BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÁC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Khoa Điện – Điện tử – Viễn thông BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÁC Giảng viên: Sinh viên thực hiện: Ths Nguyễn Văn Khấn Ngô Việt Tứ 1800188 Lê Hoàng Diễn 1800811 Nguyễn Minh Thuận 1800427 Đỗ Thanh Thiên 1800323 Khoa Điện – Điện tử – Viễn thông Cần Thơ, Tháng năm 2022 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án cơng trình nghiên cứu em không chép em tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp thực Nội dung lý thuyết đồ án em có sử dụng số tài liệu tham khảo trình bày phần tài liệu tham khảo Có số liệu, chương trình phầm mềm kết đồ án trung thực chưa công bố cơng trình khác Người thực đề tài Nhóm 12 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 LỜI CẢM ƠN Kính gửi thầy cô, Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô trường, đặc biệt thầy Nguyễn Văn Khấn tận tình dạy, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập vừa qua Qua em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân động viên giúp đỡ em nhiều trình học tập Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 MỤC LỤC CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 1.1.Giới thiệu chung lượng địa nhiệt 1.2.Phân loại nguồn lượng địa nhiệt CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU 16 Đặc điểm nguyên nhân thủy triều 16 2.1.Đặc điểm 16 2.2.Nguyên nhân .17 2.3.Mối liên hệ người thủy triều 18 2.4.Sự tạo thành lượng thủy triều 18 2.5.Các loại hình khai thác điện thủy triều 19 2.6.Các vấn đề khai thác thủy triều điện .22 2.7.Ưu nhược điểm lượng thủy triều 23 2.8.Dự án điện thuỷ triều Việt Nam 24 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG 25 Tổng quan .25 3.1.Tạo lượng điện từ sóng biển cột nước dao động (OWC) 26 3.2.Chuyển đổi lượng sóng biển dạng phao (OWAP) 28 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT 1.1 Giới thiệu chung lượng địa nhiệt 1.1.1 Năng lượng địa nhiệt ? Năng lượng địa nhiệt dạng lượng tồn lòng đất dạng nhiệt Năng lượng địa nhiệt, dạng nhiệt tự nhiên sâu lòng trái đất, phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai lòng trái đất, từ nhiệt ma sát phiến lục địa trượt lên nhau, từ phân rã nguyên tố phóng xạ tồn tự nhiên với lượng nhỏ đá ❖ Năng lượng địa nhiệt tạo trình phản ứng phóng xạ hạt nhân nguyên tố phóng xạ nặng có lịng Quả Đất Thori (Th), Protactini (Pa), urani (U),…Đây nguồn nhiệt ❖ Nhiệt tích tụ dần thơng qua hấp thụ lượng mặt trời lớp vỏ trái đất ❖ Năng lượng địa nhiệt tạo ma sát hai mảnh vỏ Trái Đất dịch chuyển mà mảnh chuyển động dịch lên mảng Một phần tổng khối nhiệt lượng khổng lồ lịng Trái Đất bắt nguồn từ q trình hình thành hành tinh khoảng 4,5 tỷ năm trước (Trái Đất hình thành từ khối cầu vật chất cực nóng, nguội dần từ ngồi qua q trình quay quanh trục), phần lại kết q trình phân rã ngun tố phóng xạ tồn lõi Trái Đất Theo nguyên lý tuần hoàn nhiệt lượng từ nơi nhiệt độ cao xuống nhiệt độ thấp, dòng nhiệt Trái Đất di chuyển từ lõi vỏ Dưới tác động trình địa chất gọi kiến tạo mảng, vỏ Trái Đất phân thành 12 mảng lớn tái tạo (tái sinh) cách chậm chạp qua hàng triệu năm Các mảng di chuyển tương (phân tách hội tụ) với tốc độ vài cm/năm Khi hai mảng kiến tạo va chạm vào nhau, mảng hút chìm xuống mảng lại, tạo nên trũng đại dương gây động đất Đây nơi vỏ Trái Đất trở nên yếu bình thường, cho phép vật chất nóng từ lịng đất dịch chuyển Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 lên mặt Ở độ sâu lớn đới hội tụ, bên mảng sụp chìm, nhiệt độ tăng lên