V 2= B220 K B22 0+ T BPP
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG THỦY TRIỀU
Một nhà nghiên cứu năng lƣợng của Mỹ cho rằng: gió không phải lúc nào cũng có, mặt trời không phải hôm nào cũng chiếu sáng, nhƣng sóng biển thì lúc nào cũng tồn tại. Chính vì vậy mà các nhà khoa học đang đẩy mạnh việc nghiên cứu khai thác các nguồn năng lƣợng từ đ ại dƣơng, trong đó có việc khai thác năng lƣợng từ thủy triều.
Việc khai thác năng lƣợng thủy triều mở ra một triển vọng lớn hạn chế tối đa phát thải khí cacbonic gây hiệu ứng nhà kính.
1.1/ Khái niệm:
Thủy triều là hiện tƣợng nƣớc biển, nuớc sông... lên xuống trong ngày. Trong âm Hán-Việt, thủy có nghĩa là nƣớc, còn triều là cuờng độ nuớc dâng lên và rút xuống. Sự thay đổi lực hấp dẫn từ Mặt Trăng (phần chủ yếu) và từ các thiên thể khác nhƣ Mặt Trời (phần nhỏ) tại một điểm bất kỳ trên bề mặt Trái Đất trong khi Trái Đất quay đã tạo nên hiện tƣợng nƣớc lên (triều lên) và nƣớc rút (triều xuống) vào những khoảng thời gian nhất định trong một ngày.
Năng lƣợng thủy triều đơn giản là lƣợng điện thu đƣợc từ năng lƣợng chứa trong các khối nƣớc chuyển động do thủy triều. Hiện nay tại một số nơi trên thế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lƣợng thủy triều.
Ví dụ, công ty Phần Lan AW Energy gần đây chế tạo một thiết bị động lực thủy triều gọi là Waveroller (Máy cuộn sóng), dựa vào năng lƣợng của sóng ngầm dƣới biển để tạo điện lực. Đƣờng lối của AW Energy sử dụng “hiện tƣợng sóng đáy” hay sự chuyển động của nƣớc dƣới mặt biển. Để làm việc này Waveroller hay những bảng kim loại đƣợc đóng chốt dƣới đáy biển chuyển động tới lui, theo lực điện lực bằng máy phát điện đặt trên bờ.
Ngoài ra, còn có các trạm điện thủy triều đang hoạt động ở Pháp, Nga, Trung Quốc và Canada. Tuy nhiên, năng lƣợng thủy triều hiện nay không phải là một nguồn năng lƣợng quan trọng trên thế giới, bởi vì chỉ có một số ít các vị trí có mực nƣớc triều dâng cao đủ để việc phát điện mang tính khả thi.
1.2/ Sự hình thành:
Là do thủy quyển có hình cầu dẹt nhƣng bị kéo cao lên ở hai miền đối diện nhau tạo thành hình ellipsoid. Một đỉnh của ellipsoid nằm trực diện với mặt Trăng - là
SVTH : Huỳnh Tuấn Vũ – MSSV : 409BK085 Page 115 miền nƣớc lớn thứ nhất, do lực hấp dẫn của mặt Trăng gây ra. Còn miền nƣớc lớn thứ hai nằm đối diện với miền nƣớc lớn thứ nhất qua tâm Trái Đất, do lực li tâm tạo ra. Giải thích về vật lý: Ta có công thức: F=K(m1.m2/d2) Với: F : Lực hấp dẫn (N) K : Hằng số hấp dẫn = 6,67×10-11 d : Kho ảng cách (mét)
khối lƣợng Trái Đất 5,97×1024 kg, của Mặt Trăng: 0,073 × 1024 kg Mặt Trời: khối lƣợng bằng 330 000 lần Trái đ ất
Kho ảng cách Đất-Trời : d2 = 149,6 triệu km, từ Đất - Trăng: d1 = 0,384 triệu km Fđất-trăng = K × mđất × mtrăng/d1² (1)
F đất-trời = K × mđất × mtrời/d2² (2) Fđất-trăng /F đất-trời = 2,5
Tuy mặt, Khối lƣợng Mặt Trời lớn hơn trái đ ất 333.000 lần nhƣng vì khoảng cách giữa Trái Đất - Mặt Trăng nhỏ hơn giữa Trái Đất - Mặt Trời nên lực hấp dẫn tác động bởi mặt Trăng lớn hơn lực hấp dẫn của mặt Trời gấp 2,5 lần
Giữa hai nƣớc lớn liên tiếp là nƣớc ròng. Một khi vận tốc góc (tốc độ quay) của Quả Đất không đổi thì lực li tâm lớn nhất nằm ở nơi có bán kính quay lớn nhất khí đó là miền xích đạo của Trái đất. Tuy nhiên bán kính quay chƣa hẳn là bán kính Quả đất tại Xích đ ạo, là vì: Quả đất không hoàn toàn quay quanh trục của nó, cũng nhƣ là Mặt Trăng không hoàn toàn quay quanh Trái đất, mà là: Hệ Quả Đất-Mặt Trăng quay xung quanh điểm trọng tâm của hệ này.
Do khối lƣợng của Trái đất lớn hơn của Mặt Trăng
rất nhiều nên trọng tâm của hệ Trái đ ất-Mặt Trăng
nằm trong lòng Trái đất, trên đƣờng nối tâm của
chúng. Tóm lại: Trái Đất vừa quay, vừa lắc.
