Năng lượng thủy triều

1Trường Đại Học Bách Khoa HN Năng Lượng Mới Đại Cương Năng Lượng Thủy Triều 2Các Thành Viên 1. Lê Xuân Long KTCN k54 2. Nguyễn Văn Hoàn KTCN k54 3. Lê Thế Anh KTCN k54 4. Bùi Quang Hiếu KTCN k54 5. Nghiêm Khánh Toàn KTCN k54 6. Nguyễn Thị Châu Giang KTCN k54 7. Nguyễn Thị Hòa 3Nội Dung • Lời Mở Đầu • Nguồn Năng Lượng Điện Trong Đời Sống • Các Nguồn Năng Lượng Thay Thế • Năng Lượng Thủy Triều • Năng lượng sóng biển • Năng lượng đại dương • Kết Luận 4Lời Mở Đầu  Như ta đã biết, tiến trình lịch sử nhân loại đã thể hiện rõ năng lượng là động lực của quá trình phát triển kinh tế và không ngừng nâng cao chất lượng cuộc sống con người. Vì thế mà nhu cầu về năng lượng đã và đang tăng trưởng với tốc độ chóng mặt.  Khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu đang là những mối quan tâm lớn nhất của cả thế giới hiện nay. Một trong những nguyên nhân gây ra đó là tình trạng sử dụng và khai thác quá mức các nguồn nhiên liệu hóa thạch.  Nguồn năng lượng hóa thạch, món quà cực kỳ quý báu của thiên nhiên ban tặng cho con người đang ngày một cạn kiệt. 5Lời Mở Đầu • Các Con số thống kê: Các chuyên gia kinh tế năng lượng đưa ra lời cảnh báo thế giới sẽ phải đối mặt với tình trạng khủng hoảng thiếu năng lượng trong vòng vài năm tới.  Trữ lượng của hơn 800 mỏ dầu trên thế giới (chiếm ¾ trữ lượng toàn cầu) đều suy giảm nhanh gấp 2 lần so với dự đoán năm 2007  Giá dầu thô đạt mức kỷ lục là 147 USD/thùng ( 7/2008).  Hiện nay giá dầu thô dao động khoảng 80 – 100 USD/thùng (7/2012).  Thời đại giá dầu rẻ đã qua, ngày nay giá dầu mỗi ngày 1 biến động, thường là tăng.  Theo ước tính thì khoảng 80 năm nữa thì các nguồn năng lượng truyền thống sẽ cạn kiệt. Với tình hình trên thì nhiều nguồn năng lượng mới, sạch, dễ tái tạo đã được phát minh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều… 6Điện Năng Trong Cuộc Sống • Trong sinh hoạt gia đình • Trong công nghiệp • Trong giao thông vận tải • … 7Điện trong sinh hoạt gia đình • Có thể nói hầu hết các vận dụng trong gia đình chúng ta đều sử dụng điện. Vì vậy điện có vai trò quan trọng trong đời sống sinh hoạt của con người. Sau đây là một số biện pháp tiết kiệm điện trong gia đình  Tủ lạnh: không nên để tủ lạnh gần các vật phát nhiệt, hay ánh năng mặt trời chiếu vào, để nơi thoáng gió vì làm nhanh quá trình tản nhiệt, để đồ nguội trước khi cho vào…  Điều hòa: chọn công suất phù hợp với diện tích căn phòng, thường xuyên rủa sạch lưới lọc không khí, mức chênh lệch nhiệt độ bên ngoài và trogn nên ở 3 – 5 độ  Quạt: điều chỉnh tốc độ phù hợp, tốc độ nhanh sẽ tốn điện hơn, rút phích cắm mỗi lần không sử dụng.  