đủ cao đến nung chảy đất đá tạo magma (nham thạch) Do có mật độ thấp khối đất đá xung quanh, magma di chuyển lên phía vỏ Trái Đất mang theo nhiệt lượng với Đơi magma di chuyển lên tới bề mặt Trái Đất thông qua điểm yếu vỏ Trái Đất phun trào lava miệng núi lửa Tuy nhiên, đa phần magma giữ lại vỏ Trái Đất nung nóng đất đá khối nước ngầm (subterranean water) Một phần khối nước nóng di chuyển lên mặt đất thông qua đới đứt gãy khe đá rạn (cracks), hình thành suối nước nóng (hay geysers, mạch nước nóng) Một khối nước nóng nước bị “bẫy” khối đất đá khơng thấm (impermeable) phía bên giữ lại khối đất đá thấm (permeable), bồn trũng địa nhiệt hình thành Các bồn trũng nguồn địa nhiệt dùng trực tiếp để sản xuất điện qua hệ thống turbine nước (steam turbine) 1.2 Phân loại nguồn lượng địa nhiệt Có nguồn lượng địa nhiệt chính: 1.2.1 Nguồn nước nóng Là nguồn nước bị nung nóng áp suất cao , nguồn nước hay hỗn hợp chúng tầng đá xốp rỗ , khe nứt gãy đá , bị giữ lại lớp đá khác đặc kín khơng thấm nguồn nước nóng chất lượng cao nguồn chứa nước có lẫn nước hay chứa hồn tồn nhiệt độ cao 240°C 1.2.2 Nguồn áp suất địa nhiệt Là nguồn chứa nước muối có nhiệt độ trung bình chứa khí Metan (CH4) hịa tan Các nguồn bị vỏ Trái Đất nén lại áp suất cao tầng trầm tích sâu bị bao bọc lớp đất sét trầm tích khơng thấm nước Áp suất nguồn nằm khoảng từ 34MPa đến 140MPa độ sâu từ 1500m đến 15000m Nhiệt độ nguồn áp suất địa nhiệt thường khoảng 90°C đến 200°C 1.2.3 Nguồn đá nóng khơ Bao gồm khối đá nhiệt độ cao , từ 90°C đến 650°C Các nguồn đá bị nứt gãy nên chứa khơng có nước nóng Để khai thác nguồn địa nhiệt người ta khoan sâu đến tầng đá , tạo nứt gãy nhân tạo , sau sử Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 dụng chất lỏng làm chất vận chuyển nhiệt bơm qua tầng đá bị làm nứt gãy để thu nhiệt Tuy nhiên viêc khai thác lượng địa nhiệt từ nguồn đá nóng khơ khó khăn hiệu kinh tế không cao so với việc khai thác nguồn địa nhiệt khác 1.2.4 Nguồn lượng địa nhiệt từ núi lửa hoạt động Năng lượng địa nhiệt lỗ hổng núi lửa hoạt động có nhiều giới Magma đá nóng chảy có nhiệt độ từ 700°C đến 1600°C Khi cịn nằm vỏ Quả Đất đá nóng chảy phần vỏ Qủa Đất có độ dày khoảng 24 đến 48km Các nguồn magma chứa nguồn lượng khổng lồ , lớn nguồn địa nhiệt , gần mặt đất nên việc khai thác khó khăn 1.3 Phân loại nhà máy sản xuất lượng địa nhiệt 1.3.1 Nhà máy nước nóng khơ Dry steam sử dụng nước nhiệt độ cao (>235°C) nước nóng từ bể địa nhiệt Hơi nước dẫn vào thẳng turbine qua ống dẫn để quay máy phát điện Trong sơ đồ trực tiếp, nóng với áp suất cao thổi trực tiếp làm quay tuốc bin để sinh điện Đây kiểu nhà máy điện địa nhiệt lâu đời nhất, lần thử nghiệm Italia năm 1904, ứng dụng Tại Callifornia có nhà máy điện địa nhiệt lớn giới hoạt động theo nguyên lý 1.3.2 Nhà máy nước siêu lỏng Flash steam dạng kỹ thuật phổ biến Nhà máy dạng flash steam sử dụng nước nóng áp suất cao (>182°C) từ bể địa nhiệt Nước nóng nhiệt độ cao tự lên bề mặt thơng qua giếng áp suất chúng Trong q trình nước nóng bơm vào máy phát điện, áp suất nước giảm nhanh lên gần mặt đất Chính giảm áp khiến nước nóng bốc hồn tồn nước sinh làm quay turbine phát điện Lượng nước nóng không bốc thành bơm xuống trở lại bể địa nhiệt thông qua giếng bơm xuyên (injection wells) Trong sơ đồ gián tiếp, nước “siêu lỏng” từ tầng nước nóng bên đưa lên mặt đất giữ độ nóng 182 °C Hỗn hợp nước nóng nước dẫn vào buồng để hạ áp suất, phần lớn hỗn hợp biến thành nước (nước nóng + nước nóng) Hơi nước áp suất cao làm quay Tuarbin phát điện Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 