và lệch trái ở Nam bán cấu.
 Lực li tâm: Có tác dụng ở các đoạn
chảy vòng, tuy nhiên lực này rất
nhỏ.
5.1. Các dòng hải lưu
5.1.1. Khái niệm
Dòng hải lưu là chuyển động trực tiếp, liên tục và tương đối ổn định của nước biển và
lưu thông ở một trong các đại dương của Trái Đất.
5.1.2. Nguyên nhân hình thành các dòng hải lưu trên đại dương
42

CÁC DẠNG
NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG KHÁC

 Khái niệm:
 Hải lưu là dòng chuyển động có vận tốc của nước trên đại dương.
 Các dòng hải lưu chứa một lượng lớn năng lượng tiềm tàng, có thể được thu
nhận và chuyển đổi sang một hình thức có thể sử dụng.
5. Năng lượng của các dòng hải lưu
44

 Sự phân bố các dòng hải lưu chính trên đại dương
45

 Phương pháp chuyển đổi năng lượng của các dòng hải lưu
Phương pháp chính để biến đổi dạng năng lượng của các dòng hải lưu sang một
dạng năng lượng có thể sử dụng (điện năng) là phương pháp sử dụng turbine điện
(tương tự như phương pháp sử dụng turbine điện thủy triều).
46

 Năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn
Dạng năng lượng này sinh ra do quá trình hỗn hợp giữa nước ngọt và nước mặn,
vachạm của nước ngọt và muối cung cấp một lượng lớn năng lượng. Ở những
khu vực có sự chênh lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, hay
những nơi xả nước thải đã xử lý ra đại dương, thì từ sự chênh lệch độ mặn này có
thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác.
6. Năng lượng của sự chênh lệch độ mặn
47

Hệ thống bao gồm một cấu trúc hệ thống phát
điện trong đó có một bình thủy áp 2 ngăn:
ngăn nước mặn kín và ngăn nước ngọt hở,
ngăn cách giữa chúng là màng thẩm thấu được
chế tạo đặc biệt. Do nồng độ muối trong nước
ngọt và nước biển khác nhau, tạo ra một áp lực
thẩm thấu khá lớn và nước ngọt không ngừng
thấm qua màng thẩm thấu sang phía bể chứa
nước mặn vốn đã đầy nước biển và kín, khiến
cho áp suất nước trong ngăn nước mặn tăng
cao. Nước có áp suất cao từ ngăn nước mặn
qua một đường ốn dẫn được dẫn tới làm quay
tuabin thủy lực, dẫn động máy phát, sinh ra
dòng điện.
 Các phương pháp biến đổi
 Phương pháp thẩm thấu áp suất chậm
Phương pháp thẩm thấu áp suất chậm (Pressure Retarded Osmosis- PRO) hoạt động dựa
theo nguyên lý sau đây:
Hình 5.2. Nguyên lý hoạt động của
phương pháp thẩm thấu áp suất chậm
48

 Thiết bị có cấu tạo gồm nhiều màng được
xếp chồng lên nhau, một nửa trong số đó là
thẩm thấu Natri- Na và một nửa thẩm thấu
Clo- Cl. Nước biển và nước ngọt chảy luân
phiên, xen kẽ giữa các lớp màng.
 Tại các ngăn xếp (được tạo thành bởi 1 lớp
thẩm thấu Na- 1 lớp thẩm thẩu Cl), xảy ra
quá trình khuếch tản ion Na+ và Cl- trong
nước), sau đó gây ra quá trình oxy hóa và
khử ở các cực dương và cực âm sắt, sinh ra
dòng điện.
 Phương pháp thẩm tách điện tử ngược
Phương pháp thẩm tách điện tử ngược (Reverse Electro Dialysis- RED) là phương pháp
sử dụng công nghệ màng lọc dựa trên một phản ứng điện hóa, chứ không phải là áp suất
thẩm thấu như phương pháp PRO.
Hình 5.3. Nguyên lý hoạt động của
phương pháp thẩm tách điện tử ngược
49

TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢN ĐẠI DƯƠNG
VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM

Đánh giá tiềm năng năng lượng đại dương
Tiềm năng sóng biển: Trên bản đồ hình 1.1 cho thấy các vùng xanh đậm là
những vùng có mật độ năng lượng biển lớn nhất, đây là vùng biển Trung Bộ và
Đông Nam Bộ Việt Nam. Theo [3] đã chia ven biển Việt Nam làm 54 vùng
theo mật độ năng lượng sóng biển Quảng Ninh đến Nghệ An, Thanh Hóa đến
Dung Quất, Quảng Ngãi, Dung Quất-đến Ninh Thuận, Ninh Thuận – Cà Mau,
Cà Mau-Kiên Giang. Vào mùa gió Đông Bắc công suất điện sóng đat cực đại
40kW/m phía Bắc bờ biển Việt Nam và 30kW/h vùng phía Nam. Trung bình
năm 25kW/h vùng ven biển ngoài khơi Nam Trung Bộ. Mật độ cao nhất tại
vùng biển Phú Quý đạt 40 kW/m. Vào mùa gió Tây Nam công suất đạt 20
kW/h vào tháng 7, 8 tại các vùng Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ, các vùng
khác công suất trung bình đạt 10 kW/m.
51

Tiềm năng năng lượng của các dòng biển, của sự chênh lệch độ mặn và
chênh lệch nhiệt độ:
Các dòng chảy lớn trên biển thường chảy theo một hướng tương đối ổn định và
có lưu lượng lớn, do đó ẩn chứa một nguồn năng lượng rất lớn. Ở Việt Nam
chưa có nghiên cứu chính xác về dạng năng lượng này, nhưng tiềm năng là rất
lớn.
Việt Nam có tổng số 112 cửa sông đổ ra biển, ở những khu vực này có tiềm
năng về năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn giữa nước ngọt và nước biển.
Độ sâu tối đa của vùng Biển Đông là 5016 m, năng lượng nhiệt đại dương chỉ
cần độ sâu 1000m là có thể đưa vào khai thác.
52

Tiềm năng thủy triều và dòng chảy biển: Những vùng màu vàng là vùng có
tiềm năng năng lượng thủy triều biển nhất, đó là vùng bắc vịnh Bắc Bộ, vùng
ven biển Vũng Tầu-Cà Mau. Các địa điểm tiềm năng thủy triều phân bố từ phía
Bắc đến phía Nam, Vịnh Hạ Long- 4,7 GWh, Diễn Châu- 620 GWh, Văn
Phong- 308 GWh, Quy Nhơn- 135 GWh, Cam Ranh- 185 GWh, Gành Rái-
714GWh, Đồng Tranh- 371 GWh, Rạch Giá- 139 GWh.Vùng có tiềm năng
dòng chảy, ngoài khơi Ninh Thuận- Bình Thuận đạt 40- 60W/m2, ngoài khơi
Cà Mau-Hòn Khoai đạt 100-300 W/m2.
53

Hình 1.1: Năng lượng sóng biển Hình 1.2: Năng lượng thủy triểu
54

Khả năng ứng dụng ở Việt Nam
Tiềm năng năng lượng đại dương là rất lớn, khả năng phát triển là có, nhưng rõ
ràng, để có những bước phát triển cao là ứng dụng mang tính hiệu quả, Việt Nam
phải xây dựng Chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, cơ chế chính sách phát triển
năng lượng biển sớm cùng quy hoạch không gian biển, ứng phó thiên tai và biến
đổi khí hậu. Điện biển Việt Nam, có thể đạt hàng chục GW, góp phần bảo vệ an
ninh năng lượng quốc gia, bảo vệ chủ quyên lãnh thổ, cung cấp điện cho các hải
đảo, vùng ven biển. Việt Nam cần tăng cường đào tạo nguồn nhân lực khoa học
công nghệ về năng lượng biển; lồng ghép phát triển điện biển và quy hoạch phát
triển kinh tế xã hội khu vực và từng địa phương cụ thể, lồng ghép với Chương
trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, chương trình phát triển
năng lượng tái tạo.
55

Năng lượng đại dương

More Related Content

What's hot

Similar to Năng lượng đại dương

Năng lượng đại dương

Editor's Notes