bài tìm hiểu về nhà máy điện đại dương

Em thực hiện đề tài này với mục đích có cái nhìn tổng quát về các nhà máy điện đại dương đồng thời tìm hiểu sâu về các dạng, các loại của nguồn năng lượng điên đại dương cũng như các cấu

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI TÌM HIỂU VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN ĐẠI DƯƠNG

HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Xuân Thái LỚP: KỸ THUẬT ĐIỆN – 03 MSSV:20222057

GVHD: LÊ VIỆT TIẾN

LỜI MỞ ĐẦU Điện năng là một yếu tố không thể thiếu đối với đời sống hằng ngày của các hộ gia đình hay các nhà máy, xí nghiệp Nó là căn nguyên của mọi nền khoa học hiện đại ngày nay, là nền tảng của sự đổi mới và phát triển mạnh mẽ của loài người, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp điện Nguồn năng lượng điện có thể đến từ nhiều nguồn cung khác nhau, ví

dụ như là từ gió, địa nhiệt, than đá,… Tuy nhiên, có một nguồn năng lượng vô cùng đặc biệt, chúng vô cùng dồi dào và thân thiện với môi trường sống của con người, đó chính là nguồn năng lượng vô tận đến từ đại dương bao la Một nhà máy điện đại dương là một trong những phát minh tầm cỡ mà con người đã tạo ra nhằm mang lại cho con người một nguồn năng lượng điện sạch và an toàn Trong khuôn khổ đề tài này em sẽ đi sâu vào một hướng cụ thể đó là “ Tìm hiểu về nhà máy điện đại dương” Em thực hiện đề tài này với mục đích có cái nhìn tổng quát về các nhà máy điện đại dương đồng thời tìm hiểu sâu về các dạng, các loại của nguồn năng lượng điên đại dương cũng như các cấu tạo cơ bản và lợi ích của nhà máy điện đại dương Để hoàn thành tốt báo cáo này, bản thân em đã có sự tích luỹ kiến thức, tìm hiểu về chúng rất kỹ càng Đồng thời rèn luyện khả năng tự tổ chức và hoàn thành công việc do chính mình đề ra Với mục đích trên đã tạo động lực cho em hoàn thành báo cáo này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Việt Tiến – Giảng viên hướng dẫn môn “ Nhập môn

Kỹ thuật điện” đã cung cấp những kiến thức hữu ích và định hướng cụ thể rõ ràng để giúp em hoàn thành tốt báo cáo này

Đây là bản báo cáo đầu tiên mà chính bản thân em độc lập làm việc, em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt bài báo cáo của mình Nhưng trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi nhiều sai sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp cũng như những ý kiến quý báu từ Thầy và các bạn, để em có thể rút kinh nghiệm và hoàn thiện hơn trong những lần sau

Em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

2

M C L CỤ Ụ 3

CH NG I: NĂNG LƯƠ NG ĐI N ĐẾẾN T Đ I DƯỢ Ệ Ừ Ạ ƯƠNG 4

I Gi i thi u chung vềề năng lớ ệ ượ ng đ i dạ ươ ng ( Renewable ocean energy) 4

1.1 Khái ni m vềề năng lệ ượng đ i dạ ươ 4ng 1.2 L i ích c a năng lợ ủ ượng đ i dạ ươ 5ng 1.3 Tình hình năng lượng đ i dạ ương trền thềế gi iớ 5

1.4 Nh ng th thách đốếi v i năng lữ ử ớ ượ ng đi n đ i dệ ạ ươ 6ng II Phân lo i các lo i hình c a năng lạ ạ ủ ượng đềến t đ i dừ ạ ươ 7ng 2, Phương th c ho t đ ng c a năng lứ ạ ộ ủ ượng đ i dạ ươ 7ng III, V tríị 10