1.3.3 Nhà máy hai chu trình Các nhà máy địa nhiệt binary-cycle sử dụng nước nóng có nhiệt độ trung bình dao động từ 107-182°C từ bể địa nhiệt Tại hệ thống binary, chất lỏng địa nhiệt dẫn qua bên hệ thống trao đổi nhiệt để nung nóng chất lỏng thứ cấp ống dẫn bên cạnh Chất lỏng thứ cấp thường hợp chất hữu có nhiệt độ sơi thấp nhiệt độ sơi nước, ví dụ Isobutane Iso-pentane Chất lỏng thứ cấp sau đun sôi hệ thống trao đổi nhiệt bốc dẫn vào turbine Trong trình vận hành nhà máy địa nhiệt điện nào, hệ thống làm nguội đóng vai trị quan trọng Các tháp làm nguội (cooling towers) giúp turbin không bị nóng từ kéo dài thời gian sử dụng Có hai dạng hệ thống làm nguội yếu: dùng nước dùng khơng khí ❖ Ưu điểm: Lợi chủ yếu hệ thống hai chu trình chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sơi thấp nhiệt độ sơi nước, bể địa nhiệt nhiệt độ thấp sử dụng Mặt khác, hệ thống hai chu trình chu trình tương đối kín nên khơng có khí thải sinh Vì lý kể mà chuyên gia địa nhiệt dự đoán hệ thống hai chu trình giải pháp kỹ thuật chủ đạo cho việc sản xuất điện địa nhiệt tương lai ❖ Nhược điểm: Hệ thống dùng khí khơng có tính ổn định hệ thống dùng nước phụ thuộc mật thiết vào nhiệt độ khơng khí Hệ thống hữu dụng vào mùa đông nhiệt độ xuống thấp hiệu suất giảm đáng kể vào mùa hè chênh lệch nhiệt độ khơng khí khơng cịn bao nhiêu, từ khơng khí khơng cịn khả làm hạ nhiệt chất lỏng hữu sử dụng nhà máy Tuy nhiên, hệ thống dùng nước lại cần thiết khu vực khan nguồn nước Hệ thống hữu dụng nơi có yêu cầu khắc khe cảnh quan sinh thái chúng không tạo cột nước hệ thống dùng nước Hầu hết hệ thống dùng khí sử dụng nhà máy kỹ thuật binary 1.4 Thực trạng việc ứng dụng lượng địa nhiệt thực tế 1.4.1 Sử dụng trực tiếp nguồn lượng địa nhiệt 1.4.1.1 Ứng dụng suối nước nóng Trên giới: Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 Suối nước nóng sử dụng cho mục đích tắm từ thời kì đồ đá Hồ tắm khoáng cổ hồ đá núi Lisan xây dựng vào thời nhà Tần kỉ thứ TCN Vào kỷ CN , người La Mã xâm chiếm Aquae Sulis sử dụng suối nước nóng để làm nơi tắm công cộng sưởi ấm sàn nhà Việc khai thác địa nhiệt mục đích cơng nghiệp sớm năm 1827, người ta sử dụng nước giếng tự phun để chiết tách axit boric từ bùn núi lửa Larderello, Ý 1.4.1.2 Ứng dụng sưởi nhiệt làm mát Năm 1892 , hệ thống sưởi khu vực Hoa Kì Boise , Idaho cung cấp trực tiếp từ lượng địa nhiệt , sớm triển khai Klamath Falls , Oregon vào năm 1990 Một giếng địa nhiệt sâu sử dụng để cung cấp nhiệt cho nhà kính Boise năm 1926, thời gian giếng tự phun sử dụng cung cấp nhiệt cho kính Iceland Charlie Lieb phát triển máy chuyển nhiệt lỗ khoan vào năm 1930 để sưởi cho nhà ơng Hơi nước nước nóng từ giếng tự phun sử dụng để sưởi nhà Iceland năm 1943 Ngày , có khoảng 20 quốc gia sử dụng trực tiếp địa nhiệt để sưởi với tổng lượng 270 PJ (1PJ = 1015J ) năm 2004 Hơn phân nửa số ược dùng để sưởi phịng 1/3 dùng cho hồ bơi nước nóng Lượng cịn lại dùng cơng nghiệp nơng nghiệp Sản lượng toàn cầu đạt 28 GW, hệ số suất có xu hướng giảm (khoảng 20%) mà nhu cầu sưởi chủ yếu sử dụng mùa đông Số liệu nêu bao gồm 88 PJ dùng cho sưởi phòng tách từ máy bơm nhiệt địa nhiệt với tổng sản lượng 15 GW Năng suất bơm nhiệt địa nhiệt toàn cầu tăng khoảng 10% năm Các ứng dụng trực tiếp nhiệt địa nhiệt cho sưởi phòng khác so với sản xuất điện có yêu cầu nhiệt độ thấp Nó từ nguồn nhiệt thải cung cấp co-generation từ máy phát điện địa nhiệt từ giếng nhỏ thiết bị biến nhiệt lắp đặt lòng đất độ sâu nơng Ở nơi có suối nước nóng tự nhiên, nước dẫn trực tiếp tới lị sưởi Nếu nguồn nhiệt gần mặt