Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Tính toán và thiết kế Chương 5: Thi công mô hình HVTH: Nguyễn Duy Hà -11- Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS.
Lê Hiếu Giang Chương 6: Kết luận – Kiến nghị HVTH: Nguyễn Duy Hà -12- Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Hiếu Giang CHƢƠNG II: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong thời gian vừa qua ngành điện ở nước ta phát triển rất nhanh, nhưng vẫn không đáp ứng đủ điện cho nền kinh tế đang tăng trưởng nhanh và nhu cầu tiêu dùng của nhân dân. Ngành điện đã phải nhập khẩu thêm điện của Trung Quốc mà vẫn còn thiếu điện nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống của nhân dân. Nguồn điện của ta rất đa dạng: nhiệt điện chạy than, nhiệt điện chạy khí, nhiệt điện chạy dầu, thủy điện, điện chạy bằng năng lượng gió, điện chạy bằng năng lượng mặt trời,.
Trong thời gian sắp tới ta sẽ phải xây dựng nhà máy điện chạy bằng năng lượng hạt nhân. Than đá của ta tuy khá nhiều, nhưng thời gian tới cũng không đủ, sẽ phải nhập khẩu với giá cao để chạy các nhà máy phát điện chạy bằng than ở phía nam. Khí đốt của ta cũng có hạn, chỉ có thể đáp ứng được một phần nhu cầu phát điện của đất nước. Phát điện chạy dầu thì giá thành rất cao và ta cũng không đủ dầu, đang phải nhập khẩu thêm xăng, dầu từ nước ngoài.
Về thủy điện, ở những nơi có khả năng xây dựng nhà máy thủy điện lớn và vừa, ta đã và đang xây dựng gần hết quỹ đất có thể. Điện hạt nhân cũng chỉ có khoảng chục địa điểm có thể xây dựng được nhà máy. Động đất và sóng thần ở Nhật Bản cũng đã làm cho cả thế giới phải cảnh giác với điện hạt nhân. Điện chạy bằng năng lượng gió và điện chạy bằng năng lượng mặt trời ở nước ta mới chỉ chiếm một tỷ trọng rất nhỏ và giá thành còn cao hơn nhiều so với thủy điện và nhiệt điện chạy than, chạy khí.
Trong Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 về việc Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm: “+ Ưu tiên phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối,.), phát triển nhanh, từng bước gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo : Đưa tổng công suất nguồn điện gió từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 1.000 MW vào năm 2020, khoảng 6.200 MW vào năm 2030; điện năng sản xuất từ nguồn điện gió chiếm tỷ trọng từ 0,7% năm 2020 lên 2,4% vào năm 2030.Phát triển điện sinh khối, đồng phát điện tại các nhà máy đường, đến năm 2020, nguồn điện này có tổng công suất khoảng 500 MW, nâng lên 2.000 MW vào năm 2030; tỷ trọng điện sản xuất tăng từ 0,6% năm 2020 lên 1,1% năm 2030.” HVTH: Nguyễn Duy Hà -13- Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Hiếu Giang Theo tính toán của Bộ Công Thương tại thời điểm năm 2009 khi làm tờ trình Chính phủ nghị định khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo, bình quân giá điện gió tại Việt nam vào khoảng 12,5UScent/kWh, nhưng giá điện bình quân tại thời điểm đó mới chỉ khoảng 5,3UScent/kWh. Nếu tính cả lần điều chỉnh giá điện gần đây nhất (1.2013) thì giá điện bình quân mới bằng 1. Than đá, dầu mỏ, khí đốt,.
ngày càng cạn kiệt dần nên việc nghiên cứu và xây dựng các nhà máy phát điện chạy bằng năng lượng tái tạo ở nhiều nước trên thế giới ngày càng được đẩy mạnh. Việc sử dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện đã được nhiều nhà khoa học ở một số nước trên thế giới nghiên cứu từ lâu bằng những công nghệ rất hiện đại. Trong các bản tin thời sự ta thường được nghe các nước đang tích cực đẩy nhanh tỷ lệ phát điện bằng năng lượng tái tạo lên cao. Nhưng rất tiếc rằng năng lượng tái tạo ở đây mới chỉ đề cập đến năng lượng mặt trời và năng lượng gió.
Qua đó ta thấy tuy điện gió còn rất đắt so với điện chạy bằng các loại năng lượng đã có, nhưng nước ta và các nước trên thế giới vẫn tích cực phát triển. Vấn đề đặt ra là tại sao điện chạy bằng năng lượng sóng biển vẫn chưa được đưa vào? Phải chăng việc nghiên cứu sử dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện của các nhà khoa học thế giới còn nhiều vấn đề và giá thành phát điện còn rất cao so với các dạng năng lượng khác?[15] 2.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 2. Các kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc. Các sáng chế đầu tiên để tận dụng năng lượng từ sóng biển đã có từ năm 1799 và đã được tập hợp tại Paris bởi Girard và con trai của ông.