CH NG II: CÁC NHÀ MÁY ĐI N Đ I DƯƠ Ệ Ạ ƯƠNG TRẾN THẾẾ GI IỚ 10

1 D án nhà máy đi n sóng Mutriku t i Tây Ban Nhaự ệ ạ 10

2 Nhà máy đi n thu triềều Sihwa t i Hàn Quốốcệ ỷ ạ 11

3 Thiềốt b chuy n đ i năng lị ể ổ ượng sóng t i Hawaiiạ 12

CH NG III: KẾẾT LU NƯƠ Ậ 13

TRÍCH DẪẪN 13

CHƯƠNG I: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN ĐẾN TỪ ĐẠI DƯƠNG

I Giới thiệu chung về năng lượng đại dương ( Renewable ocean energy)

1.1 Khái niệm về năng lượng đại dương

Năng lượng đại dương có thể tái tạo ( hay đơn giản là năng lượng đại dương) là loại năng lượng bắt nguồn từ những sự chuyển động dưới lòng đại dương, hoặc từ các trạng thái vật lý hoá học của nó Thế hệ đầu tiên của công nghệ năng lượng đại dương đã được phát triển hơn 100 năm trước: bằng sáng chế ban đầu cho các thiết bị chạy bằng năng lượng sóng đã được ban hành vào thế kỷ 19 Năng lượng thủy triều có niên đại xa hơn nếu người ta xem xét các kỹ thuật guồng nước hoặc bánh guồng Các đập thủy triều đầu tiên (đập lớn thu năng lượng thủy triều) bắt đầu hoạt động vào đầu năm 1966 ở Pháp , và ở quy mô nhỏ hơn ngay sau đó ở Trung Quốc và Canada Tuy nhiên, chi phí môi trường cao liên quan đến các cấu trúc này đã không khuyến khích ứng dụng quy mô rộng của chúng

Năng lượng sóng biển là một dạng năng lượng vô tận, không tạo chất thải, không đòi hỏi bảo trì cao Tuy nhiên sóng biển gần như không thể dự đoán nên sự lệ thuộc của loại mô hình này vào tự nhiên quá lớn Ngoài ra, không phải nơi nào cũng thích hợp xây dựng mô hình năng lượng này Ở Việt Nam hiện nay, vấn đề nghiên cứu và xây dựng nhà máy điện đại dương cũng như năng lượng đại dương chưa được quan tâm nhiều

1.2 Lợi ích của năng lượng đại dương

Năng lượng đại dương mang đến cho ta rất nhiều lợi ích như:

4

1.2.1 Lợi ích công nghệ: Năng lượng đại dương được coi là một nguồn năng

lượng tái tạo, có nghĩa là có một nguồn năng lượng dồi dào không giới hạn đang chờ đợi con người tận dụng Công nghệ như vậy được đặc trưng bởi khả năng dự đoán cao hơn so các nguồn năng lượng khả biến khác, mang lại cho nó một lợi thế kỹ thuật so với năng lượng mặt trời và năng lượng điện gió Khả năng dự đoán được thúc đẩy chủ yếu bởi vị trí và sự di chuyển của mặt trăng ( thuỷ triều) Ngoài ra, điều làm nên sự khác biệt của năng lượng đại dương là khả năng ứng dụng và sẵn sàng cho cả triển khai trên bờ và ngoài khơi Do tính mô đun và khả năng mở rộng của loại năng lượng này, năng lượng điện đại dương có thể cung cấp điện cho nhiều lĩnh vực sử dụng như: du lịch, làm mát, cảng, khử muối,…

1.2.2 Giảm thiểu khả năng biến đổi khí hậu: Theo Cơ quan Năng lượng Quốc

Tế, trên toàn cầu, năng lượng đại dương có thể giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu bằng cách giảm lượng khí thải carbon từ sản xuất điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch ước tính khoảng 500 triệu tấn vào năm 2050

1.2.3 Khả năng khắc phục thảm hoạ: Năng lượng đại dương có thể hỗ trợ

khắc phục thảm họa tự nhiên ở một số nơi nhất định bằng cách cung cấp cho các cộng đồng bị ảnh hưởng một nguồn năng lượng bền vững Ví dụ, các thiết bị năng lượng đại dương được xây dựng trong đê chắn sóng có thể được bảo vệ trong một thảm họa và do đó có thể cung cấp nước và điện đã khử muối cho các cộng đồng đó

