Đề tài Tìm hiểu công nghệ phát điện sóng và cách tính công suất phát điện sóng

Nội dung text: Đề tài Tìm hiểu công nghệ phát điện sóng và cách tính công suất phát điện sóng

1. Tìm hiểu công nghệ phát điện sóng và cách tính công suất phát điện sóng Nhóm 7 Phạm Văn Dũng 20181128 Nguyễn Tiến Dũng 20181124 Lý Văn Chương 20181097 Mai Thành Long 20181205 Nguyễn Minh Đức 20181117 Vũ Văn Huy 20181177 Nguyễn Đức Dũng 20140800 CHOM CHANNA 20167986 NOR KIMSIN 20167983 Đỗ Quang Huy 20160756
2. Các Công Nghệ Phát Điện Sóng Các Yếu Tố Ảnh Tổng Quan Năng Hưởng Đến Công Lượng Điện Sóng Suất Phát Nhà Máy Điện Sóng Nội Dung Chính Một Số Trang Trại Hiệu Suất Hệ Thống Công Thức Tính Sóng Trên Thế Điện Công Suất Phát Giới
3. I. Tổng quan về năng lượng sóng biển Theo báo cáo Tổ chức năng lượng đại dương OES, tính đến năm 2016, tổng năng lượng sóng biển toàn cầu theo các khu vực vào khoảng 29.500 TWh/năm
4.  Phân vùng năng lượng sóng biển ở Việt Nam  Việt nam là một quốc gia ven biển nằm bên bờ Tây của Biển Đông, giữ vị trí chiến lược về địa lý, chính trị và kinh tế không phải quốc gia nào củng có. Với bờ biển dài hơn 3260 km trải dài từ Bắc tới Nam, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, đảo trên thế giới.  Theo kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu biển và hải đảo, Bộ Tài nguyên và Môi trường, thực hiện năm 2018, Việt Nam là đất nước có tiềm năng năng lượng sóng biển rất lớn. Trong đó, tổng năng lượng sóng ven bờ biển Việt Nam trong năm đạt khoảng 247 TW.  Dựa trên 2 tiêu chí để phân vùng năng lượng sóng biển:  - Tiêu chí 1 là sự kết nối bờ biển các tỉnh thuộc dải ven biển 28 tỉnh thành từ Bắc xuống Nam,  - Tiêu chí 2 về phân loại 4 cấp độ mật độ năng lượng sóng biển (kW/m)
5. Vùng biển ven bờ Việt Nam có thể chia thành 6 khu vực như sau:  - Vùng 1: Quảng Ninh đến Ninh Bình: tại vùng này, do đặc điểm rất thoáng đối với sóng từ phía nam - là trường sóng chiếm ưu thế trong gió mùa tây nam ` 56 tại khu vực vịnh Bắc Bộ nên năng lượng sóng chiếm ưu thể vào các tháng 6 - 7 – 8.  - Vùng 2: Từ Thanh Hóa – Hà Tĩnh là vùng phía nam vịnh Bắc Bộ với đặc điểm là dòng năng lượng sóng trong gió mùa đông bắc chiếm ưu thế. Tại vùng này, từ tháng 10 năm trước đến tháng 2 năm sau, dòng năng lượng sóng ven bờ trung bình năm đạt giá trị lớn nhất.  - Vùng 3: Quảng Bình đến Quảng Nam là khu vực bắc miền Trung. Đây là khu vực có dòng năng lượng khá nhỏ quanh năm vì nguồn gió mùa đông bắc trường sóng bị đảo Hải Nam che chắn trong khi đó trong mùa gió Tây Nam thì gió thường thổi từ trong bờ ra.  - Vùng 4: Từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận - khu vực Nam Trung Bộ.  - Vùng 5: Từ Bình Thuận đến Bạc Liêu - khu vực đồng bằng Nam bộ. Dòng năng lượng sóng tại vùng này không lớn.  - Vùng 6: Ven bờ phía tây từ Cà Mau đến Kiên Giang - khu vực biển phía tây nam là vùng có dòng năng lượng sóng yếu nhất trong toàn dải ven biển Việt ` 57 Nam có những trạm quanh năm độ cao sóng nhỏ hơn 0,5 m và chu kỳ sóng nhỏ hơn 5s.
