Luận văn Nghiên cứu hệ thống phát điện dùng năng lượng sóng biển (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu hệ thống phát điện dùng năng lượng sóng biển (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HOÀNG CHƯƠNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN DÙNG NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 6 3 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2015
2. i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HOÀNG CHƯƠNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN DÙNG NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 09/2015
3. ii LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: PHẠM HOÀNG CHƢƠNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/03/1987 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Hoài Sơn, Hoài Nhơn, Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Dĩ An, Bình Dƣơng. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0985252344. Fax: E-mail: hchuong87@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 7/2011 Nơi học: Trƣờng ĐH Kỹ thuật công nghệ tp HCM. Ngành học: Kỹ Thuật Điện. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho xƣởng dệt. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 7/2011- Trƣờng ĐH Kỹ thuật công nghệ tp HCM. Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Phan Thị Thu Vân. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
4. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu hệ thống phát điện dùng năng lượng sóng biển” là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2015 Học viên thực hiện Phạm Hoàng Chương
5. iv LỜI CẢM TẠ Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Nguyễn Thanh Phương đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong thời gian học tập tại đây. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân và các bạn bè đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn luận văn sẽ vẫn còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của quý thầy cô và bạn bè ,đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2015 Học viên thực hiện Phạm Hoàng Chương
6. v TÓM TẮT CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỐI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN PLAMIS Tóm tắt – Công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển là công nghệ đã được hình thành từ thập niên 70, tuy nhiên hiện giờ nó vẫn chưa được xem hoàn toàn như là một nguồn năng lượng công nghiệp.Luận văn này là nghiên cứu về các lý thuyết khác nhau về công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển với đầy đủ về các kiểu và chủng loại. Thiết bị chuyển đồi năng lượng sóng biển được phân loại như sau: + Thiết bị chuyển đổi năng lượng thông qua dao động cột nước + Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biến ngập hoàn toàn trong nước +Thiết bị chuyển đổi năng lượng bằng dao động thân máy Bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển Pelamis là một khái niệm có tính chất đổi mới đối với việc khai thác năng lượng từ sóng biển và chuyển đổi nó thành một sản phẩm hữu ích như điện, áp suất thủy lực trực tiếp hoặc nước uống được. Hệ thống có một phần chìm ngập trong nước biển, thiết bị này có dạng hình trụ gồm nhiều đoạn ống nối với nhau bởi các khớp nối. Pittong thủy lực lấy lực đẩy từ các đoạn ống chính sẽ bơm chất lỏng áp suất cao vào các bình chứa sau đó nước được đẩy qua làm quay tubin máy phát điện tạo ra điện. Năng lượng từ tất cả các khớp được đưa vào một đường cáp rốn đơn đến một điểm nút trên đáy biển .Các thiết bị được kết nối với nhau và liên kết với bờ thông qua một cáp duy nhất dưới đáy biển. Pelamis được thiết kế để neo đậu trong mực nước sâu khoảng 50 – 70m ( cách bờ khoảng 5 – 7 km), vì nơi này có mức năng lượng cao. Một Pelamis hoàn chỉnh sẽ được neo đậu sao cho có thể đu đưa đề nhận những con sóng đến và bắt đầu quá trình chuyển hóa cúa nó tới từ những đỉnh sóng liên tiếp kéo dài miên man sau đó. Tứ khóa – Pelamis, công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển, năng lượng tái tạo. PELAMIS WAVE ENERGY CONVERTER Abstract – Wave Power is a technology that was founded in the 70’s, but which still not has reached full industrial recognition as a energy source. In this thesis there is a
7. vi literature study on different concepts of Wave Energy Converters(WEC) which has been build in full scale, and there is a great variety in the concepts. Wave energy converter devices can be classified in numerous ways: + Oscillating water column devices + Overtopping devices + Oscillating bodies, or wave activated devices The Pelamis Wave Energy Converter is an innovative new concept for extracting energy from ocean waves and converting it into a useful product such as electricity, direct hydraulic pressure or potable water. The system is a semi-submerged, articulated structure composed of cylindrical sections linked by hinged joints. The wave-induced motion of these joints is resisted by hydraulic rams that pump high-pressure oil through hydraulic motors via smoothing accumulators. The hydraulic motors drive electrical generators to produce electricity. Power from all the joints is fed down a single umbilical cable to a junction on the sea bed. Several devices can be connected together and linked to shore through a single seabed cable. The Pelamis is designed to be moored in waters approximately 50-70m (typically 5- 10km from shore) where the high energy levels found in deep swell waves can be accessed. The complete machine is flexibly moored so as to swing head-on to the incoming waves and derives its 'reference' from spanning successive wave crests. Keywords – Pelamis, Wave Energy Converter, Renewable Energy.