1.3 Tình hình năng lượng đại dương trên thế giới

Ở một số quốc gia trên thế giới, năng lượng tái tạo đại dương đã được áp dụng

để vận hành vào trong đời sống Tại Hoa Kỳ, phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia ước tính rằng nếu được tận dụng tối đa, các nguồn năng lượng đại dương ở Hoa Kỳ có thể cung cấp tương đương một nửa lượng điện mà quốc gia này sản xuất được vào năm 2019 Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, tiềm năng năng lượng hàng năm theo lý thuyết của sóng ngoài khơi Hoa Kỳ được ước tính lên tới 2,64 nghìn tỷ kilowatt giờ hoặc tương đương với khoảng 64% tổng sản lượng điện của Hoa Kỳ vào năm 2019 Chính phủ Hoa Kỳ và các bên liên quan trong ngành đã dự đoán rằng năng lượng điện đại dương có thể sẽ được sử dụng đầu tiên để cung cấp năng lượng cho nhu cầu năng lượng và nước của các cộng đồng hải đảo và ven biển và các hoạt động ở ngoài khơi Theo các bên liên quan này, việc sử dụng năng lượng đại dương cho các hoạt động và các cộng đồng này sẽ giúp cải tiến công nghệ và góp phần làm cho năng lượng đại dương có chi phí cạnh tranh hơn ở một số thị trường khác

Trên thế giới, hiện nay công nghệ năng lượng đại dương đã xuất hiện tại một số quốc gia như Úc, Mỹ, Canada, Trung Quốc, Thuỵ Điển, Tây Ban Nha,… Những quốc gia này đã và đang sử dụng nguồn năng lượng này như một nguồn năng lượng xanh, làm giảm thiểu đáng kể mức ô nhiễm cũng như chi phí điện Ước tính mỗi năm công nghệ này có thể tạo ra hàng trăm MWH điện cho mỗi quốc gia

Nhà máy điện dùng năng lượng sóng tại Tây Ban Nha

1.4 Những thử thách đối với năng lượng điện đại dương

- Chi phí cao: ác công nghệ năng lượng đại dương thường đắt hơn so với công nghệ năng lượng tái tạo khác vì cài đặt cao, chi phí vận hành, bảo dưỡng khá nan giải Điều này củng cố một nhận thức rằng năng lượng đại dương rất rủi ro và khiến việc tìm kiếm các nhà đầu tư và bảo hiểm

6

- Cơ sở hạ tầng Công nghệ năng lượng đại dương phải đối mặt với đáng kể thách thức về cơ sở hạ tầng và chuỗi cung ứng kém phát triển Ví dụ, kết nối các thiết bị này với lưới điện có thể khá tốn kém và một số thành phần của máy sẽ không chống chịu được thời tiết khắc nghiệt

- Ảnh hưởng môi trường: Các rủi ro môi trường chính của công nghệ năng lượng đại dương đó là những sự va chạm của sinh vật biển dưới nước với tua-bin khi vận hành, tạo ra âm thanh dưới nước và thay đổi môi trường sống Hơn nữa nghiên cứu là cần thiết để đánh giá tác động lâu dài của năng lượng đại dương về môi trường và động vật hoang dã ở biển Ngoài ra, trong quá trình vận hành, năng lượng này tuy sạch nhưng nó vẫn thải ra môi trường một

số chất gây nguy hại Tuy nhiên số lượng thải ra không đáng kể nếu chúng ta vận hành và xử lý đúng cách

Bảng thống kê lượng chất gây ô nhiễm vào năm 1993 tại Anh Chất gây ô

nhiễm

Dòng thuỷ triều (g/kWh)

Năng lượng sóng ( g/kWh)