Chiếu sáng: thay đèn sợi đốt bằng đèn compact, thay đèn huỳnh quang T10 bằng T8 và T5, sử dụng chấn lưu điện tử thay thế chấn lưu sắt từ… 8Điện trong sản xuất công nghiệp • Trong công nghiệp ngành nào cũng cần tới điện năng. Hiện nay, các ngành sản xuất công nghiệp như sẳn xuất xi măng, sản xuất thép, sản xuất giấy, rượu bia, gốm sứ…là những ngành có mức độ tiêu thụ điện cao nhất. 9Điện Trong Giao Thông Vận Tải • Là một trong những ngành có số lượng tiêu thụ điện năng rất lớn. Hiện nay hầu hết các con đường từ nông thôn tới thành thị đều có hệ thống chiếu sáng đèn đường 10 Câu Hỏi Thảo Luận • Thế Giới sẽ ra sao nếu không có điện? • Các bạn thử so sánh trước lúc bị mất điện và sau khi bị mất điện sẽ rõ ngay điện quan trọng như thế nào tới đời sống xã hội của chúng ta. 11 Nhưng một vấn đề có tính cấp bách hiện nay là nguồn năng lượng dự trữ đang dần bị cạn kiệt, chúng ta cần phải có những nguồn năng lượng mới thay thế 12 Năng Lượng Mặt Trời • 1 13 Năng Lượng Sinh Khối 14 Năng lượng gió 15 Năng Lượng Địa Nhiệt 16 Năng Lượng Nước 17 Năng Lượng Thủy Triều Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều. 18 Nguyên nhân dẫn tới thủy triều • Thủy triều sinh ra do sức hút của mặt trăng, mặt trời lên trái đất (ảnh hưởng của mặt trăng lớn hơn). Có 2 lần triều cao và thấp trong 1 ngày • Công thức: Tidal force = 2.m.m1.a/R3 • Trong đó: • m: khối lượng trái đất • m1: khối lượng mặt trăng • a: bán kính trái đất • R: khoảng cách từ trái đất tới mặt trăng 19 Nước triều cường và triều kiệt xảy ra theo chu kỳ 14 ngày • Thủy triều cực đại ( triều cường): xảy ra ngay sau khi trăng tròn và trăng non, có sự chênh lệch lớn giữa độ cao nước dâng và nước hạ. 20 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 với mặt trời 21 Chế ngự nguồn năng lượng thủy triều • Thế kỷ 18, nhà máy năng lượng nước vận hành nhờ sự chuyển động lên xuống của thủy triều được xây dựng ở New England • 1580 bơm nước sử dụng năng lượng thủy triều lắp đặt dưới cầu London • 1880 bơm nước cỗng rãnh dùng năng lượng thủy triều ở Hamburg, Đức. 22 Phân Loại Thủy Triều • Có 2 loại thủy triều đó là: Nhật Triều và Bán Nhật Triều • Nhật Triều: Trong 1 ngày có 1 lần nước lên và 1 lần nước xuống với chu kỳ là 24h52’ • Bán Nhật Triều: Trong 1 ngày có 2 lần triều lên và 1 lần triều xuống 23 Nhà Máy Thủy Điện Đầu Tiên • Được xây dựng ở Pháp, nơi sông Rance đổ ra Đại Tây Dương trên vùng biển Brittany • Xây dựng xong vào vào năm 1967 với 24 tuabin • Chi phí xây dựng nhà máy 617 triệu Francs (năm 1967). • Công suất 240 MW. 24 Nhà Máy Điện Thủy Triều La Rance • Basin có chiều dài 750m và sâu 13m,mực triều dâng cao nhất là 8,28m (27,6 feet). • Dùng loại tuabin: bulb tuabin • Các cánh của tuabin có thể thay đổi dướng tùy thuộc vào dòng chảy hiện tại. • Hiện tại, nhà máy chưa có 1 tác động xấu nào tới môi trường. • Trở thành đầu mối giao thông, giúp tiết kiệm đoạn đường dài 18 dặm. • Nhà máy là 1 điểm du lịch lý tưởng, hàng năm thu hút khoảng 300.000 lượng khách du lịch 25 Hình ảnh của nhà máy 26 Nhà máy thủy điện Hòa Bình • Được xây tại hồ Hòa Bình, tỉnh Hòa Bình trên dòng sông Đà. • Nhà máy do Liên Xô giúp đỡ xây dựng và vận hành. • Công trình khởi công từ ngày 6/11/1979 và khánh thành ngày 20/12/1994. • Công suất 1920 MW gồm 8 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 240.000 KW. • Sản lượng điện hàng năm là 8,16 tỷ KWh. 27 Hình ảnh của nhà máy 28 Hàng rào thủy triều 29 Hàng rào thủy triều • Gồm