8. vii MỤC LỤC TRANG Trang tựa i Lý lịch cá nhân ii Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt xi Danh sách các bảng xi Danh sách các hình xii MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG SÓNG BIỂN 3 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 3 1.1.1 Một số dự án nhà máy điện sóng biển ngoài nước 5 1.1.2 Các nghiên cứu trong nước 8 1.2 Mục đích của đề tài 9 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Lý thuyết cơ bản về trường sóng vùng biển sâu và ven bờ 10 2.1.1 Dạng sóng biển 10 2.1.2 Phân loại sóng biển 11 2.1.2.1 Phân loại sóng theo nguyên nhân, hiện tượng 12 2.1.2.2 Phân loại sóng theo độ cao 12
9. viii 2.1.2.3 Phân loại sóng theo vùng sóng lan truyền, phát sinh 12 2.1.2.4 Phân loại sóng theo tỷ số giữa độ cao, độ dài và độ sâu -số Ursel (Ur) 13 2.2 Các lý thuyết mô phỏng mặt biển có sóng: 13 2.2.1 Lý thuyết sóng tuyến tính 13 2.2.2 Lý thuyết sóng có biên độ hữu hạn 15 2.2.2.1 Lý thuyết sóng ngắn 15 2.2.2.2 Lý thuyết sóng dài 16 2.2.3 Lý thuyết sóng solitary 17 2.2.4 Lý thuyết sóng cnoidal 20 2.3. Năng lượng sóng: 22 2.3.1 Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng, mật độ năng lượng sóng 22 2.3.2 Thông lượng năng lượng sóng 23 Chương 3. PHÂN TÍCH CÁC CÔNG NGHỆ TRÊN THẾ GIỚI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM 26 3.1 Các vấn đề cần giải quyết 26 3.2 Nguyên lý chuyển đồi năng lượng sóng biển thành điện năng hiện hữu và các nhà máy điện đã được xây dựng trên thế giới 26 3.2.1 Các công nghệ chuyển đồi năng lượng sóng trên thế giới 26 3.2.1.1 Nguyên lý sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao động của hệ phao nổi 26 3.2.1.2 Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng 27 3.2.1.3 Nguyên lý sử dụng phương pháp dao động thuỷ lực để biến đổi điện năng bằng cách tạo áp suất không khí 28
10. ix 3.2.1.4 Nguyên lý sử dụng phương pháp dao động lắc có sông suất lớn biến đổi năng lượng sóng sang cơ - điện năng 30 3.2.1.5 Nguyên lý tạo điện năng từ sóng với công suất nhỏ qua tua bin thủy lực 31 3.2.1.6 Nguyên lý tạo điện năng bằng guồng quay 31 3.2.1.7 Phương pháp tích tụ năng lượng sóng biển để chuyển sang điện năng với công suất lớn 32 3.2.2 Các kiểu nhà máy điện đã được xây dựng trên thực tế 33 3.2.2.1 Nhà máy điện Pelamis 33 3.2.2.2 Thiết bị chuyển đổi năng lượng CETO 38 3.2.2.3 Nhà máy điện Oyster 42 3.2.2.4 Nhà máy điện SDE 45 3.2.2.5 Nhà máy điện OWC 48 3.3 Đánh giá tiềm năng năng lượng sóng biển tại Việt Nam 52 3.3.1 Đánh giá thực tế từ các nghiên cứu 59 3.3.2 Chọn lựa công nghệ ứng dụng tại Việt Nam 60 3.3.3 Thiết kế hệ thống phát điện dùng công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển Pelamis 61 3.3.3.1 Chọn lựa thông số thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển Pelamis 61 3.3.3.2 Phương án thi công hệ thống 62 Chương 4. SỬ DỤNG MATLAB ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ CÁC ĐÁP ỨNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN 67 4.1 Tổng quan về MATLAB 67 4.1.1 Khái niệm về MATLAB 67 4.1.2 Cấu trúc dữ liệu của MATLAB và các ứng dụng 67