đất nóng khơ, ống chuyển đổi nhiệt nơng sử dụng mà không cần dùng bơm nhiệt Nhưng chí khu vực bên mặt đất lạnh để cung cấp cách trực tiếp, ấm khơng khí mùa đơng Sự thay đổi nhiệt độ mặt đất theo mùa nhỏ không bị ảnh hưởng bên độ sâu 10m Nhiệt độ chiết tách bơm nhiệt địa nhiệt hiệu nhiệt tạo lị sưởi thơng thường Các bơm nhiệt địa nhiệt Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 sử dụng nhu cầu thiết yếu nơi Có nhiều ứng dụng rộng rãi khác nhiệt địa nhiệt Các ống nước nóng từ nhà máy địa nhiệt bên đường vỉa hè thành phố đường ống nước nóng để cung cấp nhiệt cho tịa nhà tồn khu vực Reykjavík Akureyri dùng để làm tan chảy tuyết Các ứng dụng sưởi phòng sử dụng mạng lưới Lọc nước biển địa nhiệt thử nghiệm 1.4.1.3 Ứng dụng bơm địa nhiệt Điều hòa nhiệt độ địa nhiệt Hầu hết nơi bề mặt Trái Đất, nhiệt độ lòng đất 30 cm giữ nhiệt độ tương đối ổn định vào khoảng 100-160 C Hệ thống bơm địa nhiệt tận dụng nguồn nhiệt để điều hòa nhiệt độ tịa nhà Hệ thống bơm gồm có bơm nhiệt, hệ thống dẫn khí, hệ thống trao đổi nhiệt (hệ thống ống đặt chìm lịng đất gần tịa nhà) Vào mùa đơng, bơm nhiệt "lấy" nhiệt từ hệ trao đổi nhiệt bơm vào hệ thống dẫn nhiệt nhà Vào mùa hè, trình đảo ngược, bơm nhiệt "rút" nhiệt từ nhà bơm vào hệ thống trao đổi nhiệt Mặt khác, nhiệt rút từ khơng khí nhà cịn sử dụng để đun nước ấm sử dụng mùa hè 1.5 Năng lượng địa nhiệt sản xuất điện 1.5.1 Một số nhà máy địa nhiệt giới Hình Nhà máy Hellisheidi – iceland Nhà máy địa nhiệt Hellisheidi dạng nhà máy hóa (Flash steam) , nhà máy nằm vùng địa nhiệt rộng Iceland Kế hoạch mở rộng theo giai đoạn từ 2006 đến 2010 với sản lượng điện tối đa 300MW đến 400MW, trở thành nhà máy điện lớn Iceland Chủ sở hữu nhà máy ông Reykjavik Energy Giai đoạn gồm hai 10 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU Khái niệm lượng thủy triều Năng lượng thuỷ triều hay Điện thuỷ triều dạng thủy chuyển đổi lượng thu từ thuỷ triều thành dạng lượng hữu ích khác, chủ yếu điện Mặc dù chưa sử dụng rộng rãi, lượng thuỷ triều có tiềm cho việc sản xuất điện tương lai Thuỷ triều dễ dự đoán gió mặt trời Trong số nguồn lượng tái tạo, lượng thuỷ có mức chi phí thực tương đối cao thực nơi có thuỷ triều đủ cao có vận tốc dòng chảy lớn Tuy nhiên, với nhiều cải tiến phát triển công nghệ nay, phát triển mặt thiết kế (ví dụ lượng thủy triều động, đầm phá thuỷ triều) công nghệ tua bin (như tua bin hướng trục, tua bin tạo dịng chảy chéo), cho thấy tổng cơng suất lượng thủy triều cao nhiều so với giả định trước đây, nhờ chi phí kinh tế mơi trường đưa xuống mức cạnh tranh Vào kỷ 20, kỹ sư phát triển nhiều cách để tận dụng chuyển động sóng biển hoạt động thủy triều để tạo điện Các phương pháp sử dụng loại máy phát điện đặc biệt để chuyển đổi lượng thủy triều thành điện Đã có nhiều kịch dự báo thiệt hại cho quốc gia ven biển mực nước biển dâng bối cảnh toàn cầu gây ngập lụt vùng đất thấp ven biển hải đảo Đồng thời nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt dần làm giá xăng, dầu, khí, than đá ngày gia tăng nguồn dự trữ cạn kiệt, quốc gia giới có việt nam quan tâm đến nguồn lượng tái tạo Đặc điểm nguyên nhân thủy triều 2.1 Đặc điểm Những biến đổi thủy triều trải qua giai đoạn sau: 16 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 ❖ Triều dâng (flood tide): xảy mực nước biển dâng lên vài giờ, làm ngập vùng gian triều ❖ Triều cao (high tide): nước dâng lên đến điểm cao ❖ Triều xuống (ebb tide): mực nước biển hạ thấp vài làm lộ vùng triều ❖ Triều thấp (low tide): nước hạ thấp đến điểm thấp Thủy triều tạo dịng chảy có tính dao động