các bức tường bê tông rỗng có gắn các tuabin khổng lồ, chắn ngang 1 eo biển, buộc dòng nước phải chảy qua chúng. • Được sử dụng trong các lưu vực không giới hạn như eo biển giữa đất liền và 1 hòn đảo gần kề hoặc giữa 2 hòn đảo. 30 Tuabin Thủy Triều • Giống như turbine gió, turbine thủy triều có nhiều lợi thế hơn so với hệ thống đập chắn và hàng rào thủy triều, đặc biệt là giảm tác động về môi trường. • Turbine thủy triều sử dụng các dòng thủy triều đang di chuyển với tốc độ 2-3 m/s để tạo ra 4-13 kW/m2 • Các dòng thủy triều di chuyển nhanh ( > 3 m/s) gây ứng suất quá mức với cánh quạt quay, gây hỏng turbine • Các dòng thủy triều có tốc độ thấp lại không đạt giá trị kinh tế như mong muốn. 31 Nguyên lý vận hành • Để thu được năng lượng từ sóng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước. Sóng chảy vào bờ biển, đẩy mực nước trong 1 phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển,1 phần bị chìm dưới mặt nước biển. Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ra theo 1 lỗ trống vào 1 tuabin. Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bê trong phòng hút không khí đi qua tuabin theo hướng ngược lại. Tuabin xoay tròn làm quay 1 máy phát để sản xuất điện. • Tuabin có các cánh quay theo cùng 1 hướng, bất chấp hướng chuyển động của dòng không khí. 32 Ví dụ về hệ thống Limpet • Hệ thống hoạt động theo nguyên lý sau:  Lúc thủy triều thấp: chu trình nạp  Thủy triều lên cao: chu trình nén  Thủy triều xuống thấp: chu trình xả, kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo. Sự thay đổi của chiều cao cột nước làm quay tuabin tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW 33 Ví dụ về hệ thống Limpet 34 Ứng dụng của năng lượng thủy triều • Trước tình hình giá xăng dầu tăng cao, đảm bảo an ninh năng lượng đang trở thành mỗi quan tâm mang tính toàn cầu, việc kiếm các nguồn năng lượng thay thế đang trở thành mục tiêu và giải pháp chung của nhiều nước. • Với những ưu điểm: giá thành thấp,ít gây hại cho môi trường, các nguồn năng lượng tái tạo được xem là nguồn năng lượng thay thế hữu ích đặc biệt là sản xuất điện từ năng lượng thủy triều 35 Ứng dụng vào Việt Nam • Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng thủy triều với đường bờ biển dài hơn 3200km, có nhiều cửa sông lớn. • Tuy nhiên, do giá thành cao và chưa có đủ công nghệ nên hiện tại chúng ta chưa có dự án nào về điện thủy triều 36 Ưu điểm của năng lượng thủy triều • Không tạo ra khí thải có hại tới môi trường • Là năng lượng sạch và gần như là vô tận. • Hiện tại trên thế giới năng lượng thủy triều đóng góp khoảng 1016 KW/năm. • Giúp cải thiện giao thông vì các đập chắn có thể làm cầu nối qua sông. • Bảo vệ đường bờ biển khỏi những mối nguy hiểm từ bảo. • Giá thành sản xuất rẻ, theo tính toán giá của điện từ thủy triều tương đương với gián điện tạo ra từ các nhà máy vận hành bằng than đá hay khí đốt 37 Nhược điểm của năng lượng thủy triều • Xây dựng các đập chắn thủy triều tại của sông làm thay đổi mực thủy triều ở lưu vực sông. • Đập chắn làm ảnh hưởng