Năng lượng tái tạo năng lượng sóng thủy triều

Năng lượng tái tạo năng lượng sóng thủy triều

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG SÓNG- THỦY TRIỀU Sinh viên: Cao Thế Bách - 40800100 NỘI DUNG 1. MÔ HÌNH HOẠT ĐỘNG 2. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỄN 3. ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM 4. TRIỄN VỌNG PHÁT TRIỄN TRONG TƯƠNG LAI 5. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 1. MÔ HÌNH HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC NĂNG LƯƠNG SÓNG BIỂN- THỦY TRIỀU a. Các khái niệm vật lý: Sóng được tạo ra bởi gió đi qua trên bề mặt của biển. Miễn là các sóng truyền chậm hơn so với tốc độ gió ngay trên sóng, có một chuyển giao năng lượng từ gió với sóng. Cả hai áp suất không khí khác biệt giữa gió ngược và bên hông mạn dưới của đỉnh sóng, cũng như ma sát trên bề mặt nước bằng gió cắt xuống gây ra sự tăng trưởng của sóng Chiều cao sóng được xác định bởi tốc độ gió, thời gian gió thổi, lấy (khoảng cách trên mà gió kích thích các sóng) và độ sâu và địa hình của đáy biển (mà có thể tập trung hay phân tán năng lượng của sóng ). Tốc độ gió có một giới hạn phù hợp với thực tế mà thời gian hoặc khoảng cách sẽ không sản xuất ra sóng lớn hơn. Khi giới hạn này đã đạt tới giới hạn sẽ được gọi là "phát triển đầy đủ". Nói chung, sóng lớn hơn có nhiều năng lượng hơn nhưng năng lượng sóng cũng được xác định bởi tốc độ sóng, bước sóng, và mật độ nước. Dao động chuyển động cao nhất ở bề mặt và giảm theo cấp số nhân với chiều sâu. Tuy nhiên, cho sóng đứng (Vòng nước) gần một bờ biển phản ánh, làn sóng năng lượng cũng dao động áp suất ở độ sâu lớn, sản xuất [dao động nhỏ và dài liên tục của mặt đất] Những biến động áp lực ở độ sâu hơn là quá nhỏ để được chú ý từ các điểm của năng lượng sóng. Việc truyền sóng trên bề mặt đại dương, và năng lượng sóng cũng được vận chuyển theo chiều ngang với vận tốc nhóm. Tỷ lệ giao thông trung bình của năng lượng sóng thông qua một đường bằng thẳng đứng của 1 đơn vị chiều rộng, song song với một đỉnh sóng, được gọi là năng lượng sóng thông (hoặc sóng điện, không thể nhầm lẫn với năng lượng thực sự tạo ra bởi một thiết bị năng lượng sóng). b. Công thức năng lượng sóng Trong nước sâu, nơi độ sâu của nước lớn hơn một nửa bước sóng, các thông lượng năng lượng sóng là ở đó • P thông lượng năng lượng sóng trên đơn vị chiều dài đỉnh sóng(kW / m); • H m0 là chiều cao sóng đáng kể (mét), được đo bằng phao sóng và dự đoán của các mô hình dự báo sóng. Theo định nghĩa, H m0 là bốn lần so với độ lệch chuẩn của độ cao mặt nước; • Te là thời kỳ năng lượng (thứ hai); • ρ là mật độ khối lượng của nước (kg / m 3) • g là gia tốc do trọng lực (m / s 2). Công thức ở trên phát biểu rằng năng lượng sóng tỉ lệ thuận với chu kỳ sóng và đến các góc vuông của chiều cao sóng. Khi chiều cao sóng đáng kể được tính bằng mét, và chu kỳ sóng tính bằng giây, kết quả là làn sóng điện là kW (kW) cho mỗi mét chiều dài mặt sóng. Ví dụ: Hãy xem xét việc đại dương nở ra, trong nước sâu, một vài km bờ biển giảm một, với chiều cao 3 mét và chu kỳ 8 giây. Sử dụng công thức để giải, Ta được 36 kilowat điện tiềm năng cho mỗi mét bờ biển. Trong cơn bão lớn, sóng lớn nhất ngoài khơi cao khoảng 15 mét và có chu kỳ khoảng 15 giây. Theo công thức trên, sóng như vậy mang về 1,7 MW / m năng lượng trên mỗi mét của mặt sóng. Một làn sóng thiết bị năng lượng hiệu quả thu càng nhiều càng tốt các thông lượng sóng điện. Kết quả là các sóng sẽ có chiều cao thấp hơn ở khu vực phía sau các thiết bị năng lượng sóng. c. Năng lượng sóng và thông lượng sóng Trong nước biển, với mật độ năng lượng trung bình cho mỗi đơn vị diện tích của sóng trọng lực trên mặt nước tỷ lệ thuận với bình phương chiều cao sóng, theo lý thuyết sóng tuyến tính: Trong đó E là làn sóng mật độ năng lượng trên một đơn vị diện tích ngang (J / m 2), tổng diện tích ngang động lực và mật độ năng lượng tiềm năng trên một đơn vị. Mật độ năng lượng tiềm năng bằng với động năng, cả hai đóng góp một nửa mật độ sóng năng lượng E, như có thể mong đợi từ các định lý equipartition. Trong sóng biển, sức căng bề mặt tác dụng không đáng kể cho bước sóng trên một phần 10m. Khi sóng lan truyền, năng lượng của nó được vận chuyển. Các vận tốc vận chuyển năng lượng là vận tốc nhóm. Kết quả là, các thông lượng năng lượng sóng, thông qua một bề mặt thẳng đứng của đơn vị chiều rộng vuông góc với hướng truyền sóng, bằng với c g với vận tốc nhóm (m / s). Do có mối quan hệ phân tán cho sóng nước dưới tác động của trọng lực, vận tốc nhóm phụ thuộc vào λ bước sóng, hoặc tương đương, trên T chu kỳ sóng. Hơn nữa, các mối quan hệ phân tán là một hàm số của độ sâu h. Kết quả là, vận tốc nhóm cư xử một cách khác nhau trong các giới hạn của nước sâu và nông, và ở độ sâu trung gian d. Nguyên lý vận hành Để thu được năng lượng từ sóng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước. Sóng chảy vào bờ biển, đẩy mực nước lên trong một phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển, một phần bị chìm dưới mặt nước biển. Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ra theo một lỗ trống vào một tua bin. Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bên trong phòng hút không khí đi qua tua bin theo hướng ngược lại. Tua bin xoay tròn làm quay một máy phát để sản xuất điện. Điểm mấu chốt của hệ thống là việc sử dụng một thiết bị gọi là tua bin, có các cánh quay theo cùng một hướng, bất chấp hướng chuyển động của luồng khí. Máy Limpet hiện được xem là nền tảng tốt nhất để thúc đẩy sự phát triển trong công nghệ khai thác năng lượng từ sóng. e. Các hệ thống tiêu biểu 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. Cấu tạo của modul biến đổi năng lượng. 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. 2. Hệ thống phao tiêu Hệ thống phao tiêu nổi AquaBuOY. 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 tiêu chìm AWS Hệ thống phao tiêu chìm AWS. 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. 2. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỄN a. Lịch sử Các bằng sáng chế đầu tiên để tận dụng năng lượng từ sóng biển ngày có từ năm 1799 và đã được nộp tại Paris bởi Girard và con trai của ông. Từ 1855- 1973 có 340 bằng sáng chế đã được nộp tại Vương quốc Anh. Một ứng dụng ban đầu của làn sóng điện là một thiết bị xây dựng vào khoảng năm 1910 bởi Bochaux-Praceique cho đèn và điện năng cho nhà của ông ở Royan, gần Bordeaux ở Pháp. Nó chứng tỏ rằng đây là lần đầu tiên nước Oscillating