Từ 1855-1973 có 340 sáng chế đã có mặt tại Vương quốc Anh. Một ứng dụng ban đầu của sóng điện là một thiết bị được xây dựng vào khoảng năm 1910 bởi Bochaux-Praceique cho đèn và điện năng phục vụ cho nhà của ông ở Royan, gần Bordeaux, Pháp. Nó chứng tỏ rằng đây là lần đầu tiên một loại thiết bị năng lượng sóng biển được sử dụng. Khoa học hiện đại đã và đang theo đuổi năng lượng sóng biển và tiên phong là thí nghiệm của Yoshio Masuda trong thập niên 1940.
Ông đã thử nghiệm những khái niệm khác nhau của các thiết bị năng lượng sóng trên biển, với hàng trăm thí nghiệm được sử dụng để chuyển hướng đèn điện. Trong số này đã có khái niệm chiết điện từ các chuyển động góc tại khớp của một mảng khớp nối, được đề xuất bởi Masuda trong năm 1950. HVTH: Nguyễn Duy Hà -14- Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Hiếu Giang Quan tâm về năng lượng sóng được thúc đẩy bởi cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973.
Một số nhà nghiên cứu thuộc một số trường đại học đã tiến hành kiểm tra tiềm năng tạo ra điện từ sóng biển, trong đó đáng chú ý là Stephen Salter từ Đại học Edinburgh, Kjell Budal và Johannes Falnes từ Viện Công nghệ Na Uy (nay sáp nhập vào Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy), Michael E. McCormick từ Học viện Hải quân Hoa Kỳ, David Evans từ Đại học Bristol, Michael của Pháp từ Đại học Lancaster, John Newman và Chiang C.Mei từ MIT. Trong những năm 1980, khi giá dầu đi xuống, làn sóng tài trợ năng lượng từ sóng đã giảm mạnh. Tuy nhiên, một vài nguyên mẫu đầu tiên của thế hệ đã được thử nghiệm trên biển.
Gần đây, từ sau vấn đề biến đổi khí hậu, thế giới đang quan tâm phát triển năng lượng tái tạo, bao gồm cả sóng năng lượng.[15] 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, với giá thành 4 triệu bảng.1 Thiết bị chế tạo theo nguyên lý Pelamis * Nguyên lý hoạt động của thiết bị chế tạo theo nguyên lý Pelamis: Thiết bị là một hệ thống phao, gồm một loạt các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi, nối với nhau bằng bản lề. Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác động mạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện. Hàng loạt thiết bị tương tự sẽ kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục.
Dòng điện được truyền qua giây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng. Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1km2. HVTH: Nguyễn Duy Hà -15- Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Hiếu Giang Thiết bị được neo ở vùng biển có độ sâu chừng 50–70m; cách bờ dưới 10km, là nơi có mức năng lượng cao trong các con sóng.
Và Thiết bị pelamis gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi modul có hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng bộ. Mỗi thiết bị pelamis có thể cho công suất 750kW, nó có chiều dài 140-150m, có đường kính ống 3-3,5m.2 Cấu tạo của modul biến đổi năng lượng. Năm 2006, dự án 2MW, ở miền Nam California, Mỹ, đã thực hiện với giá thành 3 triệu đô la, nó cung cấp điện cho 150 hộ gia đình.3 Hệ thống phao tiêu nổi AquaBuOY. AquaBuOY là một hệ thống phao nổi, có nguyên lý hoạt động nhằm biến đổi năng lượng động học của chuyển động thẳng đứng do các đợt sóng biển tạo ra năng lượng điện.
Nhờ việc nhấp nhô lên xuống của sóng biển làm hệ thống phao nổi dập dềnh lên xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyển động, tạo ra dòng điện. Điện dẫn qua hệ thống cáp ngầm đưa lên bờ, hòa vào lưới điện. Mỗi phao tiêu có thể đạt công suất tới 250kW, với đường kính phao 6m. Nếu trạm phát điện có công suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km2 mặt biển.
HVTH: Nguyễn Duy Hà -16- Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Hiếu Giang Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khi sóng nén, nước biển đẩy mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp, làm quay turbin, điện thu được, dẫn qua cáp ngầm vào bờ để hòa chung vào lưới điện. Ngoài ra trên các AquaBuOY còn đặt các tấm pin mặt trời; turbin gió nhỏ nhằm tạo ra nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn đoán gắn trong AquaBuOY. Tất cả dữ liệu về thiết bị đều được truyền bằng công nghệ không dây, vệ tinh về khu vực điều hành.
Hệ thống AquaBuOY thường lắp đặt cách bờ chừng 5km ở nơi biển có độ sâu 50m.[15] Năm 2008 Công ty AWS Ocean Eneny, Scotland đã phát minh ra hệ thống máy phát điện mới nhằm biến chuyển động sóng thành điện năng. Khác với những hệ thống đang tồn tại. Đó là hệ thống phao tiêu nằm chìm dưới mặt nước, nên không bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu trên mặt biển. Hệ thống phao tiêu ngầm giống như những quả ngư lôi dưới mặt nước biển chừng 50 mét mà vẫn tạo ra điện năng nhờ sóng biển.4 Hệ thống phao tiêu chìm AWS.
Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm của AWS (Aschimedes Wave Swing) đã chế tạo bằng vật liệu được sử dụng như dàn khai thác dầu mỏ ngoài khơi, được đặt ở độ sâu yên tĩnh. Hệ thống tạo ra năng lượng nhờ sóng biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước.