Năng lượng đại dương là một nguồn năng lượng tái tạo vô tận cho việc chế tạo điện năng sử dụng cho thế giới. Về lý thuyết đánh giá thế năng của đại dương có thể đạt 100 000 TWh/năm (trong khi đó tiêu thụ năng lượng điện của thế giới là 16 000 TWh/năm). Khai thác đại dương để sản xuất điện từ nguồn sóng biển mênh mông trong các đại dương của thế giới là một phần lời giải cho vấn đề năng lượng của chúng ta. Với nội dung của bài báo, bài viết cho chúng ta thấy được các cách để tạo ra năng lượng từ đại dương.
Hoạt động nghiên cứu khoa học NNG LNG I DNG - NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH GS.TSKH.Thân Ngọc Hoàn - Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Abstract The ocean is wide.The convertion of the wave Energy into electrical energy will suplly for the World a big amount of clean energy This article deal with the approachs to generate electrical energy from ocean wave: Generation electrical energy direct from wave ocean and the applicatuion of oscillating water columns(OWC) Mở đầu ại dương nguồn lượng tái tạo vô tận cho việc chế tạo điện sử dụng cho giới Tổng quát, lý thuyết đánh giá đại dương đạt 100000 TWh/năm (trong tiêu thụ lượng điện giới 16 000 TWh/năm) 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 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 chuyên gia ước tính rằng, nước biển đảm bảo cho họ tới 25% nhu cầu lượng cần thiết Việc phát triển dự án lượng sóng biển thực châu Âu châu Mỹ Ở châu Âu thiết bị điện sóng biển thử nghiệm từ năm 60 kỷ trước Ở Tây ban nha năm 2011-2020 Viện Kế hoạch Năng lượng Tái tạo mạnh dạn đầu tư nghiên cứu phát triển tương đối mạnh lượng sóng biển, thực nhiều dự án Người ta tính tốn Tây Ban Nha đảm bảo 42.3% lương điện tiêu thụ lượng tái tạo vào năm 2020 Hiện có nhiều cơng nghệ để biến lượng sóng biển vào điện ngày chưa biết công nghệ ứng dụng vào thực tiễn Dưới trình bày phương pháp tạo điện từ đại dương Tạo lượng điện trực tiếp từ sóng biển thủy triều Sóng thủy triều sử dụng để quay turbin phát điện Nguồn điện sản xuất dùng trực tiếp cho thiết bị vận hành biển hải đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v… Đ Tận dụng nguồn lượng thủy triều thực bước ngoặt sản xuất lượng sạch, không ô nhiễm môi trường Người Na Uy kết nối vào mạng lưới điện quốc gia họ dòng điện phát từ tua bin nước mà lượng tạo từ cánh quạt quay nhờ dòng nước biển Người ta dự tính đến cuối năm đầu kỷ 21, họ hoàn thành xây dựng 20 nhà máy Nhà máy điện Na Uy có ưu điểm mà khơng nguồn lượng tái tạo có hồn tồn khơng lệ thuộc vào thời tiết Bất chấp hồn cảnh, có gió hay lặng gió, trời nắng hay mưa dòng thuỷ triều khơng bị ảnh hưởng dòng điện phát có cơng suất khơng đổi Người Anh có kế hoạch đầu tư tương tự Dẫu ý tưởng xây dựng nhà máy điện thuỷ triều mới, song phương thức khai thác người Na Uy sáng tạo Thiết bị công nghệ loại giới Pháp chế tạo lắp đặt cửa sông từ năm 1967 Cơng trình đến hoạt động có cơng suất 240 MW Những nhà máy điện loại thí điểm xuất Trung Quốc, Ấn Độ, Canađa Liên bang Nga Nguyên lý hoạt động nhà máy điện sử dụng lượng nước biển khai thác giống nhà máy thuỷ điện truyền thống: Thoạt đầu dòng nước chảy đầy "thùng chứa" đặc biệt, làm quay tuabin phát điện, sau nước từ thùng chứa trở lại đại dương Trên H.1 hệ thống Pelamis thu lượng từ sóng biển Bên cạnh mặt mạnh không gây ô nhiễm môi trường, nhà máy điện sử dung lượng nước biển không tránh khỏi số khiếm khuyết Tương tự trường hợp đập nước sông, nhà máy điện kiểu gây rào cản vượt qua hải sản gây khó khăn cho giao thơng đường thuỷ Chính lý vậy, Chính phủ Pháp tạm dừng kế hoạch triển khai xây dựng 20 cơng