gọi dòng triều hay triều lưu Thời điểm mà dòng triều ngừng chuyển động gọi nước chùng nước đứng (Slack Water) Sau đó, thủy triều đổi hướng, tạo biến đổi ngược lại Nước đứng thường xuất gần lúc mực nước triều cao triều thấp; số nơi, thời gian nước đứng khác biệt đáng kể so với thời gian triều cao triều thấp Hiện tượng thủy triều phổ biến bán nhật triều nhật triều, tức hai lần nước lớn ngày có đỉnh không nhau; chúng bao gồm mực nước lớn cao mực nước lớn thấp đồ thị triều Tương tự hai lần nước ròng gồm nước ròng cao nước ròng thấp 2.2 Nguyên nhân Nguyên nhân thủy triều thủy có hình cầu dẹt bị kéo cao lên hai miền đối diện tạo thành hình ellipsoid Một đỉnh ellipsoid nằm trực diện với Mặt Trăng - miền nước lớn thứ nhất, lực hấp dẫn Mặt Trăng gây Còn miền nước lớn thứ hai nằm đối diện với miền nước lớn thứ qua tâm Trái Đất, lực li tâm tạo Giữa hai nước lớn liên tiếp nước ròng Một vận tốc góc (tốc độ quay) Trái Đất khơng đổi lực li tâm lớn nằm nơi có bán kính quay lớn miền xích đạo Trái Đất Tuy nhiên bán kính quay chưa bán kính Trái Đất xích đạo, Trái Đất khơng hồn tồn quay quanh trục nó, Mặt Trăng khơng hồn tồn quay quanh Trái Đất, mà là: Hệ Trái Đất-Mặt Trăng quay xung quanh điểm trọng tâm hệ Do khối lượng Trái Đất lớn Mặt Trăng nhiều nên trọng tâm hệ Trái Đất-Mặt Trăng nằm lòng Trái Đất, đường nối tâm chúng khoảng cách 0.73 bán kính Trái Đất (4650.83 km) Tóm lại: Trái Đất vừa quay, vừa lắc Thủy triều đạt cực đại mà Mặt Trăng Mặt Trời nằm phía so với Trái Đất, mức triều phía đối diện lúc xuống điểm cực tiểu 17 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 Khái niệm thủy triều mở rộng vật lý học dành cho chênh lệch tương tác hấp dẫn tác động lên vật thể nằm tương tác hấp dẫn 2.3 Mối liên hệ người thủy triều Người xưa, sống bao đời gần sông biển chủ yếu họ tính theo nước, theo chu kì (nước triều lên nước triều xuống) nhờ vào tượng thủy triều, nên người sống thời biết cách bắt hải sản tôm, cua, cá Thủy triều cịn đóng góp phần lớn làm nên chiến thắng sông Bạch Đằng vào năm 938 Ngô Quyền trước quân Nam Hán năm 1288 nhà Trần trước quân Nguyên-Mông Cho đến ngày người biết sử dụng thủy triều để phục vụ cho công nghiệp (như sản xuất điện), ngư nghiệp, đánh bắt hải sản, khoa học, nghiên cứu thủy văn Hiện người bước khai thác thủy triều dạng lượng bật lượng điện thủy triều 2.4 Sự tạo thành lượng thủy triều Năng lượng thủy triều lấy từ thủy triều đại dương Trái Đất Lực thủy triều biến thiên định kỳ lực hút hấp dẫn thiên thể gây Khi Trái Đất quay,sự phình đại dương gặp nước nông tiếp giáp với bờ biển tạo thủy triều Năng lượng thủy triều công nghệ khai thác lượng vốn có đặc điểm quỹ đạo hệ thống Trái Đất–Mặt Trăng, mức độ thấp hệ thống Trái Đất–Mặt Trời Các nguồn lượng tự nhiên khác khai thác công nghệ người có nguồn gốc trực tiếp gián tiếp với Mặt trời, bao gồm Nhiên liệu hoá thạch, Thuỷ điện thơng thường, gió, Nhiên liệu sinh học, sóng Năng lượng Mặt Trời Một máy phát điện thủy triều chuyển đổi lượng dòng thủy triều thành điện Biến thể thủy triều lớn vận tốc dịng triều cao làm tăng đáng kể tiềm vị trí để phát điện thủy triều Bởi thủy triều Trái Đất hình thành tương tác lực hấp dẫn với Mặt trăng Mặt trời di chuyển Trái Đất, lượng thủy triều thực tế vô tận phân loại nguồn Năng lượng tái tạo Sự dịch chuyển thủy triều làm tiêu hao lượng học hệ thống Trái Đất - Mặt Trăng: kết việc bơm nước qua hạn chế tự nhiên xung quanh đường bờ biển xuất 18 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 phân tán độ nhớt Đáy đại dương Dòng chảy rối Sự tiêu hụt lượng làm cho di chuyển