tới sự di chuyển của các sinh vật dưới nước, nhiều loại sinh vật sống dưới sâu có thể bị chết bởi các cánh turbine. • Có thế phá hủy nơi sinh sống của các động thực vật ở gần đập. • Giá thành xây dựng các nhà máy sản xuất điện từ năng lượng thủy triều còn khá cao 38 Năng Lượng Sóng Biển ( Wave Energy) 1. Khái quát chung: • Sóng biển là gió thổi trên bề mặt đại dương truyền 1 phần năng lượng cho đại dương tạo ra sóng biển. • Phân loại: tùy theo nguyên lý hoạt động các thiết bị khai thác sóng biển đương phân loại theo:  Mái dốc  Bơm sóng  Cánh nổi  Hoặc là chia theo các loại thiết bị thì: các bộ 1 chiều,bộ dao động điện, bộ giao động không điện, 39 Hình ảnh: năng lượng sóng biển Mục đích: là giảm phát thải khí CO2 vào môi trường 40 Một số thiết bị • 1. Thiết bị PELAMIS 41 Thiết bị Pelamis • Nguyên lý hoạt động: • Pelamis 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 chiếmdiện tíchmặt biển là 1km2 42 Pelamis neo ở độ sâu chừng 50–70m; cách bờ dưới 10km, là nơi cómức năng lượng cao trong các con sóng. máy phát thủy lực - điện đồng bộ. Mỗi th Pelamis neo ở độ sâu chừng 50–70m; Và Pelamis gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi modul có hệ thống cách bờ dưới 10km, là nơi có iết bị pelamis có thể cho công suất 750kW, nó có chiều dài 140-150m, có đường kính ống 3-3,5m. 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. Thiết bị Pelamis 43 Thiệt bị Pelamis • Cấu tạo: Cấu tạo của Modul biến đổi năng lượng 44 Một số thiết bị 2. Hệ thống phao tiêu nổi AQUABUYOY 45 Hệ Thống phao tiêu nổi AQUABUOY • Nguyên lý hoạt động • AQUABUOY là 1 hệ thống phao nổi, 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 46 Hệ Thống phao tiêu nổi AQUABUOY • Nguyên lý hoạt động • Mỗi phao tiêu có thể đạt công suất 250Kw, với đường kính phao 6m.Nếu trạm phát điện có công suất 10Mw chỉ chiếm 0,13 Km2 mặt biển. • Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khi sóng nén, nước biển phụt mạnh về phía sau, có chứa 1 bộ cao áp làm quay tuabin, điện thu được dẫn qua cáp ngầm vào bờ và hòa chung với lưới điện. 47 Hệ Thống phao tiêu nổi AQUABUOY • Nguyên lý hoạt động • Ngoài ra trên các AQUABUOY đặt các tâm pin mặt trời, tuabin gió nhỏ nhằm tạo ra các 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 nơi biển sâu 50m 48 Một số thiết bị • 3. Hệ thống phao chìm AWS 49 Hệ thống phao chìm AWS • Nguyên lý hoạt động • Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm của AWS đã chế tạo bằng vật liệu sử dụng như giàn 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 biển đổi của cột nước. • Hệ thống là 1 xilanh dài 35m, rộng 10m chứa khí nén bên trong khiến phao không chìm, nửa trên chỉ chuyển động theo chiều thẳng đứng. Khi sóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước và phần bên trên hệ thống bị đẩy xuống dưới. • Giữa 2 đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất hạ theo làm nổi lên phần trên hệ thống. • Chuyển động bơm biến thành điện năng. Điện được chuyển tải qua cáp ngầm, lên bờ hòa vòa lưới điện quốc gia 50 Ứng dụng