11. x 4.1.2.1 Dữ liệu 68 4.1.2.2 Ứng dụng 68 4.1.2.3 Thanh công cụ Toolbox 68 4.1.3 Hệ thống Matlab 69 4.2 Mô hình hóa, mô phỏng hệ thống động sử dụng Simulink 70 4.2.1 Khái niệm về Simulink 70 4.2.2 Phương pháp xây dựng mô hình 70 4.2.3 Giới thiệu một số khối chức năng được sử dụng trong mô phỏng 72 4.2.3.1 Khối Busbar 73 4.2.3.2 Khối Three-phase Progammable Voltage Source 73 4.2.3.3 Khối Synchronous Machine pu standard 73 4.2.3.4 Khối HTG 76 4.2.3.5 Khối Excitation System 77 4.3 Mô phỏng mô hình hệ thống nghiên cứu trên Matlab 77 4.3.1 Sơ đồ đơn tuyến mô hình nghiên cứu 77 4.3.2 Mô hình mô phỏng trên matlab 78 4.3.2.1 Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha 79 4.3.2.2 Bộ nghịch lưu 3 pha 80 4.3.2.3 Bộ điều khiển hòa lưới 88 4.3.2.4 Bô điều chế độ rộng xung PWM 89 4.3.3 Kết quả mô phỏng 90 Chương 5. KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95
12. xii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Dự án Enersis 6 Hình 1.2: Nhà máy điện Oyster 7 Hình 2.1: Các yếu tố sóng đối với dạng sóng tiến hình sin 11 Hình 2.2: So sánh sóng Stokes bậc một (tuyến tính) và sóng Stokes bậc 2 16 (sóng ngắn). 16 Hình 2.3: Các hằng số M, N trong công thức tính tốc độ hạt nước 19 trong chuyển động sóng solitary. 19 Hình 2.4: Vùng áp dụng các loại lý thuyết sóng 21 Hình 2.5: Dạng các sóng Airy, Stokes, cnoidal và solitary 22 Hình 2.6: Sơ đồ phân bố năng lượng sóng 23 Hình 3.1: Nguyên lý sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng 26 Hình 3.2: Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng 28 Hình 3.3: Sử dụng dao động thủy lực để biến đổi năng lượng sóng sang điện năng 29 Hình 3.4: Phương pháp lắc có công suất lớn để tạo điện năng từ năng lượng sóng 30 Hình 3.5: Máy phát điện bằng tuốc bin thuỷ lực 32 Hình 3.6: Phương pháp tạo điện năng từ sóng biển bằng guồng quay 32 Hình 3.7: Nguyên lý làm việc của hệ thống nắn chỉnh PACCELA 33 Hình 3.8: Phương thức đặt thiết bị Pelamis 34 Hình 3.9: Hệ thống động lực 35 Hình 3.10: Thời gian ý tưởng Pelamis được ứng dụng vào thực tế 37 Hình 3.11: Hình ảnh thực tế một Pelamis 37
13. xiii Hình 3.12: Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển CETO 39 Hình 3.13: Mô hình đồ họa 3 chiều của một CETO đơn giản 40 Hình 3.14: Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển Oyster 43 Hình 3.15: Nhà máy điện SDE 46 Hình 3.16: Vị trí lắp đặt nhà máy điện OWC 49 Hình 3.17: Cách bố trí của một nhà máy điện OWC đơn giản 49 Hình 3.18: Nhà máy điện PICO 51 Hình 3.19: Nhà máy điện LIMPET 52 Hình 3.20: Năng lượng sóng trung bình mùa gió đông bắc 53 Hình 3.21: Năng lượng sóng trung bình mùa gió tây nam 54 Hình 3.22: Năng lượng sóng trung bình năm 55 Hình 3.23: Hệ thống neo đậu cho Pelamis 64 Hình 3.24: Sơ đồ kết nối điện cho một Pelamis 65 Hình 4.1: Mô hình phân tích sóng Sin 71 Hình 4.2: Cửa sổ tạo các khối từ thư viện 71 Hình 4.3: Cách tiến hành chạy mô phỏng 72 Hình 4.4: Kết quả hiển thị tín hiệu hình Sin 72 Hình 4.5: Khối Busbar 73 Hình 4.6: Khối Three-phase Programmable Voltage Source 73 Hình 4.7: Khối Synchronous Machine pu stardand 74 Hình 4.8: Khối HTG 76 Hình 4.9: Khối Excitation System 77 Hình 4.10: Sơ đồ kết lưới của mô hình nghiên cứu 78 Hình 4.11: Mô hình hệ thống được xây dựng trên Matlab 78