Cột loại thiết bị năng lượng sóng . Từ 1855-1973 có 340 bằng sáng chế đã được nộp riêng rẽ tại Vương quốc Anh Khoa học hiện đại đã theo đuổi năng lượng sóng tuy nhiên tiên phong là thí nghiệm của Yoshio Masuda trong thập niên 1940. Ông đã thử nghiệm những khái niệm khác nhau của các thiết bị năng lượng sóng trên biển, với hàng trăm đơn vị được sử dụng để chuyển hướng đèn điện. Trong số này đã có khái niệm chiết điện từ các chuyển động góc tại khớp của một mảng khớp nối, được đề xuất bởi Masuda trong năm 1950 Quan tâm về năng lượng sóng được thúc đẩy bởi các cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973. Một số nhà nghiên cứu trường đại học đã kiểm tra chéo tiềm năng tạo ra điện từ sóng biển, trong đó đáng chú ý là Stephen Salter từ Đại học Edinburgh, Kjell Budal và Johannes Falnes từ Viện Công nghệ Na Uy (nay sáp nhập vào Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy), Michael E. McCormick từ Học viện Hải quân Hoa Kỳ, David Evans từ Đại học Bristol, Michael Pháp từ Đại học Lancaster, John Newman và Chiang C.Mei từ MIT. Trong những năm 1980, khi giá dầu đi xuống, làn sóng tài trợ năng lượng từ sóng đã giảm mạnh. Tuy nhiên, một vài nguyên mẫu đầu tiên của thế hệ đã được thử nghiệm trên biển. Gần đây, từ sau vấn đề biến đổi khí hậu, đó lại là một thế giới quan tâm phát triển năng lượng tái tạo, bao gồm các sóng năng lượng b. Hiện đại Các thiết bị sóng điện nói chung được phân loại theo phương pháp được sử dụng để thu năng lượng của sóng. Chúng cũng có thể được phân loại theo vị trí và hệ thống thu sóng. Các loại phương pháp gồm điểm hấp thụ hoặc phao; bề mặt sau hoặc Attenuator; terminator, lót tuyên truyền sóng vuông góc với; dao động cột nước; và overtopping. Địa điểm là bờ biển, gần bờ và ngoài khơi. Các [...]... về năng lượng biển thì tất cả các nguồn năng lượng tái tạo như là gió, sóng, thủy triều, dòng chảy và năng lượng nhiệt biển, kể cả năng lượng bức xạ trên biển, đều là đối tượng nghiên cứu của chúng tôi Nhưng do thời gian và kinh phí có hạn nên chúng tôi tập trung vào các nguồn năng lượng biển chính là năng lượng gió trên biển, năng lượng sóng trên biển và năng lượng bức xạ trên biển Ở trên biển thì năng. .. năng lượng truyền thống Trong khi đó công suất đặt và nhất là công suất đảm bảo lại nhỏ • Kỹ thuật khai thác phức tạp, đòi hỏi công nghệ cao: đây là đặc điểm ứng với nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều • 4 Không ổn định: hầu như tất cả các nguồn năng lượng tái tạo đều có tính chất này, rất dễ nhận biết tính chất này của nguồn năng lượng gió, năng lượng. .. năng lượng gió có tiềm năng rất lớn so với năng lượng gió trên đất liền Nếu biết khai thác gió trên biển thì chúng ta sẽ có một nguồn năng lượng dồi dào hơn rất nhiều so với trên đất liền Chúng ta cũng biết, gió sinh ra sóng Hai nguồn năng lượng này có sự tương quan với nhau Vùng nào có nguồn năng lượng gió mạnh thì chắc chắn sóng sẽ mạnh Tuy nhiên, công nghệ khai thác năng lượng gió và năng lượng sóng. .. bờ biển rất dài, cho nên cả hai nguồn năng lượng đấy là hai nguồn năng lượng chính Mỗi nguồn năng lượng có một thế mạnh nhưng trước mắt theo chúng chúng tôi đánh giá thì có lẽ chúng ta sẽ khai thác nguồn năng lượng gió trước, xong rồi