CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐÊ TÀI NGHIÊN CỨU Đề tài : “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH ĐIỆN NĂNG THEO PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG CỘT NƯỚC “ là một đề tài mà hướng áp dụng chủ yếu vào các vùng ven biển tại việt nam và thường được lắp đặt ở ven bờ. 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 turbine. 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, hiện nay công suất của các thiết bị này phát ra từ 250 kw-500 kw đủ cung cấp cho 400 gia đình. Thiết bị này cũng đã được ứng dụng lắp đặt trên nhiều bờ biển trên thế giới tại các nước Scotland, India, Australia, Portugal and Japan. Trong khuôn khổ luận văn sẽ nghiên cứu thiết kế thiết bị này có những đặc tính kỹ thuật phù hợp với vùng ven biển tại Việt Nam. Các ngồn năng lượng và nhu cầu điện năng của nước ta hiện nay Các nguồn năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của mỗi Quốc gia.
Trong đó điện năng là một trong các nguồn năng lượng thiết yếu đối với sinh hoạt của nhân dân và cũng chính là yếu tố đầu vào không thể thiếu của rất nhiều ngành kinh tế khác, có tác động ảnh hưởng không nhỏ đến các hoạt động kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội. Ngày nay, do sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các ngành Công nghiệp sử dụng các dạng năng lượng tăng mạnh. Cùng với sự biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp nên việc sử dụng năng lượng ngày càng tăng, nguồn năng lượng thiên nhiên khai thác tăng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng trên toàn cầu, nguồn năng lượng thiên nhiên dần cạn kiệt đang dẫn tới tình trạng khủng hoảng về năng lượng trên toàn thế giới. Chính vì vậy, việc tập trung chỉ đạo, đầu tư cho phát triển năng lượng trong đó có ngành điện luôn được Đảng và Nhà nước ta ưu tiên chú trọng, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng Quốc gia.
8 Nhu cầu điện hiện nay của nước ta hiện nay là rất lớn, chúng ta đã phải nhập khẩu điện từ Trung Quốc là hơn 400 MW chủ yếu là thủy điện nhỏ nhằm giải quyết bức xúc thiếu điện trong mùa hạn hán. Việc huy động công suất khả dụng hệ thống điện Quốc gia trong giai đoạn hiện nay đang gặp khó khăn do nhiên liệu đầu vào của nhà máy điện than, dầu, khí sử dụng tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, giá cả nhiên liệu nhập khẩu tăng cao dẫn đến giá thành sản xuất điện tăng trong khi giá điện bán không đổi. Đối với các nhà máy thuỷ điện chiếm tỷ trọng lớn, có giá thành sản xuất điện thấp nhưng phụ thuộc quá nhiều vào thiên nhiên, các nhà máy điện khác như: hạt nhân, sinh khối, gió, mặt trời, địa nhiệt, sóng biển. Do đó, ngành điện đã phải cân đối giá thành sản xuất điện huy động công suất khả dụng dụng của hệ thống điện Quốc gia cung cấp điện đảm bảo ổn định chính trị, phát triển kinh tế xã hội và hoàn thành các chỉ tiêu kinh tế do Chính phủ giao.
Nguyên nhân tình trạng thiếu điện hiện nay do: - Do phụ tải tăng, đầu tư trực tiếp nước ngoài tăng đột biến, tổng giá trị đầu tư bằng 15 năm trước đó cộng lại, nhiều dự án đầu tư lớn trong nước phát triển mạnh. - Tình hình thời tiết có xu hướng khắc nhiệt, biến đổi phức tạp, cùng với sự khủng hoảng năng lượng trên toàn cầu, nhu cầu sử dụng về điện thay thế cho những nguồn năng lượng khác ngày càng gia tăng. - Công tác dự báo tăng trưởng nhu cầu về điện và kế hoạch triển khai xây dựng phát triển nguồn điện không tương ứng. Các nhà máy sản xuất điện đi vào hoạt động chậm hơn so với kế hoạch.
- Khâu vận hành của các nhà máy điện chưa tốt, một số nhà máy sản xuất điện khi đi vào hoạt động đã gặp một số sự cố như Nhà máy nhiệt điện Uông Bí hoạt động chưa ổn định, Nhà máy điện Cà Mau 1 mới hoạt động được một nửa công suất và một loạt sự cố sửa chữa đường ống dẫn khí, dừng hoạt động để bảo dưỡng sửa chữa nhà máy. Từ nay đến năm 2020, theo dự báo Việt Nam còn ở trong tình trạng thiếu điện. Bởi vì, chúng ta luôn phải chạy theo tốc độ phát triển cao về nhu cầu sử dụng điện dẫn đến nguồn lực không đáp ứng kịp nhu cầu phát triển và không có nguồn điện dự phòng. Mục đích và nội dung nghiên cứu.1 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu thiết kế thiết bị chuyển hoá năng lượng sóng biển thành điện năng phù hợp với vùng biển tại Việt Nam, dễ vận hành, bảo dưỡng và với kết cấu gọn nhất có thể.2 Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng trên thế giới thông qua việc tìm kiếm patent.