6. Thiết bị đã được vận hành thử nghiệm tại vùng biển Nghi Sơn (Thanh Hóa). Theo tính toán của nhóm nghiên cứu tại thời điểm thực hiện đề tài, thiết bị phát điện được thiết kế, vận hành với phạm vi chiều cao sóng 0,3m đến 1,5m, công suất khoảng 300W, hiệu suất chuyển đổi năng lượng η = (28÷40,43) %.
7. II. Các Công Nghệ Phát Điện Sóng 1.Khái quát chung : ➢ Điện do sóng là việc chuyển năng lượng của song trên bề mặt đại dương ,và đưa năng lượng và đưa năng lượng đó làm công việc hữu dụng .Ví dụ : sản xuất điện, khử muối trong nước hoặc bơm nước ➢ Điện sóng là sự kết hợp của năng lượng thủy triều và vòng xoáy ổn định của các dòng hải lưu. ➢ Máy phát năng lượng sóng là một công nghệ thương mại không được sử dụng rộng rãi, mặc dù đã có những cố gắng đưa nó vào sử dụng kể từ ít nhất là Trạm phát điện phao sản xuất điện hoàn năm 1890. Vào năm 2008, trang trại sóng thử toàn tự động dựa vào động năng của nghiệm đầu tiên được mở ở Bồ Đào Nha ở Công viên sóng biển Sóng Aguçadoura trong đó bao gồm ba thiết bị 750kW
8. Máy chuyển đổi năng lượng sóng Pelamis tại Trung tâm năng lượng biển châu Âu (EMEC), năm 2008
9. 2. Các khía cạnh của năng lượng sóng ở vùng nước sâu hoặc nông -Khi một cái phao lên xuống trên một gợn sóng ,nó đi theo quỹ đạo hình elip. -Chuyển động của một hạt trong sóng biển. 'A' = Ở vùng nước sâu. chuyển động elip của các hạt chất lỏng giảm nhanh chóng với độ sâu tăng bên dưới bề mặt. ' 'B' = Ở vùng nước nông (đáy đại dương bây giờ là B). Chuyển động elip của một hạt chất lỏng phẳng với độ Chuyển động của hạt trong sóng ở vùng sâu giảm dần. nước sâu hay nông. '1' = Hướng truyền. '2' = Đỉnh sóng. '3' = Máng sóng.
10. Ảnh chụp các quỹ đạo hình elip của các hạt nước
11. 3.1 Kiểu đầu cuối + Các thiết bị này thường được lắp đặt trên bờ hoặc gần bờ và cấu trúc thiết bị thường được cố định dưới đáy biển hoặc trên bờ. Tuy nhiên, các phiên bản nổi đã được thiết kế cho các ứng dụng nước ngoài. +Cột nước dao động (OWC) là một dạng của thiết bị đầu cuối thiết bị bao gồm một cấu trúc rỗng, Danh sách chỉ định của các thiết bị năng chìm một phần,mở ra đáy biển bên dưới mực lượng sóng kiểu đầu cuối được Lắp đặt (giữa nước. năm 2013)
12. 3.1 Kiểu đầu cuối ❑ Cấu tạo của thiết bị cột nước dao động bao gồm: 1. Sóng tới 2. Cột nước 3. Buồng chạy bằng hơi 4. Van xả áp (bypass relief valve) 5. Van cách ly (isolation valve) 6. Van tác động (fast acting valve) 7. Tuabin giếng (well turbine) 8. Máy phát điện
13. 3.1 Kiểu đầu cuối ❑ Nguyên lý hoạt động của sóng OWC cấu trúc cố định công nghệ ➢ Cột nước di chuyển lên và xuống giống như một piston điều áp và làm giảm áp suất không khí thông qua một lỗ hở kết nối với tuabin. Do đó, tuabin được dẫn động bởi không khí dòng để tạo ra điện. Trong các hệ thống OWC, thường Tuabin giếng được sử dụng là một bi-tuabin định hướng, có thể duy trì hướng không đổi củacuộc cách mạng bất chấp hướng của luồng không khí đi quaqua đó. Do đó, tuabin Wells có thể chuyển đổi hiệu quả năng lượng sóng thành năng lượng điện không phân biệt sự phập phồng chuyển động của một làn sóng ➢ OWC 500KW nổi trên biển ,được thiết kế và xây dựng bởi Oceanlimx ,trước đây là Energetech. Năm 2006 đã thành công trong quá trình thử nghiệm ngoài khơi tại cảng kembla ở ÚC