của năng lượng sóng biển trên Thế giới • Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã sử dụng nguồn năng lượng từ biển • 1996 tại Pháp đã xây dựng 1 nhà máy điện thủy triều đầu tiên trên thế giới có quy mô công nghiệp là 240 MW • Tại Canada đã vận hành 1 nhà máy 20 MW năm 1984, sản xuất 30 triệu Kw điện hàng năm • Trung Quốc hiện nay có 7 nhà máy thủy triều đang vận hành với tổng công suất 11 MW • Hàn Quốc nhà máy thủy triều Shiwa công suất 254 MW hoàn thành năm 2010 • Hàn Quốc năm 2007 có nhà máy công suất 812 MW lớn nhất thế giới ở thành phố Incheon 51 Ứng dụng của năng lượng sóng biển ở Việt Nam • Sóng biển tạo ra nguồn năng lượng vô tận. Các kết quả tính toán cho thấy năng lượng sóng dọc dải ven bờ của nước ta rất phong phú. Dòng năng lượng trung bình yếu nhất đạt 15kW/m; mạnh nhất 30kW/m. Cụ thể vịnh Hạ Long, Quảng Ninh, vịnh Gành Rái, Bà Rịa - Vũng Tàu hội tụ đủ ba yếu tố: Mật độ năng lượng GWh/km2; tiềm năng GWh; hiệu suất GWh/km. Đủ điều kiện để xây dựng nhà máy thủy điện thủy triều 52 Những thách thức khi triển khai các thiết bị năng lượng sóng • Thiết bị cần nắm bắt hợp lý năng lượng sóng trong sóng bất thường, trong một phạm vi biển rộng lớn. • Có sự biến động rất lớn của năng lượng trong các đợt sóng. Năng lực hấp thụ cao điểm cần phải được nhiều hơn (hơn 10 lần) năng lượng trung bình. Đối với điện gió tỷ lệ thường là lớn hơn 4 lần. • Thiết bị này phải có hiệu quả chuyển đổi sự chuyển động của sóng thành điện năng. Nói chung, sóng điện có sẵn ở tốc độ thấp, ảnh hưởng cao, và chuyển động của sự ảnh hưởng không phải là một hướng duy nhất. Hầu hết các máy phát điện dễ dàng hoạt động ở tốc độ cao hơn, và dễ dàng nhất là tua bin chỉ yêu cầu có 1 một dòng chảy liên tục ổn định 53 Những thách thức khi triển khai các thiết bị năng lượng sóng • Thiết bị này có để có thể tồn tại qua bão và sự ăn mòn. Nguồn của sự thất bại có khả năng thu giữ bao gồm vòng bi, mối hàn bị hỏng, và bị gãy neo dòng. Hence, designers may create prototypes that are so overbuilt that materials costs prohibit affordable production. Do đó, nhà thiết kế có thể tạo ra nguyên mẫu được như vậy overbuilt rằng chi phí nguyên vật liệu cấm sản xuất, giá cả phải chăng. • Tổng chi phí điện năng cao. Làn sóng điện sẽ chỉ được cạnh tranh khi tổng chi phí của các thế hệ là giảm (hoặc tổng chi phí điện lực tạo ra từ các nguồn khác tăng lên). Tổng chi phí bao gồm các công cụ chuyển đổi chính, hệ thống lấy năng lượng, hệ thống neo, lắp đặt và chi phí bảo trì, và chi phí phân phối điện. 54 Những thách thức khi triển khai các thiết bị năng lượng sóng • Một tác động tiềm năng trên môi trường biển. Ô nhiễm tiếng ồn, ví dụ, có thể có tác động tiêu cực nếu không được giám sát, mặc dù có thể nhìn thấy tiếng ồn và tác động của mỗi thiết kế rất khác nhau. • Về những thách thức về kinh tế-xã hội, trang trại sóng có thể dẫn đến những hoán vị trong thương mại và giải trí từ ngư trường sản xuất, có thể thay đổi mô hình của dinh dưỡng bãi cát biển, và có thể đại diện các mối nguy hiểm để chuyển hướng