trình Theo tính tốn giới phản đối việc xây dựng, thí dụ - đập nước sơng Ranh làm đảo lộn môi trường biển bán kớnh 500 km 11 Hoạt động nghiên cứu khoa học Mãi đến năm 90 kỷ trước, người ta nghĩ phương pháp tận dụng lượng thuỷ triều cách nhất, “cối xay" nước Chúng quay nhờ dòng nước biển chuyển động Tua bin thí nghiệm lắp đặt khu vực Loch Lihne, Xcốtlen, năm 1995 Nó cột vào mỏ neo nằm đáy biển tạo nguồn lượng công suất 15 kw Gần đây, tuabin có cơng suất lớn nhiều (300 kw) lần nối vào mạng điện quốc gia Cánh quạt ngầm đáy nước gắn cố định xuống đáy biển Cơng trình hoạt động eo biển Kvalsund, gần thành phố biển Na Uy Hammerfest Thiết bị có trọng tải ngót 200 Na Uy dự định lắp đặt 20 tuabin thế, đảm bảo cung cấp điện cho thị trấn 1,1 ngàn dân Chi phí cơng trình khoảng 50 triệu curon Na Uy (20 triệu USD) Mãi đến năm 90 kỷ trước, người ta nghĩ phương pháp tận dụng lượng thuỷ triều cách nhất, “cối xay" nước Chúng quay nhờ dòng nước biển chuyển động Tuabin thí nghiệm lắp đặt khu vực Loch Lihne, Xcốtlen, năm 1995 Nó cột vào mỏ neo nằm đáy biển tạo nguồn lượng công suất 15 kw Gần đây, tuabin có cơng suất lớn nhiều (300 kw) lần nối vào mạng điện quốc gia Cánh quạt ngầm đáy nước gắn cố định xuống đáy biển Cơng trình hoạt động eo biển Kvalsund, gần thành phố biển Na Uy Hammerfest Thiết bị có trọng tải ngót 200 Na Uy dự định lắp đặt 20 tuabin thế, đảm bảo cung cấp điện cho thị trấn 1,1 ngàn dân Chi phí cơng trình khoảng 50 triệu curon Na Uy (20 triệu USD) Mức giá sản phẩm điện đắt lần so với nguồn điện truyền thống Việc xây dựng Na Uy triển khai chủ yếu nhờ tiền doanh nghiệp trợ giủp Chính phủ Ngồi Na Uy, người Anh tích cực xúc tiến chương trình xây dựng nhà máy điện biển Gần họ đưa vào khai thác cơng trình tương tự Na Uy (công suất 250 kw) Sự khác biệt độc tuabin Anh lắp đặt thân cột mà phần cánh quạt nhô lên mặt nước Cho dù giải pháp gây cản trở hoạt động giao thông hàng hải, lại tiết kiệm đáng kể chi phí dịch vụ để kéo thiết bị lên khỏi mặt nước cần thiết mà không cần thợ lặn Hãng Marine Current Turbines, đơn vị thực dự án có kế hoạch lắp đặt hàng trăm tuabin dọc bờ biển phía Tây nước Anh Họ thiết kế tuabin kép, công suất 1,2 MW Lãnh đạo hãng khẳng định rằng, việc xây dựng vài ngàn máy phát điện biển dọc bờ biển phía Tây nước Anh xứ Uên cho nguồn lượng tương đương 50% sản lượng điện nhà máy điện hạt nhân hoạt động Tạo lượng điện từ sóng biển cột nước dao động(OWC) Dưới trình bày phương pháp khác tạo điện từ sóng biển gọi phương pháp cột nước dao động OWC(oscillating water columns) Năng lượng mặt trời tạo gió, gió thổi khắp đại dương biến lượng gió vào lượng sóng Sóng di chuyển hàng nghìn hải lý đại dương bị tổn thất lượng Để biến lượng sóng biển vào điện người ta sử dụng hệ thống gọi cột nước dao động OWC Hiện công nghệ coi công nghệ tốt để biến sóng biển vào điện Hệ thống hình Như thấy từ vẽ đê chắn sóng chắn, người ta xây dựng phòng tạo dao động sóng OWC Hình1 Hệ thống Pelamis thu lượng từ sóng biển Hiện thời, cản trở để mở rộng nhà máy điện ngầm biển giá thành sản phẩm Cho dù khơng cần nhiên liệu, chi phí xây dựng cao ti 12 Bản tin Khoa học - đào tạo Hỡnh 2: S OWC Hoạt động nghiên cứu khoa học Trong OWC sóng chuyển động tạo lưồng khơng khí chiều biến đổi vào truyền cho trục máy phát điện loại tuyếc bin đặc biệt gọi Wells turbin (Turbin phun), tuyếc bin cung cấp hướng chuyển động dòng khơng khí [3], [4] Tính chất Wells turbine giới hạn loạt tượng dừng cánh turbin Vì cần chiến thuật điều khiển hệ thống Chiến thuật điều khiển tổ hợp chúng thực sau: điều khiển phản ứng; điều khiển tốc độ quay máy phát điện điều khiển van khơng khí hay