BAO CAO SN XUT NANG LNG DIN NHA MAY

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CHƯƠNG TRÌNH KSCLC VIỆT PHÁP –PFIEV BÁO CÁO SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG ĐIỆN NHÀ MÁY NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG Nhóm Võ Phi Long 31201993 Lê Hữu Nhân 41201663 VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG Đại dương vùng lớn chứa nước mặn tạo thành thành phần thủy Khoảng 71% diện tích bề mặt Trái Đất (khoảng 361 triệu kilômét vuông) đại dương che phủ Ngày nay, nguồn lượng trái đất ngày cạn kiệt nguy rủi ro lượng hạt nhân lớn, nhiều quốc gia giới tập trung đầu tư vào nguồn lượng từ đại dương Đại dương giới xem hệ động học, đặc trưng trình vật lý tác động qua lại yếu tố sóng biển, dịng chảy, thủy triều, chênh lệch nhiệt độ độ muối nước biển Các yếu tố động lực q trình cho biển đại dương nguồn lượng dồi mà người ta gọi chung lượng biển Các nhà khoa học dự tính tồn lượng biển ước khoảng 152,8 tỷ kw Loại lượng lớn gấp hàng trăm lần lượng mà toàn động thực vật cần để sinh trưởng Trái đất 2|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT CHƯƠNG CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG 2.1 Năng lượng sóng biển 2.1.1 Sóng biển ? Sóng biển sóng bề mặt xuất tầng biển hay đại dương Chúng thường tạo tác dụng gió, hoạt động địa chấn, lan truyền hàng nghìn kilơmét Độ cao sóng nhỏ cỡ chục xentimét lớn tới cỡ sóng thần 2.1.2 Nguồn lượng từ sóng biển Sóng biển chứa đựng nguồn lượng lớn Từ 100 năm trước đây, người dùng sóng biển để phát điện Phương pháp tạo dịng điện từ sóng biển dùng máy phát điện đặt mặt biển bơm đặt nằm ngang, pít-tơng nối liền với phao, tùy theo sóng biển lên xuống mà pít-tơng chuyển động lên xuống, biến động lực sóng biển thành động lực khơng khí bị nén Khơng khí bị nén áp suất cao qua miệng phun tuabin làm cho máy phát điện hoạt động Khi đó, 3|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT lượng sóng biển chuyển thành điện Phát điện lượng sóng biển khơng tốn chút lượng “khởi động” nào, lại không gây ô nhiễm mơi trường, nguồn lượng sạch, hy vọng giúp giải nguy thiếu lượng toàn giới 2.1.3 Nhà máy lượng sóng biển Có nhiều cách khác để xây dựng lắp đặt thiết bị để khai thác lượng sóng Tiêu biểu thiết bị có tên Pelamis Pelamis hệ thống phao, gồm loạt ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nối với lề Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, tác động mạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện Hàng loạt thiết bị tương tự kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục Dòng điện truyền qua giây cáp ngầm đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng Nếu xây dựng nhà máy điện có cơng suất 30 MW chiếm diện tích mặt biển 1km2 4|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT Pelamis neo độ sâu chừng 50–70m; cách bờ 10km, nơi có mức lượng cao sóng Và Pelamis gồm ba modul biến đổi lượng, modul có hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng Mỗi thiết bị pelamis cho cơng suất 750kW, có chiều dài 140-150m, có