mới đến năng lượng sóng Khai thác các nguồn năng lượng truyền thống, chúng ta gây ô nhiễm rất lớn đối với môi trường Năng lượng tái tạo chẳng phải hoàn toàn không gây ô... cùng là đánh giá tiềm năng thể hiện trong các tập bàn đồ Ví dụ, tập bản đồ tiềm năng năng lượng gió, năng lượng sóng, năng lượng bức xạ, năng lượng thủy triều trên biển Công việc của chúng tôi rất tỉ mỉ Chẳng hạn, gió biến đổi ở độ cao khác nhau cho nên muốn nghiên cứu được năng lượng gió thì chúng tôi phải đo ở các tầng khác nhau Kể cả sóng cũng như vậy, chúng tôi phải đi đo sóng trong các mùa khác... nghiệm ở một số đại dương • Chuyển đổi năng lượng sóng Oyster là một thiết bị năng lượng sóng thuỷ điện, hiện đang được phát triển bởi Aquamarine Power Thiết bị năng lượng sóng bắt năng lượng sóng ở gần bờ và chuyển đổi nó thành điện năng sạch để sử dụng Hệ thống này bao gồm một nắp cơ khớp nối với đáy biển ở độ sâu khoảng 10m Mỗi làn sóng di chuyển qua các cánh piston thủy lực để cung cấp nước áp lực cao... được khai thác đầu tiên Về năng lượng thủy triều thì chúng ta có hai vùng khả quan Thứ nhất là Quảng Ninh, có thủy triều lên đến 4 mét Thứ hai là ở Đồng bằng Nam Bộ, thủy triều vào khoảng 3 mét Nhưng thực ra thủy triều 3 hoặc 4 mét nước thì cũng không tự tạo ra dòng điện để đưa vào lưới điện được mà còn cần những yếu tố khác nữa Chúng tôi cho rằng ở Việt Nam năng lượng thủy triều nên được khai thác dưới... năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều … và khó nhận biết hơn một chút ở nguồn năng lượng thủy điện Chính vì vậy mà khi hoạch định chính sách phát triển năng lượng quốc gia, không thể chỉ xây dựng trên các nguồn năng lượng có tính ổn định kém này Chi phí vận hành bảo dưỡng cao: vì công suất đơn vị của tổ máy không cao, sản lượng điện thấp, khu vực lắp máy rộng... nghiên cứu chúng tôi thấy có hai nguồn năng lượng khả quan nhất đối với chúng ta Thứ nhất là năng lượng gió, thứ hai là năng lượng sóng Năng lượng gió có thế mạnh là đã được nghiên cứu khá lâu đời Công nghệ của nó phát triển rất mạnh, tuốc bin gió đã có các loại thế hệ ba và công suất tới 20 MW, rất lớn Trong khi năng lượng sóng mới phát triển nhưng sóng có tiềm năng rất lớn Đặc biệt, chúng ta có vùng... rộng … nên chi phí vận hành tăng cao với đa số các nguồn năng lượng tái tạo TRIỄN VỌNG PHÁT TRIỄN TRONG TƯƠNG LAI Châu Âu, lãnh đạo hiện nay trong công nghệ năng lượng thay thế, đang bắt đầu để đạt được một chỗ đứng tốt trong làn sóng điện Gần đây, công ty năng lượng thủy triều Anh [Lunar Energy], đã đồng ý để xây dựng lắp đặt điện năng thủy triều lớn nhất thế giới tại Hàn Quốc với giá 500 triệu bảng . nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo, không gây ô nhiễm không khí rồi đề ra các biện pháp khai thác. Nói về năng lượng biển thì tất cả các nguồn năng lượng tái tạo như là gió, sóng, thủy triều, . lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều … và khó nhận biết hơn một chút ở nguồn năng lượng thủy điện. Chính vì vậy mà khi hoạch định chính sách phát triển năng lượng quốc gia,. năng lượng biển chính là năng lượng gió trên biển, năng lượng sóng trên biển và năng lượng bức xạ trên biển. Ở trên biển thì năng lượng gió có tiềm năng rất lớn so với năng lượng gió trên đất liền.