II Phân loại các loại hình của năng lượng đến từ đại dương

2, Phương thức hoạt động của năng lượng đại dương

Tài nguyên của năng lượng đại dương có thể được khai thác bằng cách sử dụng nhiều loại thiết bị, tuỳ thuộc vào loại năng lượng mà chúng ta khai thác, lượng điện năng họ cần cung cấp và các yếu tố khác Thiết bị chủ yếu trong công việc nắm bắt năng lượng của nước chuyển động khác nhau về thiết kế và quy mô, tuỳ thuộc vào việc chúng được tạo ra

để khai thác sóng, thuỷ triều hay dòng hải lưu

Có một vài dạng chính trong việc chuyển đổi năng lượng điện từ đại dương:

2.1.1 Công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng: Bộ chuyển đổi sóng sử dụng sóng

bề mặt để tạo ra năng lượng Ví dụ, một loại bộ chuyển đổi năng lượng sóng tạo ra năng lượng bằng cách sử dụng chuyển động sóng giống như một pít-tông để đẩy không khí vào và ra khỏi buồng với chuyển động của không khí để lái một tua bin Thông thường họ sẽ sử dụng một công nghệ gọi là “ Cột nước dao động” ( Oscillating water column) để vận hành tạo ra điện từ năng lượng sóng

Dạng công nghệ này hoạt động bao gồm một buồng khí Sau khi không khí đi vào, chịu

áp suất dao động do tác động của sóng, đi lên hoặc đi xuống di chuyển một tuabin không khí thông thường được liên kết với một máy phát điện Do đó, tuabin không khí có thể tận dụng toàn bộ chu kỳ dao động của sóng Nó thường được lắp đặt trong đê chắn sóng, nhưng có các mô hình nổi và dựa trên bờ Lợi ích chính của khái niệm cột nước dao động thường được chấp nhận là tính đơn giản và bền vững của nó

2.1.2 Công nghệ chuyển đổi năng lượng thuỷ triều: bộ chuyển đổi năng lượng

thuỷ triều sử dụng chuyển động ngang của dòng thuỷ triều để tạo ra năng lượng, thường thông qua tua-bin ngập nước có chân vịt được quay bởi dòng điện, tương

tự như tua-bin gió

Cấu tạo của một bộ chuyển đổi năng lượng thuỷ triều cơ bản Một số công nghê thuỷ triều khác có thể thấy như “Diều thuỷ triều” có thể khai thác cả hai dòng thuỷ triều có vận tốc cao hơn và dòng chảy ngoài khơi có vận tốc thấp hơn thông qua một “con diều” đặc biệt được buộc dưới nước Diều sử dụng các cánh điều khiển để di chuyển theo hướng

mô hình cố định trên dòng điện, tăng tốc độ dòng nước chảy qua các cánh tua-bin trong diều, nhờ đó thu được nhiều năng lượng hơn

8

2.1.3 Chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương: Các nhà máy điện chuyển đổi năng

lượng nhiệt đại dương (OTEC) sử dụng công nghệ chuyển đổi chênh lệch nhiệt giữa nước biển ấm trên bề mặt và nước biển lạnh sâu dưới đáy biển (ít nhất là 20°C hoặc 36°F) thành điện năng và được dự định triển khai như các nhà máy điện quy mô lớn Các nhà máy chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương sử dụng công nghệ này cụ thể như sau: nước trên bề mặt ấm hơn được bơm qua thiết bị bay hơi làm bay hơi chất lỏng hoạt động ( có thể là chính nước bề mặt) Sau đó hơi nước được lan rộng và làm chạy một máy phát điện hoặc tua-bin, sau đó sản xuất ra điện Chất lỏng bốc hơi được chuyển trở lại thành chất lỏng trong bình ngưng được làm mát bằng nước biển lạnh được bơm từ sâu hơn trong đại dương Các hệ thống OTEC sử dụng nước biển làm chất lỏng làm việc có thể sử dụng nước ngưng tụ để tạo ra nước khử muối