14. 3.1 Kiểu đầu cuối ❖ Hệ thống Limpet được hiển thị trong Hình 3 là 500 kW ,OWC được phát triển bởi Đại học Belfast và Công ty Wavegen Ltd của Scotland ở Vương quốc Anh, trên Đảo Islay ở Scotland. ❖ Mặc dù hầu hết các hệ thống OWC trước đâycó cột nước thẳng đứng, hệ thống Limpet làm ghiêng ở 45 ° mà các thử nghiệm bể sóng cho có hiệu quả. Limpet là sự kế thừa trực tiếp của tuabin 75 kW thử nghiệm, được chế tạo bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Queen's Belfast, hoạt động trên đảo của Islay từ năm 1991 đến 1999. Hình 3:Nguyên lý hoạt động của sóng Hệ thống Limpet có đã được kết nối thành công Limpet OWC với lưới điện Scotland kể từ tháng 9 năm 2000.
15. 3.2 Bộ suy giảm bề mặt ➢ Bộ suy giảm là cấu trúc nổi nhiều đoạn dài hướng song song với hướng truyền sóng. Các chiều cao khác nhau của sóng dọc theo chiều dài của thiết bị gây ra sự uốn cong nơi các phân đoạn kết nối và sự uốn cong này được kết nối với máy bơm thủy lực hoặc bộ chuyển đổi khác ➢ Các bộ suy giảm với sự phát triển tiên tiến nhất là bộ suy hao nổi như máy bơm sóng McCabe và máy Pelamis được phát triển bởi Pelamis Wave Power Ltd Danh sách chỉ định của các thiết bị năng lượng ➢ Một tính năng quan trọng của thiết bị này có sóng loại suy hao được lắp đặt (giữa năm 2013) khả năng chuyển đổi cả động năng và năng lượng tiềm ẩn của sóng, do đó đạt được rất cao hiệu quả hấp thụ mà về mặt lý thuyết có thể đạt tới 90%.
16. 3.2 Bộ suy giảm bề mặt ❑ Nguyên lý hoạt động của bơm tạo sóng McCabe ➢ Máy bơm sóng McCabe, được hiển thị trong Hình 5, có ba phao câu được bản lề tuyến tính với nhau và hướng song song với hướng sóng. Phao trung tâm được gắn vào một tấm van điều tiết chìm, khiến nó vẫn đứng yên so với cầu phao phía trước và phía sau. Bơm thủy lực gắn giữa trung tâm và hai cầu phao cuối được kích hoạt khi sóng buộc cuối phao lên và xuống. Chất lỏng thủy lực điều áp có thể được sử dụng để điều khiển động cơ máy phát điện hoặc điều áp nước để khử muối. Hình 5: Bơm tạo sóng McCabe
17. 3.2 Bộ suy giảm bề mặt ❖ Thiêt bi Pelamisi ➢ Pelamis là 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 turbin hoạt động liên tục.Dòng điện được truyền qua giây cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ ,nối với điện lưới ,cung cấp cho hộ sử dụng .Nếu xây dựng nhà máy điện có công suất 30MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1Km2 ➢ Pelamis neo ở độ sâu chừng 50-70m cách bờ dưới 10km, là nơi có mức năng lượng cao trong các con Cấu tạo của modul biến đổi năng sóng .Và pelamis gồm 3 modul biến đổi năng lượng, lượng mỗi modul có hệ thống máy phát thủy lực -điện đồng bộ.Môt thiết bị pelamis có thể cho công suất 750kW,nó có chiều dài 140-150m,có đường kính ống 3-3,5m.