14. xiv Hình 4.12: Mô hình bộ hòa lưới 79 Hình 4.13: Mô hình bộ chỉnh lưu 79 Hình 4.14: Trạng thái đóng ngắt của các khóa bán dẫn 80 Hình 4.15: Các vector điện áp chuẩn và các sector 81 Hình 4.16: Vector Vref nằm trong sector 1 83 Hình 4.17: Vector không gian Vs-ref 85 Hình 4.18: Giản đồ đóng ngắt của các khóa 88 Hình 4.19: Mô hình bộ điều khiển hòa lưới 88 Hình 4.20: Chuyển đổi hệ tọa độ quay abc sang hệ vuông góc α,β 89 Hình 4.21: Mô hình bộ điều chế độ rộng xung PWM 90 Hình 4.22: Dòng stator từ thời điểm: t = 0s đến t = 4s 91 Hình 4.23: Quá trình quá độ từ thời điểm: t = 0s đến t = 0,2s 91 Hình 4.24: Công suất thực đầu ra của máy phát 92 Hình 4.25: Điện áp đầu ra của bộ hòa lưới 92 Hình 4.26: Dòng điện đầu ra của bộ hòa lưới 92
15. MỞ ĐẦU Chúng ta biết rằng, kinh tế Việt Nam trong những năm qua đã có những chuyển biến rất mạnh mẽ, nhiều khu công nghiệp mới hình thành. Bên cạnh đó chúng ta cũng đang gặp rất nhiều khó khăn về môi trường, đặt biệt Việt Nam là một trong những nước chịu tác động trực tiếp của sự biến đổi khí hậu, sự ấm lên của bầu khí quyển và sự gia tăng của mực nước biển. Vì vậy việc sử dụng nguồn năng lượng sạch- bền vững không chỉ nhằm bảo vệ môi trường mà còn góp phần đối phó với biến đổi khí hậu, tạo sự phát triển cho đất nước là một vấn đề mang tính “thời sự” đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. 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, phong điện, điện chạy bằng năng lượng mặt trời 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 thấy nói đến nhiều là năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Nước ta nối tiếng là một đất nước có bờ biển dài, trải dọc theo toàn bộ chiều dài đất nước. Với điều kiện được thiên nhiên ưu đãi như vậy, tại sao chúng ta không khai thác - 1 -
16. nguồn năng lượng tái tạo từ đại dương để phục vụ cho việc phát triển, hiện đại hóa đất nước. Vấn đề đặt ra là tại sao điện chạy bằng năng lượng sóng biển vẫn chưa được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới ? Phải chăng việc nghiên cứu sử dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện của các nhà khoa học trên thế giới còn nhiều vấn đề hay giá thành phát điện còn rất cao so với các dạng năng lượng khác ? - 2 -
17. Chƣơng 1 : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG SÓNG BIỂN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố Nước ta là nước có bờ biển rất dài, dài đến hơn 3.200 km. Quanh năm sóng biển vỗ bờ. Nước ta lại có nhiều hải đảo. Quanh đảo là biển. Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, sóng biển thường rất mạnh trong nhiều ngày liên tiếp. Trong những ngày có gió mùa đông bắc, sóng biển ở các tỉnh ven biển miền Trung cũng lớn. Trong những ngày có gió tây nam, sóng biển trên vịnh Thái Lan ở các tỉnh Kiên Giang, Cà Mau cũng lớn. Vì vậy năng lượng của sóng biển ở ven bờ biển nước ta rất lớn. Có thể nói nguồn năng lượng đó là vô tận. Nhiều nước trên thế giới không có được thuận lợi như thế. Đó chính là thế mạnh của nước ta. Nếu ta nghiên cứu thành công việc sử dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện với giá thành phát điện tương đối rẻ sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho đất nước và sẽ phát huy được thế mạnh ít nước có được. Vấn đề đặt ra là làm sao có thể khai thác được nguồn năng lượng vô tận đó để chạy máy phát điện thành công ? Năng lượng sóng biển tuy có rất nhiều tiềm năng nhưng việc nghiên cứu nó cũng gặp rất nhiều khó khăn, trở ngại. Muốn nghiên cứu việc sử dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện, trước hết ta phải nghĩ đến những khó khăn, trở ngại là gì và có thể khắc phục được những khó khăn trở ngại đó hay không? Theo tôi có một số khó khăn và trở ngại sau : + Sóng biển chỉ lên xuống nhấp nhô nhưng máy phát điện lại cần chuyển động quay theo một chiều nhất định. Có rất nhiều cách để chuyển năng lượng sóng biển thành chuyển động quay theo một chiều nhất định và các kết quả thu được cũng rất khác nhau. Giá thành phát điện phụ thuộc phần lớn vào cách chuyển năng lượng này. Dùng - 3 -
18. những công nghệ rất hiện đại và phải đầu tư lớn, nhưng kết quả thu được lại không nhiều thì giá thành phát điện cao là điều rất dễ hiểu. + Tính không ổn định của sóng biển và mực nước biển. Điện sản xuất ra cần đều đặn và ổn định, nhưng: - Sóng biển lúc cao, lúc thấp, lúc mạnh, lúc yếu. - Chu kỳ và khoảng cách giữa 2 làn sóng biển cũng khó xác định. - Mực nước biển lên cao, xuống thấp theo thủy triều. + Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, sóng biển thường liên tục mạnh trong nhiều ngày, lớn hơn những ngày bình thường rất nhiều. + Nước biển có độ ăn mòn rất cao. + Các thiên tai như động đất, sóng thần, + Nếu nhà máy điện chỉ phát điện được với công suất nhỏ thì rất khó hòa được vào lưới điện quốc gia. Theo đánh giá của Trung tâm Năng lượng Tái tạo trên biển Châu Âu, hiện nay có khoảng 51 loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng . Tuy chưa có được một tiêu chuẩn phân loại thống nhất, tất cả các dạng thiết bị này có thể được phân loại theo 3 tiêu chí: + Theo tiêu chí về vị trí lắp đặt thiết bị. + Theo tiêu chí về độ sâu lắp đặt thiết bị. + Theo tiêu chí về nguyên lý vật lý và công nghệ chuyển đổi năng lượng. Ngoài ra cũng có các phân loại khác, ví dụ như loại thiết bị sử dụng cơ chế dao động cột nước trong sóng và thiết bị sử dụng nguyên lý tràn nước trong sóng đôi khi được gọi là thiết bị “ngăn chặn” sóng vì các thiết bị này dựa trên nguyên lý chặn sóng để tạo ra năng lượng, trong khi đó các loại thiết bị dựa trên cơ chế trường sóng tắt dần và cơ chế hấp thụ điểm có thể được phân loại dưới dạng thiết bị “lựa theo chiều sóng”. - 4 -