an toàn • Sóng tạo ra khoảng 2.700 GW điện. Trong số 2.700 GW chỉ có khoảng 500 GW có thể được thu lại với công nghệ hiện tại 55 Năng lượng đại dương (ocean energy) • Đại dương thế giới được xem như một hệ động học, được đặc trưng bởi các quá trình vật lý và các tác động qua lại giữa các yếu tố như sóng biển, dòng chảy, thủy triều, sự chênh lệch nhiệt độ và độ muối nước biển. Các yếu tố động lực và quá trình đó đã cho biển và đại dương những nguồn năng lượng sạch và dồi dào mà người ta gọi chung là năng lượng biển. Các nhà khoa học dự tính toàn bộ năng lượng biển ước khoảng 152,8 tỷ kw. Loại năng lượng này lớn gấp hàng trăm lần năng lượng mà toàn bộ động thực vật cần để sinh trưởng trên Trái đất • Các đại dương có thể sản xuất các dạng năng lượng như: nhiệt năng từ sức nóng của mặt trời,cơ năng từ thủy triều ,sóng, dòng chảy và năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn của nước biển 56 57 Nhiệt năng từ đại dương • Đại dương bao phủ hơn 70% bề mặt trái đất, do đó đại dương là chiếc gương thu gom năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới. Nhiệt lượng của mặt trời làm ấm mặt nước trên bề mặt nhiều hơn nước dưới biển sâu, và sự chênh lệch nhiệt độ này tạo ra năng lượng nhiệt. Chỉ cần một phần nhỏ của nhiệt bị giữ lại trong đại dương cũng có thể cung cấp năng lượng cho cả thế giới. • Nhiệt độ lớp bề mặt và lớp sâu ở biển nhiệt đới và cận nhiệt đới chênh lệch nhau có thể tới 250C. Đây là nguồn năng lượng cực kỳ to lớn mà con người muốn khai thác sử dụng. Theo các nhà khoa học thi tiềm năng của loại năng lượng này có thể khai thác ước tính đến 50 tỷ kw. 58 Nhiệt năng từ đại dương • Lợi dụng sự chênh lệch nhiệt tự nhiên giữa các tầng nước dưới biển để làm quay tua-bin, hãng Lockheed Martin vừa có ý tưởng sản xuất điện bằng năng lượng nhiệt đại dương. Nó cần 1 đường ống đường kính 33 feet (10m) kéo dài hàng cây số cắm xuống dưới nước • Nguyên lý như sau, nước bề mặt ấm áp đi vào bộ trao đổi nhiệt, làm bay hơi dung dịch amoniac, hơi nước thu được quay tua-bin, kéo máy phát điện. Ammonia được tái ngưng tụ bằng cách áp lạnh nước từ đáy biển • Nhưng để đạt tới quy mô sản xuất năng lượng của một nhà máy cho ra 100 MW điện, cần rất nhiều nước. Giám đốc kỹ thuật OTEC tại hãng Lockheed Martin Laurie Meyer cho biết: "Để sản xuất điện với công suất lớn, nhà máy năng lượng nhiệt đại dương phải di chuyển cả “con sông nước 59 Nhiệt năng từ đại dương • Các đại dương là “hồ chứa khổng lồ nước ấm áp”, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới, nơi sự chênh nhiệt giữa các độ sâu có thể đạt 40 độ Fahrenheit (khoảng 4°C). Một đường ống dài hàng ngàn mét, rộng 10m đưa xuống đáy biển theo chiều đứng không dễ dàng. Nhưng Lockheed sẽ xây dựng tại chỗ, bằng cách sử dụng các kỹ thuật lắp đặt đặc biệt • Cấu trúc ống nước khổng lồ này phải chịu được áp lực liên tục của dòng chảy, áp suất khí quyển sâu trên dưới 1.000m. Đó là một thách thức. Lockheed đã chế tạo một loại vật liệu hỗn hợp làm đường ống, bao gồm sợi tổng hợp hoặc nhựa vinyl được tăng cường bằng sợi thủy tinh, đáp ứng tất cả các yêu cầu về tính linh hoạt và ổn định. Các nhà máy điện kiểu này rất thích hợp cho vùng nhiệt đới như Hawaii, Philippines, phục vụ các căn cứ Hải quân, đảo nhỏ, cảng tạm… Một nhà máy 10 MW được dự kiến sẽ hoạt động vào cuối năm nay 60 61 Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn và Uranium 1. Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn  Ở những khu vực có sự chênh lệch độ mặn lớn, đặc biệt như vùng cửa sông đổ ra biển, thì từ sự chênh lệch độ mặn này có thể tạo ra một nguồn năng lượng mới mà hiện nay con người chưa khai thác.  Để khai thác nguồn năng lượng này, các nhà khoa học đưa ra phương án, bao gồm một cấu trúc hệ thống phát điện trong đó có một tháp thủy áp, phía trên hở, phía dưới kín. Phía bên của tháp là bể chứa nước ngọt, phía đối diện là bể chứa nước mặn, ngăn cách giữa chúng là màng thẩm thấu được chế tạo đặc biệt 62 Nguồn năng lượng từ sự chênh lệch độ mặn  Do nồng độ muối trong nước ngọt và nước biển khác nhau, tạo ra một áp lực thẩm thấu khá lớn và nước ngọt không ngừng thấm qua màng thẩm thấu sang phía bể chứa nước mặn vốn đã đầy nước biển, khiến cho cột nước trong tháp thủy áp dâng cao.  Cột nước dâng cao đến một mức nào đó sẽ theo đường ống chảy ra ngoài và đổ xuống làm bánh xe nước quay và tạo ra nguồn điện 63 Uranium từ đại dương • Các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia về năng lượng Oak Ridge, Hoa Kỳ (the US Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory ) và phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (Pacific Northwest National Laboratory) đã thành công trong việc thực hiện mục tiêu tăng gấp đôi số lượng uranium được chiết xuất từ nước biển bằng cách sử dụng công nghệ Nhật Bản được phát triển vào cuối những năm 1990 • Theo kết quả báo cáo vào ngày 21 tháng 8 tại một cuộc họp của Hội Hóa học Mỹ ở Philadelphia, Pennsylvannia, các đại dương trên thế giới có chứa khoảng 4,5 tỷ tấn uranium, đủ năng lượng để mỗi nhà máy điện hạt nhân trên hành tinh hoạt động trong vòng 6.500 năm 64 Uranium từ đại dương • Công nghệ mà các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã tiên phong thực hiện là sử dụng tấm thảm dài bằng các sợi nhựa bện vào nhau, nhúng với amidoxime uranium thấm nước • Tấm thảm này khi thả xuống đại dương sẽ hấp thụ được lượng nhỏ uranium trong đại dương. • Người ta thường thả thảm sâu 200 mét so với mặt nước biển để hấp thụ uranium trước khi được đưa lên mặt đất. Sau khi được vớt lên, các tấm thảm được rửa sạch trong một dung dịch axit để các nhà khoa học có thể lọc được uranium cần thiết sử dụng trong tương lai. 65 Uranium từ đại dương • Một ưu điểm nữa của các tấm thảm nhựa này, đó là chúng có thể được dùng nhiều lần, sau khi sử dụng để hấp thụ uranium lần đầu, người ta có thể tiếp tục thả chúng xuống đại dương và hấp thụ Uranium • Nhật Bản được coi là nước đi tiên phong trong việc khai thác Uranium • Theo một nguồn tin, một nhóm các nhà khoa học đang sử dụng vỏ giáp xác (ví dụ như vỏ tôm) - một phế phẩm