18. 3.2 Bộ suy giảm bề mặt ➢ 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 có 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW với giá thành 4 triệu bảng Thiêt bị Pelamisi
19. 3.3 Phao hấp thụ điểm ➢ Chất hấp thụ điểm có kích thước ngang nhỏ so với với kích thước thẳng đứng và tận dụng sự tăng và giảm của chiều cao sóng tại một điểm duy nhất để chuyển đổi năng lượng sóng.Các thiết bị này về cơ bản là các cơ quan dao động ngoài khơi,nổi hoặc chìm hoàn toàn. Họ khai thác mạnh hơn các chế độ sóng có sẵn ở vùng nước sâu. ➢ Bộ hấp thụ dấu chấm động được chia thành hai loại: bao gồm PowerBuoy và AquaBuOY. Danh sách chỉ định của các thiết bị năng lượng sóng loại hấp thụ điểm được lắp đặt (giữa năm 2013) ➢ PowerBuoy là được phát triển bởi Ocean Power Technologies. PowerBuoy sản xuất ra điện nhờ kết cấu gồm hai phần chính: một phao có đường kính 1,52 mét, cao 1,52 mét và một cột cao 7,62 mét.
20. 3.3 Phao hấp thụ điểm ❑ Nguyên lý hoạt động của công nghệ sóng PowerBuoy ➢ Chuyển động tương đối của hai thành phần được gây ra bởi sự lên xuống của sóng được sử dụng để lái xe máy phát điện cơ hoặc bộ chuyển đổi năng lượng thủy lực.Điện năng sinh ra được truyền vào bờ qua một đường dây tải điện chìm. Một phao 150 kW có mộtđường kính 11 m và cao 44 m, với khoảng 10mcủa đơn vị nhô lên trên bề mặt đại dương. Sử dụng ba-hệ thống neo điểm, các thiết bị này được thiết kế đểđược lắp đặt ngoài khơi từ 2 đến 8 km ở vùng nước sâu đến 60 m. Nguyên lý hoạt động của công nghệ sóng PowerBuoy
21. 3.3 Phao hấp thụ điểm ❑ Hệ thống phao tiêu 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 sạch ➢ Nhờ việc trồi lên ,ngụp 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 250KW với Phao tiêu AquaBuOY đường kính phao 6m .Nếu trạm phát điện có công suất 10Mw chỉ chiếm 0,13Km2 mặt biển.
22. 3.4 Tràn thiết bị ➢ Các thiết bị tràn có các bể chứa được lấp đầy bởi cản sóng đến mức trên mức trung bình xung quanhđại dương. Nước hồ chứa được giải phóng được sử dụng để dẫn nướctuabin hoặc các thiết bị chuyển đổi khác. Tràn thiết bịđã được thiết kế và thử nghiệm cho cả trên bờ và nổiứng dụng ra nước ngoài. Indica lắp đặt các thiết bị năng lượng sóng tràn kiểu tràn
23. 3.4 Tràn thiết bị ➢ Các thiết bị ngoài khơi bao gồm Wave Dragon, như minh họa trong Hình 12, có thiết kế bao gồm các tấm phản xạ sóng tập trung sóng về phía nó và do đó làm tăng hiệu quả chiều cao sóng. Điện được sản xuất bởi một bộ đầu thấp Tua bin Kaplan. Nguyên lý hoạt động của sóng tràn Wave Dragon
24. III. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Công Suất Phát Nhà Máy Điện Sóng Vị trí địa lý Môi trường biển Yếu Tố Ảnh Hưởng Chi phí xây dựng, lắp đặt, Thời tiết, khí hậu vận hành
25. Bản đồ độ cao sóng trung bình các tháng trong năm
26. ❖ Giải pháp giảm ảnh hưởng các yếu tố Địa điểm xây dựng nhà máy cần lựa chọn nơi thích hợp Đòi hỏi một dòng chảy nhất quán của sóng mạnh mẽ để tạo ra số lượng đáng kể năng lượng sóng Hiệu suất của năng lượng sóng giảm đáng kể trong thời tiết khắc nghiệt.