19. Trên bảng 1.1 thống kê các dạng thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng theo 3 tiêu chí: tiêu chí vị trí lắp đặt thiết bị, tiêu chí độ sâu và tiêu chí về nguyên lý vật lý và công nghệ chuyển đổi năng lượng trên thế giới. Bảng 1.1: Phân loại các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng. Vị trí Độ sâu(m) Nguyên lý vật lý Nhà thiết kế Tên thiết bị Dao động cột Nhà máy PICO, Trên bờ 0 nước trong sóng Azores Sóng tràn Tapchan, Na Uy Dao động cột Oceanlinx Oceanlinx nước trong sóng Nước dâng do Gần bờ 1-25 Aquamarine Oyster sóng Sóng tràn/ chặn Wavedragon Wavedragon sóng Pelamis Wave Sóng tắt dần Pelamis Power Sóng tắt dần C-wave C-wave Sóng tắt dần Raft design Matifer Ocean Power Hấp thụ điểm PowerbuOY Technology Xa bờ >25 Hấp thụ điểm AWS II AWS II Finavera Hấp thụ điểm AquaBuOY Renewable Hấp thụ điểm Wavebob Wavebob Hấp thụ điểm Camegie Corp CETO II Hấp thụ điểm WET-NZ WaveWobbler 1.1.1 Một số dự án nhà máy điện sóng biển ngoài nƣớc - Nhà máy Pelamis - 5 -
20. Hình 1.1: Dự án Enersis Là dự án về phát triển năng lượng tái tạo lớn nhất Bồ Đào Nha hiện nay, nó đã thực hiện xong giai đoạn 1 với ba tổ hợp phát điện có công suất mỗi tổ là 750kW. Các tổ hợp này được lắp đặt cách bờ biển 5km và có độ sâu đáy biển là 50m. Giai đoạn 2 của dự án trên đã được cấp phép thực hiện, dự án này sẽ nâng công suất của nàh máy lên 24MW. - Các đặc điểm chính của nhà máy điện Pelamis Máy phát điện Pelamis được triển khai xây dựng ngoài khơi để có thể nhận được sóng có độ cao lớn, năng lượng cao. Do sử dụng các nguyên liệu bền với môi trường nước biển nên tuổi thọ của chúng rất cao. Tại môi trường này, nó được thiết kế để không phải bảo trì bên trong thiết bị, các phần động lực và phát điện, mà chỉ bảo trì bên ngoài thiết bị để kiểm tra các hư hỏng do ngoại lực tác động vào. Đây là dạng nhà máy điện có tỉ lệ chuyển đổi năng lượng điện cao, đã được kiểm chứng trong thực tiễn hoạt động. Nó được đưa vào sản xuất công nghiệp và triển khai hoạt động ngay sau khi lắp đặt. Nhà máy điện loại này có thể điều khiển công suất ngõ - 6 -
21. ra một cách để dàng và nó có thể hoạt động tốt trong điều kiện thời tiết xấu,chịu được sóng biển có chiều cao lên tới 28m. Do có thiết kế hợp lí với đường kính 3.5 m và chìm một phần trong nước biển nên thiết bị này hầu như không gây cản trở tầm nhìn khi lưu thông trên biển. Ngoài ra chúng được chế tạo để hoạt động nổi trên mặt biển và chỉ có một đầu nối xuống đáy biển và các thiết bị thu nhận và truyền tải điện vào bờ là nối đáy biển nên chúng ít ảnh hưởng đến các sinh vật sống cũng như môi trường sinh thái đáy biển. Đây là nguồn năng lượng tái sinh và các thiết bị điện đều được bọc bên trong khoang động lực nên chúng không thải ra môi trường bất cứ chất thải độc hại nào. Chi phí xây đựng nhà máy cũng rất thấp, các thiết bị chuyển đổi đã được tích hợp sẵn bên trong pelamis, nên chi phí xây dựng chỉ là xây một cột neo ở đáy biển để giữ cho pelamis không bị trôi đi theo sóng và các thiết bị thu điện để chuyển vào trong đất liền sử dụng. - Nhà máy điện OYSTER VÀ SDE Hình 1.2: Nhà máy điện Oyster + Cấu tạo Oyster - 7 -