Thủy triều đạt cực đại khi mà cả Mặt Trăng và
Mặt Trời cùng nằm về một phía so với Trái Đất,
và mức triều phía đối diện lúc đó sẽ xuống điểm
SVTH : Huỳnh Tuấn Vũ – MSSV : 409BK085 Page 116 Bình thƣờng, sự chênh lệch mực nƣớc giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m.
Tuy nhiên, một số vùng bờ biển với vịnh hẹp có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mực nƣớc triều. Vd nhƣ, vịnh Fundy ở Nova Scota (Đông Nam Canada), có mức triều lớn nhất thế giới, độ chênh lệch có thể lên đến 16m. Bằng cách xây đập bắc ngang qua vịnh, ta có thể điều khiển đƣợc nguồn năng lƣợng này để tạo ra điện năng.
Triều lên (nƣớc lớn) và triều xuống (nƣớc ròng) tại vịnh Fundy
1.3/ Đặc trƣng của năng lƣợng thủy triều:
Những biến đổi thủy triều trải qua các giai đoạn sau:
Mực nƣớc biển dâng lên trong vài giờ, ngập vùng gian triều, gọi là ngập triều.
Nƣớc dâng lên đến điểm cao nhất của nó, gọi là triều cao.
Mực nƣớc biển hạ thấp trong vài giờ làm lộ ra vùng gian triều, gọi là triều rút.
Nƣớc hạ thấp đến điểm thấp nhất của nó, gọi là triều thấp.
Thủy triều tạo ra các dòng chảy có tính dao động gọi là dòng chảy triều. Thời điểm mà dòng triều dừng chuyển động đƣợc gọi là nƣớc chùng hoặc nƣớc đứng. Thủy triều sau đó đổi hƣớng thì ta có sự biến đổi ngƣợc lại. Nƣớc đứng thƣờng xuất hiện gần lúc mực nƣớc triều cao hoặc triều thấp. Nhƣng có những nơi là thời gian nƣớc đứng là khác nhau đáng kể giữa triều cao và triều thấp.
SVTH : Huỳnh Tuấn Vũ – MSSV : 409BK085 Page 117 Thủy triều phổ biến nhất là bán nhật triều hoặc nhật triều. Hai lần nƣớc cao trong
ngày (bán nhật triều) có đỉnh không bằng nhau; chúng bao gồm mực nước lớn cao và mực nước lớn thấp trên đồ thị triều. Tƣơng tự đối với 2 lần nƣớc ròng gồm
nước ròng cao và nước ròng thấp.
Nhật triều
- Nhật triều là một ngày có một lần nƣớc lên và một lần nƣớc xuống (với chu kỳ là 24h52'), ví dụ ngày 12/03/2010 tại địa điểm A thuỷ triều lên lúc 5h chiều thì ngày 13/03/2010 tại địa điểm A thuỷ triều sẽ lên lúc 5h52'.(Do Trái Đất quay quanh trục và Mặt Trăng lại quay quanh Trái Đất nên để đạt đƣợc vị trí lúc ban đầu phải cần mất 52 phút nữa => nên thời gian chênh lệch của thuỷ triều của ngày hôm trƣớc và ngày hôm sau là 52 phút)
Bán nhật triều
- Cặp Trái Đất-Mặt Trăng quay và chịu một lực ly tâm. Khoảng cách Trái Đất-Mặt Trăng lớn nhất ở phía đối bên kia nơi không có Mặt Trăng, sẽ bằng 61 r thay vì 59 r (r là bán kính Trái Đất)
- Theo công thức tính lực hấp dẫn, lực yếu khi khoảng cách tăng. Nghĩa là phía gần Mặt Trăng (zénith), lực hấp dẫn sẽ lớn hơn phía đối xứng bên kia (Nadir). Do đó nơi gần Mặt Trăng, lực hấp dẫn sẽ lớn hơn lực ly tâm.
- Trong trung tâm quả đất hai lực triệt tiêu lẫn nhau (ly tâm = - hấp dẫn). Bên kia quả đất, vì lực hấp dẫn yếu hơn nên lực ly tâm thắng thế. Do đó mà cùng một thời điểm, ta có hai lực FM hƣớng từ tâm ra ngoài, gây sự biến dạng mặt nƣớc, do đó có 2 lần thủy triều lên trong một ngày.
- Lực FM sinh ra thủy triều
- Mặt trời cũng có ảnh hƣởng trên lực sinh ra thủy triều, tuy rằng lực hấp dẫn của mặt trời nhỏ hơn của Mặt Trăng, nhƣng khi cả ba thiên thể thẳng hàng (Trái Đất không nằm giữa) thì lực tạo thủy triều sẽ lớn hay còn gọi là triều cƣờng vì là tổng của hai lực hấp dẫn Mặt Trời và Mặt Trăng thay vì chỉ có một lực hấp dẫn của Trăng nhƣ thông thƣờng. Nhƣng nếu mặt trời thẳng hàng với Mặt Trăng ngay trên vùng xích đạo, thì thủy triều lớn tối đa.
SVTH : Huỳnh Tuấn Vũ – MSSV : 409BK085 Page 118
Chƣơng II