vòng Trái Đất chậm lại 4,5 tỷ năm kể từ hình thành Trong suốt 620 triệu năm qua, thời gian quay Trái Đất (chiều dài ngày) tăng từ 21,9 lên 24 giờ;[8] giai đoạn Trái Đất 17% lượng quay Mặc dù thủy triều làm tiêu hao thêm lượng từ hệ thống, ảnh hưởng khơng đáng kể nhận thấy hàng triệu năm 2.5 Các loại hình khai thác điện thủy triều 2.5.1 Máy phát thủy triều Hình Máy phát điện thủy triều Các máy phát điện thủy triều sử dụng động dòng chảy di chuyển tới tuabin điện, theo cách tương tự với tuabin gió sử dụng lượng gió cho tuabin điện số máy phát điện thủy triều xây dựng thành kết cấu cầu có bị chìm hồn tồn, tránh lo ngại tác động đến cảnh quan thiên nhiên Các hạn chế đất đai eo biển cửa hút gió tạo vận tốc cao địa điểm cụ thể, thu việc sử dụng tuabin Các tuabin nằm ngang, thẳng đứng, mở, ngầm hóa Năng lượng dịng chảy sử dụng tốc độ cao nhiều so với tuabin gió nước dày đặc khơng khí Sử dụng cơng nghệ tương tự tua-bin gió, chuyển đổi lượng lượng thủy triều hiệu nhiều Gần 10 mph (khoảng 8,6 hải lý) dịng thuỷ triều đại dương có cơng suất lớn tốc độ gió 90 mph cho hệ thống tuabin kích thước 19 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 2.5.2 Đập thủy triều Hình Đập thủy triều điện Đập thuỷ triều tận dụng Thế khác biệt chiều cao (hoặc đầu thuỷ lực) thủy triều cao thấp Khi sử dụng đập thủy triều để tạo lượng, từ thủy triều bị thu giữ thơng qua việc bố trí đập chun dụng Khi mực nước biển dâng lên thủy triều bắt đầu nâng lên, gia tăng tạm thời thủy triều đưa vào lưu vực lớn phía sau đập, giữ lượng lớn Khi thủy triều hạ xuống, lượng sau chuyển thành Cơ nước giải phóng qua tuabin lớn tạo lượng điện thông qua việc sử dụng máy phát điện 20 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 2.5.3 Đầm phá thủy triều Hình Đầm phá thủy triều Một lựa chọn việc thiết kế cơng trình khai thác lượng thủy triều xây dựng tường chắn tròn gắn với tuabin thu lượng tiềm thủy triều Các hồ chứa tạo tương tự hồ chứa thủy triều(đập thuỷ triều), ngoại trừ mơi trường có kiểm sốt Các đầm phá to gấp đơi (hoặc gấp ba) mà không cần bơm bơm để cân sản lượng điện Năng lượng bơm cung cấp nguồn lượng tái tạo dư từ lưới điện, ví dụ tuabin gió mảng quang điện mặt trời Năng lượng tái tạo dư thay bị cắt giảm sử dụng lưu trữ thời gian sau Các đầm phá có bề mặt địa hình bị phân rã có khoảng thời gian trễ sản lượng cao điểm đồng thời cân sản lượng cao điểm gần với sản lượng tải trọng bản, phương pháp có chi phí cao số giải pháp thay khác Đầm phá thủy triều Lagoonea đề xuất Wales Vương quốc Anh trạm đầm phá thủy triều xây dựng 21 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 2.6 Các vấn đề khai thác thủy triều điện 2.6.1 Những mối quan ngại môi trường Việc xây dựng nhà máy điện thủy triều gây ảnh hưởng hưởng xấu đến sống sinh vật biển Những lưỡi quay tua bin q trình hoạt động giết chết sinh vật biển sống gần khu vực Một số lồi cá rời bỏ vùng biển đe dọa vật thể quay nguy hiểm đến tính mạng chúng tiếng ồn liên tục Đời sống sinh vật biển cân nhắc lớn đặt máy phát điện lượng thủy triều nước biện pháp phòng ngừa thực nhằm đảm bảo giảm thiểu số lượng sinh vật biển bị ảnh hưởng việc khai thác nguồn lượng thủy triều 2.6.2 Các tua bin thủy triều Mối quan tâm mơi trường lượng thủy triều có liên quan đến cơng lưỡi quay vướng víu sinh vật biển nước tốc độ cao tạo làm tăng nguy sinh vật bị đẩy gần lại thông qua thiết bị Cũng tất nguồn lượng khác có khả tái tạo từ đại dương, có vài mối quan tâm việc tạo Điện từ trường âm tua bin thủy triều ảnh hưởng đến sống sinh vật biển Vì thiết bị nằm nước nên đầu âm