1.3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển tại Việt Nam và định hướng nghiên cứu của luận án
1.3.1. Vị trí địa lý và tiềm năng năng lượng sóng biển Việt Nam
Do đặc thù địa lý là quốc gia ven biển với nhiều đảo và vùng biển rộng lớn, nhu cầu về điện năng nhằm cung cấp cho dân cư sinh sống trên các đảo ngoài khơi, cũng như nhu cầu về các phao báo hiệu chỉ dẫn đường biển và nguồn điện cung cấp cho các đèn hải đăng ngoài biển là rất lớn. Hơn nữa, nhu cầu về điện năng để cung cấp cho nền kinh tế biển, điện năng phục vụ an ninh quốc phòng trong bảo vệ chủ quyền biển đảo của tổ quốc (đặc biệt nguồn điện để sử dụng trên các nhà dàn DKI ngoài Biển Đông v.v.) là nhiệm vụ cấp bách, trong khi điện lưới quốc gia chưa thể vươn tới.
Tiềm năng năng lượng sóng biển Việt Nam:
Các nghiên cứu về tiềm năng năng lượng sóng ở nước ta mới chỉ bắt đầu được quan tâm trong những năm gần đây. Các kết quả nghiên cứu dựa trên các số liệu đo đạc khảo sát biển và các dữ liệu đo tại các trạm hải văn, cũng như các
nghiên cứu tính toán mô phỏng đã cho thấy bức tranh tổng quát về phân bố nguồn năng lượng sóng biển ở nước ta vào cỡ trung bình trên thế giới [34,35]. Ở đây, các nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tính dòng năng lượng theo phổ sóng của Đaviđan. Việc chọn công thức phổ này không những là một phương pháp đánh giá hiện thực do dựa trên cơ sở trường sóng thực tế đa dạng theo chu kỳ sóng, mà còn phù hợp với phương pháp tính dòng năng lượng sóng cho vùng ngoài khơi Biển Đông. Với việc sử dụng cùng một phổ sóng có thể dễ dàng kiểm tra các kết quả tính toán và so sánh các kết quả nhận được với nhau. Số liệu đưa vào tính toán là các kết quả tính toán chế độ trường sóng ven bờ phục vụ xây dựng công trình biển thuộc đề tài cấp Nhà nước KHCN-06-10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” bao gồm phân bố độ cao và chu kỳ sóng biển. Trên cơ sở của phương pháp tính này, thông lượng năng lượng sóng tại 83 điểm quan trắc được thiết lập và phân chia thành 6 vùng khảo sát dọc theo chiều dài bờ biển nước ta đã được thực hiện [35]. Các kết quả tính toán là dòng năng lượng sóng cho mỗi mét chiều dài của bờ biển vuông góc với hướng truyền sóng, giá trị năng lượng sóng biển được tính theo kW/m cho từng tháng trong năm và trung bình của năm tại 83 điểm khảo sát được đưa ra trong hình 1.15 (các số liệu chi tiết về năng lượng sóng tại 83 điểm quan trắc được đưa ra tại phụ lục A) [35].
Từ các số liệu nhận được cho thấy về tiềm năng năng lượng sóng dọc dải ven biển Việt Nam, cùng với các đặc trưng năng lượng sóng tại 83 điểm khảo sát của 6 vùng như sau:
- Vùng 1 từ trạm số 1 đến trạm số 11, vùng phía bắc vịnh Bắc Bộ từ Móng Cái đến Thanh Hóa: tại vùng này năng lượng sóng chiếm ưu thế vào các tháng 6, 7 và 8 với giá trị từ 16 kW/m trở lên. Vào mùa gió đông bắc ở các trạm phía bắc của vùng, năng lượng sóng không mạnh. Tại các trạm phía nam của vùng này (từ trạm 7 đến trạm 11), năng lượng sóng khá đều, quanh năm đạt từ 15 kW/m trở lên. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 15 kW/m.
- Vùng 2 từ trạm số 12 đến trạm số 21, vùng phía nam vịnh Bắc Bộ từ Thanh Hóa đến Quảng Bình có đặc điểm là dòng năng lượng sóng trong gió mùa đông bắc chiếm ưu thế. Tại vùng này, trong khoảng từ tháng 10 năm trước đến tháng 2 năm
sau dòng năng lượng sóng đạt 30 kW/m trở lên. Trong gió mùa tây nam, vào các tháng mùa hè, năng lượng sóng tại khu vực này nhỏ hơn 20 kW/m. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 25 kW/m.
