2.1.2.1 Giới thiệu chung
Thủy điện hải lưu là nguồn điện được khai thác từ năng lượng của các dòng hải lưu mậu dịch trên biển, hình 2.4. Đây là một nguồn năng lượng lớn và có thể xem như là vô tận. Thủy điện hải lưu là một trong những ngành năng lượng mới và hiện đang được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và phát triển.
Hình 2. 4 Một số dòng hải lưu lớn trên thế giới
Các nhà khoa học đã tính toán cho thấy dòng hải lưu có một năng lượng cực lớn và nó sẽ làm quay turbine của nhà máy phát điện. Tổng cộng các dòng hải lưu trên toàn thế giới ước tính mỗi năm có thể cung cấp 8760 kWh, tương đương khi ta đốt 1 tỷ tấn dầu mỏ để sản xuất ra điện. Ngoài ra, dòng hải lưu để phát điện sẽ không làm ô nhiễm môi trường, không chiếm dụng điện tích đất liền, hình 2.5.
Hình 2. 5 Trạm phát điện hải lưu SeaGen, Bắc Ailen
2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của thủy điện hải lưu
Ở một vài nơi trên thế giới, dòng hải lưu chảy qua eo biển hẹp, ở đó người ta có thể lắp đặt các turbine kiểu ngập để phát điện. Tốc độ dòng luôn tăng lên khi nước biển chảy từ một lòng dẫn sâu và rộng vào một lòng dẫn nông và hẹp. Khi nước biển
chảy qua những nơi như thế với vận tốc cao thì turbine kiểu ngập sẽ hoạt động với hiệu suất cao. Dòng hải lưu quanh Nam Cực kết hợp với dòng hải lưu Falkland đẩy nước biển chảy qua một eo biển hẹp có tên là Falkland Sound, ngăn cách Tây Falkland và Đông Falkland. Tại nơi hẹp nhất (và nông nhất), eo rộng khoảng một dặm, có thể lắp đặt turbine thuỷ. Dòng hải lưu quanh Nam Cực cũng chảy qua các eo biển tương tự ngăn cách các hòn đảo nằm ở phía nam Tierra Del Fuego phía Chile. Ở những nơi như thế, có thể sản xuất điện năng được từ dòng hải lưu với hiệu suất cao (trên 25%), công trình có thể khả thi và hiệu quả về kinh tế. Có thể khai thác năng lượng theo cách khác như đào một đường hầm dưới dải đất hẹp chia cắt hai vùng biển này.
Công nghệ xây dựng đường hầm trong đất đã được khẳng định và tiếp tục cải thiện và phát triển. Chi phí xây dựng một đường hầm dài 16 dặm dưới nước và dưới lòng đất ở vịnh Chignecto và eo biển Northumberland có thể cạnh tranh được với chi phí xây dựng đập ngăn nước và turbine kiểu ngập ở cửa vào vịnh Fundy rộng 40 dặm. Turbine trong đường hầm có thể hoạt động với hiệu suất biến đổi năng lượng trên 80% khi nước chảy nhanh trong khi thiết kế của turbine kiểu ngập sẽ chỉ hoạt động với hiệu suất gần 45% trong nước chảy chậm. Dần dần hiệu suất cao của turbine trong đường hầm có thể tạo ra đủ doanh số từ việc bán điện đến mức chi phí ban đầu cao hơn là có thể chấp nhận được.
Đường hầm cho phép sử dụng năng lượng đại dương để phát điện trong vịnh Fundy vào lúc thủy triều không thay đổi. Năng lượng này được tạo ra do dòng hải lưu và gió tây. Turbine đường hầm hoạt động kết hợp với các trạm phát điện thuỷ triều ở sông Saint John và vịnh Minas làm cho việc chuyển hoá điện năng từ đại dương ở vịnh Fundy mang tính khả thi và cạnh tranh về giá cả. Trước đây ý tưởng kết hợp hai lớp nước qua một đường hầm được xem là không thực tế. Tiến bộ của công nghệ xây dựng đường hầm và công nghệ turbine thuỷ lực làm cho phương thức xây đường hầm mang tính cạnh tranh ở những nơi như cực đông của vịnh Fundy và ở giữa vịnh Placentia và vịnh Triniti.
Trong nhà máy sử dụng động năng sóng biển và dòng hải lưu, công suất P (kW) được tính bằng: P =1 2𝐴𝑣3 (3. 2) Trong đó: - P là công suất (kW). - η là hiệu suất turbine.
- ρ là tỷ trọng của nước biển (1025 kg/m ). - A là diện tích cánh turbine (m2).
- v là vận tốc dòng chảy (m/s).