DMCA.com Protection Status

Tổng quan về năng lượng thủy triều và sóng biển  quan tâm

Được đăng bởi: KNV

Cập nhật lúc 10:55 ngày 26/08/2018

Tổng quan về năng lượng thủy triều và sóng biển

Năng lượng thủy triều

Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên quả đất, trong đó ảnh hưởng của mặt trăng tới thủy triều lớn hơn. Có hai lần triều cao và thấp trong một ngày (do sự tự quay của trái đất quanh trục của nó). 

Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày.

Thủy triều cực đại (triều cường-khi ảnh hưởng của lực hấp dẫn lớn nhất-lúc đó mặt trăng, mặt trời và trái đất giống như thẳng hàng) xảy ra ngay sau khi trăng tròn và trăng non, có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ. 

Thủy triều kiệt (khi ảnh hưởng của sức hút thấp nhất-khi đường thẳng nối trái đất và mặt trăng tạo thành góc 90 độ với đường thẳng nối trái đất và mặt trời).

Việc chế ngự nguồn năng lượng này đã thu hút được mối quan tâm hàng thế kỷ nay. Vào thế kỷ 18, nhà máy năng lượng nước vận hành nhờ sự chuyển động lên xuống thủy triều đã được xây dựng ở New England. Bơm nước cống rãnh dùng năng lượng thủy triều ở Hamburg, Đức được áp dụng vào năm 1880. Còn bơm nước sử dụng năng lượng thủy triều lắp đặt năm 1580 dưới cầu London đã hoạt động suốt 2,5 thế kỷ. Những hệ thống này đã dần được thay thế bằng các động cơ tiện lợi và hiệu quả hơn.

Bình thường, sự chênh lệch mực nước giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m. Tuy nhiên, một số vùng bờ biển với vịnh hẹp có sự chênh lệch rất lớn giữa hai mực nước triều. Ví dụ như, vịnh Fundy ở Nova Scota (Đông Nam Canada), có mức triều lớn nhất thế giới, độ chênh lệch có thể lên đến 16m. Bằng cách xây đập bắc ngang qua vịnh, ta có thể điều khiển được nguồn năng lượng này để tạo ra điện năng.

Một lòng chảo thủy triều (tidal basin) là một hồ chứa đầy và cạn khi thủy triều lên và xuống. Khi nước qua các cửa mở của đập, nó chảy trực tiếp vào các cánh turbin nước và phát ra điện. Tại đỉnh điểm thủy triều, cửa đóng và nước được giữ lại trong basin. Khi thủy triều hạ tới ngưỡng, cửa mở ra và nước lại chảy qua các turbin trở về đại dương, làm quay turbin và phát điện.

Hiện nay, các trạm điện thủy triều đang hoạt động ở Pháp, Nga, Trung Quốc và Canada. Tuy nhiên, năng lượng thủy triều không phải là một nguồn năng lượng quan trọng trên toàn thế giới, vì chỉ có một số ít các vị trí có mực nước triều dâng cao đủ để việc phát điện mang tính khả thi. 

Nhà máy điện thủy triều đầu tiên được xây dựng ở Pháp, nơi sông Rance đổ ra Đại Tây Dương trên vùng biển Brittany. Hoàn thành năm 1968, có công suất 240 MW, basin của nó rộng 8,5 dặm vuông và có mực triều dâng cao nhất là 27,6 feet (8,28m).

Trạm thủy triều đầu tiên ở Bắc Mỹ đặt trên sông Annapolis, nơi đổ vào vịnh Fundy. Hoàn thành năm 1984, trạm có công suất 20 MW.

Vấn đề đặt ra đối với năng lượng thủy triều bao gồm chi phí đầu tư xây dựng nhà máy điện khá cao và tác động của nó đến môi trường. Năng lượng thủy triều lớn nhất tập trung ở những vùng cửa sông, bờ biển, nơi các dòng sông gặp thủy triều đại dương. Đây lại là nơi có sự hòa trộn giữa nước ngọt và nước mặn, tạo nên môi trường thủy sinh có năng suất cao. Cá và vô số động vật thân mềm đến đây sinh sản. Vì thế, việc xây dựng đập sẽ ảnh hưởng lớn đến sinh thái khu vực.

