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

• Te là thời kỳ năng lượng (thứ hai);

• ρ là mật độ khối lượng của nước (kg / m 3)

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

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

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

loại thiết bị thu điện bao gồm: piston máy bơm thủy lực, máy bơm vòi

elastomeric, bơm-chuyển hướng tới-bờ, tuabin thủy điện, tuốc bin khí, máy phát điện tuyến tính Một số các mẫu thiết kế kết hợp parabol phản xạ như là một phương tiện để tăng năng lượng sóng tại điểm thu Những hệ thống này sử dụng

để thu những chuyển động của sóng để thu năng lượng

Đây là những mô tả của một số hệ thống điện sóng:

Mặt trước của máy pelamis thông qua một làn sóng tại Wave Agucadoura Park

Wave Dragon nhìn từ phản xạ, mẫu thử nghiệm

• Tại Hoa Kỳ, Hợp tác xã Tây Bắc Thái Bình Dương đang tài trợ việc xây dựng một nhà máy năng lượng sóng điện thương mại ở Reedsport, Oregon Dự án sẽ sử dụng các công nghệ PowerBuoy Ocean Power

Technologies trong đó bao gồm các mô đun, phao trên biển Việc tăng và giảm của sóng làm di chuyển các phao giống như cơ cấu tạo ra năng lượng cơ học và năng lượng đó được chuyển thành điện và chuyển đến bờ biển qua một đường dây ngập Một phao 40kW có đường kính 12 feet (4 m) và dài 52 feet (16 m), với khoảng 13 feet của các đơn vị bề mặt đại dương Sử dụng hệ thống neo ba điểm, chúng được thiết kế để được cài đặt ở ngoài khơi từ 1-5 dặm (8 km), ở độ sâu 100-200 feet (60 m)

• Một ví dụ của một thiết bị bề mặt là pelamis chuyển đồi Năng lượng Sóng Những đoạn của thiết bị khớp với các chuyển động của sóng, mỗi chuyển động va đập giữa sóng biển và đoạn tiếp theo, tạo ra áp lực đẩy dầu tới 1 piston thủy lực kéo theo một động cơ thuỷ lực Cỗ máy dài và hẹp (giống như con rắn ) và các điểm vào sóng; nó attenuates sóng, thu thập năng lượng nhiều hơn hồ sơ thu hẹp của nó cho thấy Những phần của nó khớp ổ đĩa nội bộ máy phát điện thủy lực (thông qua việc sử dụng các máy bơm và bình xạc điện)

• Với Wave Dragon, những "cánh tay" chuyển đổi năng lượng sóng lớn tập trung vào nhữngt đợt sóng ở trên đoạn nối vào một bể chứa ngoài khơi Nước trở về với biển bởi trọng lực thông qua máy phát điện thủy điện

• Máy chuyển đổi năng lượng Sóng ở giai đoạn đầu được phát triển bởi công ty Checkmate SeaEnergy của Vương quốc Anh Nó gồm 200 mét ống cao su dài chìm dưới nước Những con sóng đi qua sẽ kích động một làn sóng bên trong các ống, mà sau đó sẽ truyền xuống các bức tường của

nó, lái một tua bin ở cuối

• AquaBuOY [Dịch là Phao Đại dương dc ko?]được thực hiện bởi Cty Năng lượng Finavera Renewables Năng lượng dc chuyển giao bằng cách chuyển đổi các thành phần thẳng đứng của sóng động lực năng lượng vào

áp lực nước biển bằng phương tiện của vòi bơm 2 thì Áp lực nước biển

là thành phần chính trong một hệ thống chuyển đổi bao gồm một tuabin điều khiển một máy phát điện Năng lượng này được truyền đến bờ bằng đường dẫn an toàn dưới đáy Sản xuất sóng điện thương mại sử dụng công nghệ AquaBuOY đang bắt đầu xây dựng cơ bản ở Bồ Đào Nha Công ty có các dự án quy hoạch 250 MW hoặc đang được phát triển trên

bờ biển phía tây của Bắc Mỹ

• SeaRaser, được xây dựng bởi Alvin Smith, sử dụng một kỹ thuật hoàn toàn mới (bơm) tập hợp các năng lượng sóng

• Một thiết bị gọi là Ceto, hiện đang được thử nghiệm Fremantle, Tây Úc, [28] bao gồm một piston bơm đơn gắn vào đáy biển, với một phao được

buộc vào piston Sóng làm phao lên và xuống, tạo ra áp lực nước, chạy trong đường ống dẫn tới một cơ sở trên bờ để chạy máy phát điện thuỷ lực hoặc chạy quá trình đảo ngược khử nước thẩm thấu

• Một loại sóng phao, sử dụng polymeres đặc biệt, đang được phát triển bởi SRI

• Wavebob là một Công ty Ailen đã tiến hành thử 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 thông qua một đường ống dẫn đến một tuabin trên bờ đó tạo ra điện 11/2009, 1 quy mô đầy đủ Oyster đã bắt đầu sản xuất năng lượng khi nó được tung ra tại Trung tâm Năng lượng Hải Dương châu Âu (EMEC) trên Orkney

• Ocean Energy đã phát triển các OE_bouy và đã hoàn thành (9/2009) một năm để thử nghiệm trên biển trong một phiên tòa hình thức thử nghiệm theo quý OE_bouy này chỉ có một phần di chuyển

• Các dự án Lysekil được dựa trên một khái niệm với một máy phát điện trực tiếp hướng tuyến tính được đặt trên đáy biển Máy phát điện này được kết nối với một phao ở bề mặt thông qua một đường thẳng Sự chuyển động của phao sẽ chạy các máy phát with potentially a smaller need for maintenance Ưu điểm của thiết lập này là một hệ thống cơ khí ít phức tạp hơn với một tiềm năng cần nhỏ hơn để bảo trì Một trong những nhược điểm là một hệ thống điện phức tạp hơn

• Một công ty ở Úc, Oceanlinx, đang phát triển một công nghệ-nước sâu để tạo ra điện từ, dự đoán dài dao động bước sóng Oceanlinx gần đây đã bắt đầu tiến trình cài đặt của một cuộc thử nghiệm chứng minh lần thứ ba, mạng lưới-đơn vị kết nối 2,5 MW gần cảng Kembla, gần Sydney, Úc,, hệ thống dự kiến sẽ được truy cập trực tuyến vào đầu năm 2010, khi năng lượng của nó sẽ được kết nối với lưới điện của Úc Các mãu máy nhỏ hơn nhiều thế hệ đầu tiên nguyên mẫu đơn vị, trong hoạt động từ năm 2006, hiện đang được tháo rời

3. ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM

a. Ưu điểm

Nguồn năng lượng vô tận