Công nghệ chuyển đỏi năng lượng nhiệt đại dương

lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, từ sự chênh lệch độ mặn này có thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác Để khai thác nguồn năng lượng này, các nhà khoa học đưa ra phương án, bao gồm một cấu trúc hệ thống phát điện trong đó có một tháp thủy áp, phía trên hở, phía dưới kín Phía bên của tháp là bể chứa nước ngọt, phía đối diện là bể chứa nước mặn, 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, khiến cho cột nước trong tháp thủy áp dâng cao Cột nước dâng cao đến một mức nào đó sẽ theo đường ống chảy ra ngoài và đổ xuống làm bánh xe nước quay và tạo ra nguồn điện

3 Ứng dụng thực tế của các phương pháp trên

OTEC và các công nghệ dòng hải lưu hiện có quy mô nhỏ và có chỉ có triển khai hạn chế Một trong ba nhà máy điện OTEC đang hoạt động trên thế giới nằm ở Hawaii; nhưng các bên liên quan phát triển công nghệ này chủ yếu là các viện nghiên cứu và trường đại học nhiều hơn các ban ngành vì sự không chắc chắn về lợi ích cho ngành công nghệ năng lượng biển này Diều thủy triều có thể khai thác một phần nào đó năng lượng hiện tại của đại dương Tuy nhiên các nhà phát triển đang lên kế hoạch triển khai thương mại hạn chế nhằm nắm bắt năng lượng từ dòng thủy triều chứ không phải dòng hải lưu, một phần vì các dòng hải lưu xa hơn ngoài khơi, điều này khiến cho công tác triển khai thêm phức tạp hơn

Nhà máy chuyển đổi năng lượng sóng biển tại Hawaii III, Vị trí

Sự phân loại này là theo khoảng cách tương đối giữa thiết bị, bờ biển và độ sâu đáy biển Sự phân loại này phần nào mang tính chất định tính do có nhiều khác biệt giữa các thềm lục địa trên thế giới Tuy nhiên, sự phân loại này không được sử dụng trong các cuộc thảo luận thực tế và vẫn là cách tiếp cận định tính đầu tiên đối với các công nghệ WEC

Trên bờ: Nằm gần bờ biển, thường bị ảnh hưởng bởi nước nuốt (h/λ < 1/25), trong đó h là

độ sâu của nước và λ là bước sóng Những bộ chuyển đổi này thường được tích hợp trong

đê chắn sóng, đập, cố định vào vách đá hoặc nằm dưới đáy biển Đặc điểm nổi bật của các bộ chuyển đổi này là dễ dàng bảo trì và lắp đặt Hạn chế là sóng bờ biển có ít năng lượng hơn sóng nước sâu cùng với khả năng thay đổi đường bờ biển

Gần bờ: Chúng được lắp đặt gần bờ, thường bị ảnh hưởng bởi nước nuốt hoặc nước trung gian (1/25 < h/λ < 1/2) Chi phí triển khai và bảo trì của chúng bị hạn chế vì chúng không cần hệ thống neo đậu vì chúng thường được cố định hoặc nằm yên dưới đáy biển Ngoài khơi: Chúng được đặt ở vùng nước sâu (h/λ > 1/2), xa bờ Chúng có thể thu năng lượng từ những nơi có nhiều năng lượng nhất, nhưng việc lắp đặt và bảo trì có thể tốn kém hơn nhiều do cần có hệ thống neo đậu (độ sâu cao), hệ thống cáp dài dưới nước, trạm biến áp dưới nước và bảo trì ngoài khơi

CHƯƠNG II: CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN ĐẠI DƯƠNG TRÊN THẾ GIỚI

- Hiện nay, các dự án về nhà máy điện đại dương đã và đang được triển khai rộng rãi

ở nhiều quốc gia Sau đây là một số dự án và nhà máy ở một số quốc gia:

1 Dự án nhà máy điện sóng Mutriku tại Tây Ban Nha

Dự án điện sóng Mutriku sản xuất 600.000 kWh điện hàng năm từ đê chắn sóng của cảng Mutriku Nằm ở Vịnh Biscay ở Xứ Basque, một vùng của Tây Ban Nha, nhà máy 296kW thuộc

sở hữu của công ty tiện ích Tây Ban Nha Ente Vasco de la Energia (EVE) Nó đã đi vào hoạt

10