đường kính ống 3-3,5m Tại Bồ Đào Nha, có hệ thống pelamis giới, gồm pelamis có cơng suất 2,25MW Năm 2007, Scotland đặt thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW, với giá thành triệu bảng 2.2 Năng lượng thủy triều 2.2.1 Nguồn lượng từ thủy triều Năng lượng thủy triều toàn giới theo nhà khoa học ước chừng khoảng tỷ kw Nguyên lý phát điện thủy triều tương tự nguyên lý phát điện thủy lực, tức lợi dụng chênh lệch mức nước triều lên xuống để làm quay động máy phát điện Ở vùng có biên độ triều tương đối lớn, người ta xây đê ngăn nước có nhiều cửa tạo thành hồ chứa nước đê lắp tổ máy phát điện bánh xe nước Khi nước triều lên cao bên ngồi cửa cửa mở ra, nước biển chảy vào hồ chứa, dịng nước vào làm quay bánh xe thủy động, kéo theo làm quay máy phát điện để phát điện Khi nước triều rút xuống cửa nói đóng lại cánh cửa khác mở ra, nước từ hồ chứa chảy biển dòng nước lại làm quay máy tải động Cứ thế, trạm điện thủy triều không ngừng phát điện 2.2.2 Nhà máy lượng thủy triều Nhà máy Điện thủy triều Le Rance - Brittany, Pháp 5|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT Ngay từ năm 1963, nước Pháp phát triển nhà máy điện thủy triều giới La Rance Nhờ kết nối thành công với hệ thống đường dây tải điện vào năm 1967, với công suất 240MW năm, nhà máy cung cấp tới 600GWh điện, đưa nước Pháp vươn lên dẫn đầu giới suốt nhiều thập kỷ dạng lượng này, đồng thời, thu hút khoảng 200.000 khách du lịch năm Sau gần 40 năm “tại vị”, La Rance nhường lại vị trí nhà máy điện thủy triều lớn giới cho Nhà máy Điện thủy triều Sihwa (Hàn Quốc) Nguyên lý hoạt động : Basin có chiều dài 750m, sâu 13m, mực triều dâng cao 8.28m (27.6 feet) Dùng loại tuabin : bulb tuabin Các cánh tuabin thay đổi hướng tùy thuộc vào dong chảy Lợi ích mang lại Trở thành đầu mối giao thông quan trọng, giúp rút ngắn quãng đường dài 18 dặm Nhà máy điểm du lịch lý tưởng thu hút khách du lịch, hàng năm có khoảng 300,000 lượt khách du lịch tham quan 6|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT 2.3 Năng lượng dòng hải lưu 2.3.1 Nguồn lượng từ dòng chảy Các dòng chảy lớn biển thường chảy theo hướng tương đối ổn định có lưu lượng lớn, ẩn chứa nguồn lượng lớn Theo tính tốn nhà khoa học, tổng lượng tiềm dòng chảy biển đại dương lên đến tỷ kW Hiện nay, giới có nhiều phương án thiết kế phát điện dòng chảy chuyên dụng, phương án tập trung dòng chảy dạng “dù”, dạng liên kết dòng chảy, dạng máy chân vịt, dạng vịng cung, dạng cơ-ri-ơ-lít…Dạng “dù” là: dùng nhiều dù nối với mắc vào bánh xe gắn cố định vào tàu neo biển Dịng chảy mạnh dẫn động cho dù xòe giống gió mạnh kéo căng dù Dây nối dù lại làm bánh xe gắn tàu chuyển động chuyển động không ngừng Thông qua hệ thống bánh xe cưa làm tăng tốc chuyển động nhiều cấp để gia tăng tốc độ quay, cuối làm máy phát điện để sinh điện Cịn dạng cơ-ri-ơ-lit dùng bánh xe nước phát điện cỡ lớn Các máy phát điện loại buộc chặt sợi dây cố định đáy biển, chúng bồng bềnh biển dòng điện dẫn qua cáp điện để đưa lên bờ SKWID - Hệ thống khai thác lượng gió hải lưu Hiện nay, hệ thống