27. ❖ Những Tác Động Ngược Trở Lại Đến Môi Trường Ảnh Hưởng Đến Sinh Thái Biển Ảnh Hưởng Dến Giao Thông Trên Biển Gây Tiếng Ồn Khó Chịu Cho Một Số Dân Cư Sống Gần Ở Các Khu Vực Ven Biển
28. IV. Công Thức Tính Công Suất Phát 1. Năng Lượng Sóng ➢ Năng lượng sóng (khác với sóng ngầm hay sóng thần) là nguồn năng lượng được truyền từ gió vào đại dương. Khi gió thổi trên đại dương, mối tương tác giữa biển- không khí truyền một phần năng lượng gió vào nước, tạo thành các con sóng và chính các con sóng tích trữ nguồn năng lượng này như một nguồn thế năng (nằm ở chênh lệch mực nước so với mực nước biển trung bình) và động năng (nằm ở chuyển động của các hạt nước). ➢ Việc khai thác năng lượng từ sóng hiệu quả hơn việc khai thác năng lượng trực tiếp từ gió, do thực tế sóng là dạng năng lượng tập trung hơn gió. Nguồn năng lượng chứa bên trong sóng đại dương trên thế giới rất lớn; tại một số khu vực có thể đạt hiệu suất 70 MW/km ở đầu sóng. Về lý thuyết, có thể xây dựng các trạm phát điện lớn để chế ngự toàn bộ nguồn năng lượng Năng lượng sóng biển này và đáp ứng hầu hết nhu cầu năng lượng của chúng ta.
29. 2. Công thức tính năng lượng sóng Trong đó: ▪ P = Năng lượng (kW/m) ▪ k = hằng số P = kH2T ~ 0,5 H2T ▪ H = chiều cao sóng (từ đỉnh đến vùng thấp nhất giữa hai ngọn sóng) tính bằng (m) ▪ T = chu kỳ sóng (đỉnh đến đỉnh) tính bằng giây ❖ Ngoại trừ sóng tạo ra từ những cơn bão lớn, khi các con sóng lớn nhất cao khoảng 15 m và có chu kỳ khoảng 15 giây. Theo công thức này, những con sóng như vậy chứa khoảng 1.700 kilowatt thế năng/m ở đầu sóng. Một vị trí có năng lượng sóng tốt sẽ có thông lượng trung bình thấp hơn, khoảng 50 kW/m.
30. V. Hiệu Suất Hệ Thống Điện Sóng ❖ Hiệu suất chuyển hóa thành điện của nguồn năng lượng này là cao nhất nhưng năng lượng sóng biển chưa được tận dụng nhiều. ❖ Hiện nay, có thể chuyển hóa năng lượng của sóng thành năng lượng điện nhờ các bộ chuyển đổi năng lượng như hệ thống phao tiêu AquaBuOY, hệ thống phao chìm AWS, thiết bị kiểu Anaconda(con rắn) và tàu thu năng lượng. Hệ thống phao tiêu AquaBuOY Hệ thống phao chìm AWS
31. KẾT LUẬN:HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG DƯỚI CÁC ĐIỀU KIỆN BIỂN KHÁC NHAU. Thiết bị kiểu Anaconda(con rắn) Tàu thu năng lượng.
32. VI. Một số trang trại sóng  Máy Pelamis tại trại sóng Aguçadoura  Mỹ phát triển công nghệ khai thác năng lượng sóng biển
33. Tài liệu tham khảo  1. Báo cáo tổng hợp đề tài cấp Nhà nước, 2010. Nghiên cứu đánh giá tiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các giải pháp khai thác, Viện Cơ học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.  2. Bùi Quang Dũng, Uông Đình Khanh, 2016. Tính toán chiều dài đường bờ biển Việt Nam, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển.  3. Đỗ Ngọc Quỳnh, 2004. Đánh giá tiềm năng năng lượng biển Việt Nam. Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, , Hà Nội 4/2004.  4. Thủ tướng Chính phủ, 2011. Quyết định số 1208/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030.  5. Arthur Pecher, Jens Peter Kofoed, 2016. Handbook of ocean wave energy”.  6. Carlos V.C. Weiss, 2018. Marine renewable energy potential: A global perspective for offshore wind and wave exploitation. Energy Conversion and Management.