Hình 1.15. Sơ đồ các điểm khảo sát và tính thông lượng năng lượng sóng [35]
- Vùng 3 từ trạm 22 đến trạm 37, vùng bắc miền Trung từ Quảng Bình đến Quảng Nam là vùng có năng lượng sóng khá nhỏ so với các vùng lân cận do trường sóng trong gió mùa đông bắc bị đảo Hải Nam che chắn. Còn trong gió mùa tây nam, ở đây gió thường thổi từ bờ ra khơi. Vào các tháng trong mùa đông, dòng năng lượng sóng tại vùng này cũng khá mạnh. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 10 kW/m.
- Vùng 4 từ trạm 38 đến trạm 54, vùng nam miền Trung từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận là vùng có dòng năng lượng sóng lớn nhất trên dải ven biển nước ta, vì là vùng tiếp xúc trực tiếp với biển thoáng và có đà sóng gần như không bị giới hạn trong cả hai mùa gió thịnh hành. Trong gió mùa đông bắc, năng lượng sóng tại vùng này đạt từ 30 kW/m trở lên. Đặc biệt tại các trạm từ 43 đến 54 trong tháng 12, dòng năng lượng sóng xấp xỉ 100 kW/m. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 30 kW/m.
- Vùng 5 từ trạm 55 đến trạm 71, vùng ven bờ đồng bằng Nam Bộ từ Bình Thuận đến mũi Cà Mau là vùng có dòng năng lượng sóng không lớn vì ở đây tác động của trường sóng trong gió mùa đông bắc đã bị hạn chế. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 18 kW/m.
- Vùng 6 từ trạm 72 đến trạm 83, vùng ven bờ biển phía tây nam từ Cà Mau đến Kiên Giang: tại vùng này dòng năng lượng sóng là yếu nhất trên toàn dải ven biển nước ta. Có trạm không có dòng năng lượng trung bình tháng, có nghĩa là trong cả tháng sóng lặng. Tại các trạm phía ngoài biển thoáng như trạm trên phía tây của đảo Phú Quốc (trạm 72) và các trạm dọc bờ từ Rạch Giá xuống phía nam (trạm 77 - 83) năng lượng sóng trong mùa gió tây nam đạt khoảng 15 kW/m, lớn nhất vào tháng 8. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 5÷6 kW/m.
Hình 1.16 đưa ra bức tranh tổng quát về độ cao sóng biển trung bình mùa gió mùa đông bắc tại Biển Đông nhận được từ các kết quả quan trắc và khảo sát, trong đó độ cao sóng là khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa đỉnh và bụng sóng kế tiếp [34]. Giá trị thông lượng năng lượng sóng tại các vùng theo tháng được đưa ra trên hình 1.17 và trung bình năm thể hiện trên hình 1.18 [34,35].
Hình 1.16. Độ cao sóng trung bình mùa gió mùa đông bắc tại Biển Đông [34]
Hình 1.17. Thông lượng năng lượng sóng theo tháng của các vùng [35]
Hình 1.18. Thông lượng năng lượng sóng trung bình trong năm ven biển Việt Nam [35]
Từ các số liệu về phân bố thông lượng năng lượng sóng, độ cao sóng và chu kỳ sóng biển đã nhận được cho thấy: độ cao sóng biển trung bình ở ven bờ từ 0,5÷1,2 m với chu kỳ sóng 2÷8 giây, ở ngoài khơi độ cao sóng từ 1,2÷2 m với chu kỳ sóng 6÷8 giây, đặc biệt khi biển động độ cao sóng biển ven bờ đạt từ 3,5÷5 m, ngoài khơi đạt từ 6÷9 m [34-37]. Do vậy, đây là nguồn năng lượng dồi dào, rất phù hợp cho các thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển có công suất phát điện ở mức vừa và nhỏ khai thác hoạt động. Từ các số liệu về sóng biển thực tế đã nhận được, các số liệu này sẽ được sử dụng làm cơ sở trong các tính toán, xây dựng mô hình thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển, để thiết bị hoạt động phù hợp theo điều kiện thực tế của sóng biển.