Năng lượng từ gradient nhiệt đại dương (Thiết bị này gọi là thiết bị chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương - Ocean Thermal Energy Conversion; Ocean Thermal Electric Converter: OTEC)

Khoảng 2/3 bề mặt trái đất được bao phủ bởi lớp nước đại dương sâu hàng kilomet. Điều này tạo nên một trữ lượng khổng lồ nguồn nhiệt năng. Do hấp thụ năng lượng Mặt Trời mà bề mặt đại dương ấm hơn dưới đáy sâu. Ở vịnh Mêhicô và ở Thái Bình Dương gần Hawaii, nhiệt độ giảm từ 25oC trên bề mặt xuống 5oC ở độ sâu 1000 feet (gần 300 m). Trong tương lai, người ta có thể tạo ra điện năng nhờ lợi dụng gradient nhiệt độ này. Một động cơ sẽ lấy nhiệt từ lớp trên đại dương, chuyển thành công có ích rồi bơm nó xuống lớp sâu dưới đáy.

Động cơ hoạt động giống như một turbin hơi nước. Tuy nhiên, do nhiệt độ chỉ khoảng 20oC nên nước không bốc hơi mạnh. Yêu cầu về một chất lỏng bay hơi ở 20oC và tạo ra áp suất bay hơi đáng kể đã được đặt ra. Amoniac lỏng có khả năng này, tuy nhiên hiệu suất nhiệt cực đại của thiết bị cũng chỉ trong khoảng vài phần trăm vì sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ. Thiết bị này gọi là thiết bị chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương. Thiết bị OTEC dài khoảng 1000 feet và được neo trong đại dương. Nước ấm (bề mặt) chảy vào phần trên của hệ thống, sau đó đi qua bộ phận trao đổi nhiệt, truyền nhiệt cho nồi hơi, làm bay hơi Amoniac. Hơi sau đó ngưng tụ lại thành chất lỏng và trở lại nồi hơi.

Các ưu điểm hấp dẫn của OTEC là:

(1) Không sinh ra ô nhiễm và CO2.

(2) Sử dụng nguồn năng lượng gần như vô tận của Mặt Trời đã chuyển thành nhiệt năng trên bề mặt đại dương.

Dự án thí điểm gần đây nhất ở Hawaii. Ngoài việc phát ra điện, nước sau khi sử dụng được dùng điều hòa không khí, hoặc đưa vào khu nuôi trồng thủy sản gần đó, cung cấp nguồn nước biển sạch, giàu dinh dưỡng cho tảo, cá, động vật giáp xác...

Mặc dù OTEC khả thi về mặt kỹ thuật nhưng ảnh hưởng tiềm tàng của việc đưa một lượng lớn nước lạnh lên bề mặt ở vùng nhiệt đới cần được xem xét kỹ trước khi tiến hành đại trà. Các tính chất của nước như: nồng độ khí hòa tan, độ đục, nồng độ chất dinh dưỡng, sự chênh lệch độ mặn thay đổi theo nhiệt độ, và những thay đổi này ảnh hưởng đến sinh vật biển.

Năng lượng từ sóng đại dương

Sóng đại dương sinh ra do gió, gió gây ra bởi mặt trời (chuyển động của các khối khí do chênh lệch nhiệt độ v.v...). Vì vậy, năng lượng sóng được xem như dạng gián tiếp của năng lượng mặt trời. Giống như các dạng dòng nước chảy khác, năng lượng sóng có khả năng làm quay tuabin phát điện. Na Uy, Anh, Nhật và một số nước đang nghiên cứu sản xuất điện từ sóng đại dương. Trạm phát điện từ sóng sử dụng kỹ thuật đơn giản. Thiết bị bằng bê tông rỗng được đặt chìm vào trong một máng rãnh ngoài khơi để "bắt" sóng. Mỗi khi một cơn sóng mới đi vào khoang (khoảng 10 giây/lần), nước dâng lên trong khoang đẩy không khí đi vào lỗ thoát có đặt một turbin, làm quay turbin chạy máy phát điện. Khi sóng hạ, nó kéo không khí trở lại khoang và sự chuyển động của không khí lại tiếp tục làm quay turbin.

Điều cần lưu ý là sự cố ngoài khơi có thể làm hư hỏng thiết bị. Năm 1995, trạm phát điện nhờ sóng đại dương đầu tiên của thế giới đặt ở ngoài biển Bắc Scotland đã bị nhấn chìm trong một cơn bão sau khi nó hoạt động chưa đầy một tháng.

Mặc dù nguồn năng lượng từ sóng đại dương là rất lớn nhưng cho đến nay, hiệu suất năng lượng thu được còn rất thấp nên việc ứng dụng năng lượng sóng chưa mang tính kinh tế và thực tiễn.