khai thác lượng tái tạo từ gió dịng hải lưu khơng Nhưng đây, công ty MODEC (Mitsui Ocean Development & Engineering Co.) Nhật công bố họ sửa thử nghiệm SKWID - hệ thống khai thác lúc nguồn lượng 7|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT SKWID (viết tắt Savonius Keel and Wind Turbine Darrieus) hệ thống neo chỗ với tua bin gió Savonius "chìm bên dưới" tua bin gió Darrieus dạng trục đứng mặt nước Cả kết nối với hệ thống bánh răng/máy phát, cho phép thiết bị tạo điện từ dòng hải lưu, gió biển Thêm vào đó, hoạt động xoay tua bin Savonius bổ trợ cho tua bin gió phía gió lặng cần quán tính Thiết kế tua bin Darrieus khiến quay từ trái sang phải ngược lại, hoạt động khơng phụ thuộc vào hướng gió Trong đó, tua bin Savonius dù quay chiều khơng phụ thuộc vào hướng dịng hải lưu Theo MODEC tua bin khai thác điện với dịng hải lưu yếu nhất, khơng bị ảnh hưởng sinh sôi sinh vật biển gầu xoay dạng bán xy-lanh Ngoài ra, tua bin khơng quay nhanh tốc độ dịng hải lưu nên xem an tồn môi trường biển SKWID neo tại vùng biển động thiết kế máy phát mặt biển tua bin Savonius bên giữ trọng tâm thấp cho hệ thống Thêm vào đó, ụ hình trịn phía gắn vào cấu trúc trung tâm gờ cao su dẻo giúp đung 8|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT đưa theo nhịp sóng, giữ độ ổn định trì hoạt động tua bin máy móc tích hợp Theo báo cáo kênh NHK News, số hệ thống SKWID thiết lập thử nghiệm khơi Nhật Bản vào mùa thu tới Tua bin gió cao mặt biển 47m, tua bin hải lưu bên có đường kính 15m Khi hoạt động nhau, tua bin tạo đủ điện để cung cấp cho khoảng 300 nhà Tua-bin Savonius phát minh kỹ sư người Phần Lan - Sigurd Johannes Savonius vào năm 1922 Đây dạng tua-bin gió trục đứng (VAWT) đơn giản bao gồm gầu dạng bán xy-lanh lắp trục quay khung sườn Nhìn từ xuống, gầu trơng giống hình chữ S theo mặt cắt ngang Do có độ cong, gầu chuyển động chậm ngược gió Vì vậy, tua-bin Savonius khơng giải phóng nhiều lượng gió loại tua-bin thơng thường có kích thước Cũng tính hiệu khai thác lượng gió khơng cao nên tua-bin Savonius thường dùng để đo tốc độ gió Trái lại, tua-bin Savonius kích thước lớn tích hợp vào phao đánh dấu vùng nước sâu ngồi khơi khai thác lượng từ dịng hải lưu Tua-bin Darrieus dạng tua-bin gió trục đứng với thiết kế gồm khí động lắp trục xoay Sáng chế tua-bin trao cho kỹ sư người Pháp - Georges Jean Marie Darrieus vào năm 1931 9|Page VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT 2.4 Năng lượng chênh lệch nhiệt Nhiệt độ lớp bề mặt lớp sâu biển nhiệt đới cận nhiệt đới chênh lệch tới 250C Đây nguồn lượng to lớn mà người muốn khai thác sử dụng Theo nhà khoa học thi tiềm loại lượng khai thác ước tính đến 50 tỷ kw 10 | P a g e VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT Nguyên lý biến chênh lệch nhiệt độ nước đại dương thành điện là: sử dụng chất có điểm sơi thấp làm môi giới CH3, He… máy làm bốc Do tác dụng nước biển nóng 250C, chất môi giới trạng thái lỏng bốc hơi, tạo áp lực lớn dạng khí qua đường ống, làm quay máy phát điện Khí tiếp tục qua phận ống khí, chất