lớn thiết bị tạo lượng gió ngồi khơi Tùy thuộc vào tần số biên độ âm tạo thiết bị lượng thủy triều, âm có hiệu ứng khác động vật biển có vú (đặc biệt lồi có khả giao tiếp điều hướng môi trường biển tín hiệu, chẳng hạn cá heo cá voi) Việc khai thác lượng thủy triều gây lo ngại môi trường làm giảm chất lượng nước phá vỡ trình trầm tích Tùy thuộc vào quy mơ dự án, ảnh hưởng dao động từ dấu tích nhỏ lớp trầm tích gần thiết bị thủy triều đến ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái trình ven bờ 2.6.3 Đập thủy triều Việc xây dựng đập thủy triều thay đổi bờ biển vịnh cửa sông, ảnh hưởng đến hệ sinh thái lớn phụ thuộc vào bãi triều; gây ức chế dòng chảy nước ngồi vịnh, có ứ đọng vịnh cửa sông, gây đục cục (chất rắn lơ lửng) giảm nước mặn lưu thông vào, dẫn đến chết 22 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 cá- nguồn thực phẩm quan trọng cho chim động vật có vú Việc di cư cá làm giảm khả sinh sản đàn Các mối quan tâm đến âm tương tự áp dụng cho rào chắn thủy triều Việc xây dựng đập thủy triều cịn làm cản trở giao thơng qua khu vực Đó trở thành vấn đề kinh tế-xã hội, âu tàu xây dựng bổ sung nhằm cho phép giao thông qua lại vài hạn chế Tuy nhiên,việc xây dựng đập cải thiện kinh tế địa phương Vùng nước ấm cho phép tái tạo vịnh cửa sông 2.6.4 Đầm phá thủy triều Về mặt môi trường, mối quan tâm việc lồi sinh vật biển cố gắng vào đầm phá bị tổn thương cánh quạt, đầu âm từ tuabin thay đổi trình lắng đọng Tuy nhiên, tất ảnh hưởng mang tính cục khơng ảnh hưởng đến tồn cửa sơng vịnh 2.6.5 Sự ăn mòn Nước muối gây ăn mòn phận kim loại, điều cản trở việc trì máy hoạt động bình thường máy phát dịng thủy triều kích thước chiều sâu chúng nước Việc sử dụng vật liệu chống ăn mịn thép khơng gỉ, hợp kim niken hàm lượng cao, hợp kim đồng-niken, hợp kim niken-đồng titan làm giảm đáng kể, loại bỏ, thiệt hại ăn mòn gây Ngoài ra, chất lỏng học, chẳng hạn chất bơi trơn, bị rị rỉ gây hại cho sinh vật biển gần Việc bảo trì cách phù hợp giảm thiểu lượng hóa chất độc hại xâm nhập vào mơi trường biển 2.6.6 Chi phí Năng lượng thủy triều có chi phí ban đầu đắt, điều lý khiến lượng thủy triều nguồn lượng tái tạo phổ biến Điều quan trọng việc nhận phương pháp tạo điện từ trường từ lượng thủy triều công nghệ tương đối Dự kiến lượng thủy triều mang lại lợi nhuận thương mại năm với công nghệ tốt quy mô lớn 2.7 Ưu nhược điểm lượng thủy triều 2.7.1 Ưu điểm Ưu điểm phương pháp khai thác nguồn điện từ dòng thủy triều nguồn tài nguyên tái tạo vô tận, sản xuất nhiều lượng hoạt động không cản trở tàu 23 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 thuyền Cánh quạt tua bin có tốc độ quay chậm, không gây nhiều nguy hiểm loài sinh vật sống đại dương Thiết kế tương tự tua bin gió, nước ổn định dễ điều khiển nên lượng điện sản sinh từ nguồn lượng thủy triều Là nguồn tài nguyên vô tận đồng thời hồn cảnh thời tiết thiết bị vận hành 2.7.2 Nhược điểm Tuy nhiên, việc lắp đặt tua bin phức tạp Hệ thống có kích thước lớn có khả ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường Bên cạnh khó khăn nằm phần trang thiết bị máy phát điện thường phải đặt chìm nước sâu, khơng thuận tiện cho việc vận hành, nước biển lại môi trường ăn mịn mạnh mà chưa có giải pháp khắc phục cách triệt để Chính thế, trang thiết bị đắt tiền, chi phí hoạt động lớn Không nhược điểm lượng thủy triều phải phụ thuộc vào lên xuống thủy triều Ảnh hưởng tác động từ thiên nhiên nhiều 2.8 Dự án điện thuỷ triều Việt Nam Việt Nam có bờ biển dài 3.200 km ven biển có nhiều vũng, vịnh, cửa sơng, đầm phá, tiền đề để khai thác lượng thủy triều Tại khu vực Quảng Ninh, mật độ lượng thủy triều đạt khoảng 3,7 GWh/km2, Nghệ An khoảng 2,5 GWh/ km2 giảm dần đến khu vực Thừa Thiên Huế với 0,3 GWh/ km2 Về phía Nam, Phan Thiết 2,1 GWh/ km2, Bà Rịa - Vũng Tàu với 5,2 GWh/ km2 Vùng biển Đông Bắc thuộc địa phận tỉnh Quảng Ninh TP Hải Phịng khu vực có tiềm phát triển điện thủy triều lớn nước, với cơng suất lắp máy lên đến 550MW, chiếm 96% tiềm kỹ thuật nguồn điện thủy triều Việt Nam 24 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG ĐẠI DƯƠNG Tổng quan Trong năm gần giới quan tâm rộng rãi tới lượng sóng biển Khai thác đại dương để sản xuất điện từ nguồn sóng biển mênh mông đại dương giới phần lời giải cho vấn đề lượng Sự chuyển đổi riêng tài nguyên sóng biển cung cấp phần lớn yêu cầu điện nhiều nước châu âu Bắc Ai len, Đan mạch , Bồ đào nha, Tây ban nha nước khác Bảng 3.1 Tiềm năng lượng đại dương Khu vực Tiềm năng lượng sóng [TWh/năm] Tây Bắc Âu 2800 Vùng Địa Trung Hải Đại Tây Dương 1300 Bắc Mỹ Greenland 4000 Trung Mỹ 1500 Nam Mỹ 4600 Châu Phi 3500 Châu Á 6200 Khu vực Thái Bình Dương 5600 Tổng 29500 Một số nhà máy điện lượng đại dương Hình AWS-3 nước Anh tổng cơng suất 2MW 25 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 Hình Oceanlinx nước Úc, tổng cơng suất 2,5MW Viện nghiên cứu lượng điện Mỹ có tính tốn lượng điện sóng biển dọc theo bờ biển U.S sản xuất khoảng 2100TWh/năm Sản lượng chiếm nửa yêu cầu sử dụng điện nước Mỹ Ở nước Anh, giới chun gia ước tính rằng, nước biển đảm bảo cho họ tới 25% nhu cầu lượng cần thiết 3.1 Tạo lượng điện từ sóng biển cột nước dao động (OWC) Nó sử dụng nguyên lý cột nước dao động, nguồn cung cấp lượng cho cơng nghệ thường tuabin khơng khí, tuabin khơng khí sử dụng phổ biến cho ứng dụng Tuabin Wells Mực nước khoang lên xuống theo nhịp sóng biển hoạt động phích tơng, khơng khí bị cưỡng chuyển động qua tuabin gây chuyển động quay tuabin tạo lượng học để máy phát điện chuyển đổi thành điện Tuabin Wells có tính đặc biệt ln quay chiều thành hướng, gió có luồng từ hướng Hình 3 Nguyên lý cột nước dao động 26 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 Hình Hướng quay Tuabin Wells ❖ Cấu tạo cánh Tuabin Wells Hình Cấu tạo cánh tuabin Wells Cánh quạt tuabin Wells cấu tạo theo cách đặc biệt, thiết kế theo hình giọt nước nằm ngang giúp cho việc nhận hướng áp suất từ bên xuống từ bên lên, dẫn đến cho tuabin Wells quay theo hướng 27 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 Hình Hướng gió nhận Tuabin Ưu điểm: ➢ Trạm phát điện thường đặt bờ có cơng suất lớn ➢ Điện áp điều chỉnh có độ ổn định cao ➢ Thuận tiện cho việc thử nghiệm, lắp đặt, vận hành bảo trì sửa chữa ➢ Chi phí truyền tải cho trạm phát điện đến trạm phân phối nơi tiêu thụ thấp Nhược điểm: ➢ Chi phí đầu tư cao ➢ Ảnh hưởng đến nhiều cảnh quan, diện tích mơi trường bờ biển 3.2 Chuyển đổi lượng sóng biển dạng phao (OWAP) Năng lượng thường chuyển đổi thành chuyển động Piston tạo áp suất nén lên chất lỏng chất khí, làm chúng di chuyển qua ống dẫn tác động làm quay tuabin máy phát tạo điện Hình Năng lượng đại dương dạng phao 28 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 Ưu điểm: ➢ Nguyên lý hoạt động đơn giản dễ chế tạo, hiệu suất chuyển đổi cao, thường có công suất nhỏ ➢ Công suất lớn nguồn điện tạo ổn định hơn, có khả điều chỉnh Nhược điểm: ➢ Việc thử nghiệm, lắp đặt, vận hành bảo trì sửa chữa gặp nhiều khó khăn ➢ Ảnh hưởng nhiều đến giao thông đường biển ➢ Tổn hao chi phí truyền tải phân phối vào bờ lớn 29 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Khấn Nhóm: 12 30