điều khiển dòng khơng khí (airflow control) Trong hệ thống chiến thuật điều khiển hệ thống điều chỉnh tốc độ quay máy phát điện Máy phát điện dùng hệ thống loại máy phát điện dị nạp điện từ phía [5] Việc sử dụng máy phát dị nạp phía (DFIG) khả to lớn việc phát triển nguồn lượng tái tạo [6], [7] DFIG máy điện dị có rơ to quấn dây nên cho phép bơm dòng điện vào mạch rơ to qua biến đổi công suất Bằng việc thay đổi pha tần số dòng kích từ rơ to ta tạo tối ưu biến đổi lượng [8] Bộ biến tần gia công phần nhỏ 30% công suất định mức máy phát Điều giảm tải cho biến tần giảm giá thành biến tần Để đạt công suất mong muốn người ta điều tốc độ Hiện nay, công nghệ tạo điện từ nước biển coi công nghệ tốt để biến sóng biển vào điện Nhiều nước áp dụng cơng nghệ này, điển hình Tây Ban nha Ở Tây ban nha thực dự án Mutriku (thuộc Xứ Basque Tây ban nha), trợ giúp Basque Energy Board (EVE), nhà máy phát điện dựa vào dao động sóng biển tích hợp 16 tuyếc bin có cơng suất 18.5-kW khánh thành vào tháng năm 2011 [2], [3] Kết luận Đại dương mênh mông, lượng sóng đại dương vơ lớn, chuyển đổi sang điện cách có hiệu trái đất tránh vấn đề nan giải lượng môi trường Việc biến lượng sóng thành điện bước đầu, nhiên có nhiều triển vọng không xa hưởng lượng sạch, tái tạo từ đại dương mênh mông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Decoding the World's Best Energy Policies, Jul 2008 [2] H Polinder and M Scuotto, “Wave energy converters and their impact on power systems,” in Proc Int Conf Future Power Syst., Amsterdam,The etherlands, Nov 2005, pp 6270.The Netherlands, Nov 2005, pp 6270 [3] H Li,M.-Y Chow, and Z Sun, “EDA-based speed control of a networked DC motor system with time delays and packet losses,” IEEE Trans Ind.Electron., vol 56, no 5, pp 17271735, May 2009 [4] J T Bialasiewicz and J Balcells, “Special section on renewable energy and distributed generation systemsPart 1: Renewable energy generation and storage systems,” IEEE Trans Ind Electron., vol 53, no 4, pp 998 1001, Aug 2006 [5] J Balcells and J T Bialasiewicz, “Special section on renewable energy and distributed generation systemsPart 2: Renewable energy generation and storage systems,” IEEE Trans Ind Electron., vol 53, no 5, pp 13941397, Oct 2006 [6] J Hu, Y He, L Xu, and B W Williams, “Improved control of DFIG systems during network unbalance using PIR current regulators,” IEEE Trans Ind Electron., vol 56, no 2, pp 439451, Feb 2009 [15] B K Bose, Modern Power Electronics and AC Drives Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 2001 [7] J Arbi, M J B Ghorbal, I Slama-Belkhodja, and L Charaabi, “Direct virtual torque control for doubly fed induction generator grid connection,” IEEE Trans Ind Electron., Vol 56, no 10, pp 41634173, Oct 2009 [8] W Qiao, G K Venayagamoorthy, and R G Harley, “Real-time implementation of a STATCOM on a wind farm equipped with doubly fed induction generators,” IEEE Trans Ind Appl., vol 45, no 1, pp 98107,Jan./Feb 2009 13 ... OWC(oscillating water columns) Năng lượng mặt trời tạo gió, gió thổi khắp đại dương biến lượng gió vào lượng sóng Sóng di chuyển hàng nghìn hải lý đại dương bị tổn thất lượng Để biến lượng sóng biển vào... cơng suất 18.5-kW khánh thành vào tháng năm 2011 [2], [3] Kết luận Đại dương mênh mơng, lượng sóng đại dương vơ lớn, chuyển đổi sang điện cách có hiệu trái đất tránh vấn đề nan giải lượng môi trường... tránh vấn đề nan giải lượng môi trường Việc biến lượng sóng thành điện bước đầu, nhiên có nhiều triển vọng khơng xa hưởng lượng sạch, tái tạo từ đại dương mênh mông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Decoding