môi giới áp thấp vào máy lạnh ngưng kết Ở máy lạnh ngưng kết chứa nước biển sâu có nhiệt độ 50C, khiến cho chất khí mơi giới lạnh qua máy nén, trở thành trạng thái lỏng, chất lỏng trở lại máy bốc tuần hoàn diễn liên tục Nước biển 50C máy lạnh ngưng kết chất thể khí giảm nhiệt, làm cho thu nhiệt, kéo theo làm tăng nhiệt độ thải vào tầng nước biển lên đến 70C Trong đó, nước biển 250C máy làm bốc bị giảm nhiệt độ cung cấp nhiệt cho bốc Thông qua chất môi giới không ngừng qua vịng tuần hồn làm cho máy phát điện hoạt động 11 | P a g e VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT 2.5 Nguồn lượng từ chênh lệch độ mặn Ở khu vực có chênh lệch độ mặn lớn, đặc biệt vùng cửa sơng đổ biển, từ chênh lệch độ mặn tạo nguồn lượng mà người chưa khai thác Hệ thống phát điện TidalStream, với phao hình ống gắn turbine phát điện Phao chạy xung quanh đế cố định đáy biển để lựa chỗ có dịng chảy mạnh Để khai thác nguồn lượng này, nhà khoa học đưa phương án, bao gồm cấu trúc hệ thống phát điện có tháp thủy áp, phía hở, phía kín Phía bên tháp bể chứa nước ngọt, phía đối diện bể chứa nước mặn, ngăn cách chúng màng thẩm thấu chế tạo đặc biệt Do nồng độ muối nước nước biển khác nhau, tạo áp lực thẩm thấu lớn nước không ngừng thấm qua màng thẩm thấu sang phía bể chứa nước mặn vốn đầy nước biển, khiến cho cột nước tháp thủy áp dâng cao Cột nước dâng cao đến mức theo đường ống chảy đổ xuống làm bánh xe nước quay tạo nguồn điện Khai thác lượng từ chênh lệch độ mặn ống nano Tập trung cửa sông, tiềm năng lượng thẩm thấu Trái đất có cơng suất lý thuyết terawatt Tuy nhiên, cơng nghệ có sẵn để khai thác nguồn lượng không hiệu quả, chúng tạo khoảng watt cho mét vng màng tế bào Hiện nay, nhóm nghiên cứu dẫn đầu nhà vật lý Đại học Claude Bernard Lyon phát phương pháp để khai thác nguồn lượng - thẩm thấu qua ống nano boron nitride - tạo dòng điện hiệu 1.000 lần so với hệ thống trước đặc tính tích điện bề mặt ống nano boron nitride 12 | P a g e VP2012NL – NHĨM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT Dụng cụ thí nghiệm họ bao gồm lớp màng cách điện không thấm nước bị chọc xuyên thủng ống đơn Các nhà nghiên cứu sử dụng đầu dò kính hiển vi quét chui hầm chèn thêm ống nano boron nitride (nano BN), với đường kính ngồi khoảng vài chục nanomet để quét bề mặt ống nhằm ghi lại dòng chui hầm điện tử Hai điện cực nhấn chìm chất lỏng mặt bên ống nano cho phép họ đo cường độ dòng điện qua màng Ống nano nitride Bo cung cấp giải pháp hiệu để chuyển đổi lượng từ chênh lệch độ mặn thành lượng điện sử dụng Ngoại suy kết với quy mô lớn hơn, m2 màng boron nitride ống nano có cơng suất khoảng kW có khả tạo tới 30 megawatt năm Bước tiếp theo, nhà nghiên cứu dự án nghiên cứu sản xuất màng ống nano boron nitride kiểm tra hoạt động ống nano làm từ vật liệu khác Dự án thực chủ yếu thông qua hỗ trợ ERC ANR 13 | P a g e VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT CHƯƠNG TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 3.1 Ảnh hưởng thay đổi độ mặn Sự biến hệ động thực vật biển biến động độ mặn, bồi lắng tích lũy hữu lưu vực 3.2 Ảnh hưởng đến động vật đáy, giáp xác… 3.3 Tiếng ồn từ hoạt động cản trở liên lạc loài cá voi, cá heo 14 | P a g e VP2012NL – NHĨM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT 3.4 Có thể ảnh hưởng giao thông đường biển 15 | P a g e VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT CHƯƠNG KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN Nhìn chung, khả phát triển cao Như vậy, nói nguồn lượng từ biển lớn nguồn lượng không ảnh hưởng đến môi trường So với nguồn lượng khác điện hạt nhân, thủy điện… lượng biển có mức đầu tư hơn, tính an tồn cao, khơng cần máy điều hành lớn phức tạp Tuy nhiên, giá thành cao so với loại lượng khác, chí so với loại lượng tái tạo khác - VD: Nhà máy La Rance : 580 million USD/ 240MW 16 | P a g e VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT Hiện nay, nhiều nước giới sử dụng nguồn lượng từ biển Năm 1966, Pháp xây dựng nhà máy điện thủy triều giới có quy mơ cơng nghiệp với cơng suất 240 MW, nhà máy điện thủy triều lớn giới Tại Canada vận hành nhà máy 20 MW từ năm 1984, sản xuất 30 triệu kW điện hàng năm Trung Quốc nước quan tâm đến nguồn lượng sạch, Trung Quốc có 07 nhà máy điện thủy triều vận hành với tổng công suất 11 MW Gần đây, Hàn Quốc trọng khai thác sử dụng lượng thủy 17 | P a g e VP2012NL – NHÓM GVHD : TS.HUỲNH QUỐC VIỆT triều Một nhà máy điện thủy triều Shiwa có cơng suất 254 MW hồn thành năm 2010; cịn thành phố Incheon, từ năm 2007 xây dựng nhà máy có cơng suất 812 MW lớn giới, với 32 tổ máy đưa vào vận hành năm 2015 Khả phát triển với Việt Nam Việt Nam đánh giá quốc gia có nhiều tiềm để phát triển nguồn lượng từ biển Với gia tăng phát triển kinh tế Việt Nam khoảng 7% năm lượng điện tiêu thụ gia tăng khoảng 20% năm, giá dầu, than, khí đốt tăng cao chủ yếu phải nhập nên gây khó khăn cho an ninh lượng quốc gia Việc bổ sung, đa dạng hóa nguồn lượng từ biển cần thiết phục vụ phát triển bền vững Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020 coi biển có vị trí quan trọng phát triển kinh tế Hội đồng Khoa học ngành biển Công nghệ biển nước ta triển khai xây dựng dự án điều tra đánh giá nguồn lượng biển Nước ta có bờ biển dài với hàng ngàn đảo lớn nhỏ nên nói nguồn lượng từ sóng biển lớn, đặc biệt miền Trung hải đảo Theo PGS.TSKH Nguyễn Tác An, nguyên viện trưởng viện Hải dương học Nha Trang: “nếu sóng có độ cao 1m, độ dài khoảng 1,8km bờ biển, tạo nguồn lượng 35.000 mã lực; sóng cao 3m tạo áp lực khoảng 29 tấn/m2 mặt biển” Các chun gia tính tốn, với điều kiện sóng, gió, địa lý Việt Nam lượng tạo từ sóng biển xếp vào loại lớn giới Vừa qua, số đảo quần đảo Trường Sa sử dụng nguồn lượng gió để phát điện theo PGS TSKH Nguyễn Tác An thì: “Trước mắt đảo Trường Sa (Khánh Hịa), Phú Q (Bình Thuận), Cù Lao Chàm (Quảng Nam), Cồn Cỏ (Quảng Trị), Hịn Mê (Thanh Hóa) nghiên cứu để nhập thiết bị chuyển đổi lượng sóng thành điện cỡ nhỏ để dùng cho nhu cầu đảo Các giàn khoan biển sử dụng thiết bị để phát điện thay cho máy nổ có hiệu tiến hành triển khai diện rộng” 18 | P a g e