- Nghiên cứu thiết kế thiết bị phù hợp đối với vùng ven biển tại Việt Nam - Thiết kế sơ đồ nguyên lý của thiết bị. - Tính toán thiết kế các thông số cơ bản trong thiết bị. - Mô phỏng thiết bị. 10 CHƯƠNG II : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2.
Giới thiệu các dạng năng lượng ở Việt Nam nói chung và năng lượng sóng biển nói riêng. Việt Nam có nguồn năng lượng sơ cấp đa dạng và dồi dào. Tuy nhiên, cùng với tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế, nguồn năng lượng này đang bị khai thác cạn kiệt theo thời gian. Đối với tiềm năng thủy điện, hầu hết các nhà máy thủy điện công suất lớn đã và sẽ được khai thác hết trong vài năm tới.
Điều đó có nghĩa là năng lượng từ thủy điện sẽ không tăng thêm và với điều kiện biến đổi khí hậu như hiện nay, công suất của các nhà máy thủy điện cũng khó đảm bảo. Đối với nguồn năng lượng hóa thạch, dễ nhận thấy rằng tốc độ sản sinh của nguồn năng lượng này không thể bù đắp được so với mức độ khai thác. Năng lượng hóa thạch cần hàng triệu triệu năm, với sự biến đổi đặc biệt của địa chất, khí hậu mới có thể hình thành và không phải là nguồn năng lượng vô hạn. Với tốc độ gia tăng mức khai thác năng lượng như hiện nay, các nguồn năng lượng sơ cấp của Việt Nam sẽ khan hiếm, dầu mỏ, than đá và khí đốt sẽ dần cạn kiệt trong vài chục năm tới.
Từ một nước xuất khẩu, Việt Nam sẽ thành nước nhập khẩu năng lượng nếu chúng ta không có một chiến lược hợp lý và đa dạng hóa các nguồn năng lượng. Việc xem xét phát triển các nguồn năng lượng khác bên cạnh các nguồn năng lượng cơ bản ngày càng trở nên quan trọng trong cơ cấu nguồn năng lượng Việt Nam trong tương lai, và năng lượng tái tạo là sự lựa chọn tất yếu đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia nói riêng và thế giới nói chung. Hiện nay nhiều quốc gia phát triển trên thế giới đã đẩy nhanh tốc độ khai thác sử dụng nguồn năng lượng tái tạo. Điển hình là các quốc gia thuộc khu vực châu Âu.
Ở Việt Nam nguồn năng lượng tái tạo cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng như năng lượng bức xạ Mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh học. Đối với năng lượng sóng biển thì trường sóng được phát sinh và phát triển dưới tác động trực tiếp của trường gió, do vậy đặc điểm chế độ trường sóng là hậu quả trực tiếp của chế độ khí hậu và trường gió khu vực. Đặc điểm chung, khái quát nhất về chế độ khí hậu khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam là chế độ khí hậu nhiệt đới gió 11 mùa cùng với ảnh hưởng của bão. Các kết quả nghiện cứu cho thấy tiềm năng năng lượng sóng dọc dải ven bờ nước ta tương đối phong phú và phụ thuộc trực tiếp vào hai mùa gió đông bắc và tây nam.
Ở các vùng thoáng, có đà sóng lớn theo các hướng đông bắc, tây nam và nam đều nhận được dòng năng lượng sóng khá lớn. Nhìn chung vấn đề nghiên cứu và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo trong đó có năng lượng sóng biển là một nhu cầu cấp bách không những của Việt Nam mà còn là xu thế toàn cầu hiện nay. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Trước tình hình giá dầu tăng cao, đảm bảo an ninh năng lượng đã trở thành mối quan tâm mang tính toàn cầu, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế đang trở thành mục tiêu và giải pháp chung của nhiều nước. Với những ưu điểm như giá thành thấp, không gây hại cho môi trường, các nguồn năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, gió, đặc biệt là sản xuất điện từ năng lượng thủy triều được xem là một nguồn năng lượng thay thế hữu ích, đang được nhiều nước chú trọng phát triển.
Hiện nay, Nhà máy điện La Rance tại Pháp, với công suất 240.000 KWh, là một trong những nhà máy điện thủy triều lớn nhất thế giới. Châu Âu là khu vực đứng đầu trong việc áp dụng năng lượng sóng biển. Hiện nay đã có 4 dự án khai thác thương mại năng lượng sóng. Giá thành điện năng từ gió hiện nay đã giảm 80% trong vòng 20 năm vừa qua nhờ có các tiến bộ về thiết bị và tối ưu hóa trong kết cấu.
Với giá cả ban đầu khoảng 1/2 giá ban đầu của năng lượng sóng và 1/4 giá hiện thời của năng lượng pin Mặt trời, năng lượng sóng có một tiềm năng rất lớn để trở thành một nguồn năng lượng có giá rẻ nhất trong tương lai. Một số thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng điển hình đã được ứng dụng trên thế giới 12 a, Thiết bị Pelamis Hình 2.1: Thiết bị Pelamis Hình 2.2: Cấu tạo của modul biến đổi năng lượng trong hiết bị Pelamis 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.