của ngành hải sản để chế tạo ra các tấm thảm sinh học hấp thụ uranium thay cho tấm thảm nhựa truyền thống • Cũng sử dụng công nghệ này của Nhật Bản, nhưng với mục tiêu kinh tế và tiết kiệm hơn, các nhà khoa học của phòng thí nghiệm quốc gia về năng lượng Oak Ridge, Hoa Kỳ đã sử dụng sợi nhựa có diện tích bề mặt rộng gấp 10 lần so với thiết kế của Nhật Bản 66 Uranium từ đại dương • Điều này sẽ tăng cao khả năng hấp thụ uranium trên một diện tích tương tự. Sau đó, các nhà khoa học này đã thử nghiệm thiết kế mới tại cơ sở thử nghiệm hàng hải của phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương tại tiểu bang Washington • Kết quả cho thấy thiết kế mới cắt giảm chi phí sản xuất một kg uranium được chiết xuất từ nước biển với kết quả đáng mừng từ 1232 USD xuống chỉ còn 660 USD/kg. • Kinh phí để chiết xuất uranium từ nước biển vẫn còn đắt gấp năm lần so với khai thác mỏ uranium từ lòng đất. Tuy nhiên, nguồn uranium trong đại dương đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ ngành năng lượng hạt nhân phát triển trong thế kỷ XXI. 67 68 Lợi ích và thuận lợi • Các ước tính cho thấy rằng điện từ sóng thủy triều và các dòng suối có thể đáp ứng tới 15-20% nhu cầu của thế giới về năng lượng phát thải ít cácbon. Các công nghệ sản xuất điện từ thủy động học (tức là từ năng lượng sóng, thủy triều và dòng nước chảy) có thể khai thác các nguồn năng lượng dồi dào và sẵn có này – và giảm nhẹ sự biến đổi khí hậu -- ở các nước phát triển cũng như đang phát triển • Mặc dù còn nhiều điều chưa biết về ảnh hưởng của các hệ thống khai thác sóng lớn và thủy triều đến hệ sinh thái biển, vẫn có nhiều ý kiến cho rằng những lợi ích tiềm tàng là không thể bỏ qua 69 Lợi ích và thuận lợi • Nặng hơn không khí gấp 800 lần, dòng nước chảy mạnh có khả năng tác dụng lực rất mạnh. Giống như mặt trời và gió, năng lượng từ sự dao động của đại dương khôngmất tiền và sạch • Nhưng năng lượng từ đại dương dễ dự đoán hơn so với năng lượng mặt trời hay gió vì những con sóng bắt đầu hình thành cách bờ biển hàng ngàn dặm và mất nhiều ngày để đạt đỉnh, còn thủy triều lên xuống phụ thuộc vào chu kỳ của mặt trăng. Khả năng dự đoán sẽ giúp cho việc cân bằng cung cầu trở nên dễ dàng hơn. 70 Lợi ích và thuận lợi • Lợi ích của năng lượng thủy động lực đối với môi trường là khá rõ ràng: không có khí carbon dioxide hay bất kỳ khí thải nào liên quan đến nhiên liệu hóa thạch. Không có sự cố dầu tràn, không có chất thải phóng xạ • Đối với những cá nhân phản đối việc xây dựng hệ thống khai thác điện từ đại dương vì lý do thẩm mỹ, thì cũng sẽ hài lòng vì những khu vực xây dựng hệ thống sẽ không thể nhìn thấy từ đất liền, các quạt kiểu cối xay gió được thiết kế chìm dưới nước cho đến khi chúng được mang lên cạn để bảo trì. 71 Khó khăn và thách thức • Chi phí của nguồn năng lượng này cao hơn rất nhiều so với các nguồn điện truyền thống và cả một số nguồn năng lượng tái tạo. • Hơn nữa, không một công nghệ riêng lẻ nào tỏ ra là công nghệ tiên phong trong ngành năng lượng thủy động học, và hơn 75 nhà thầu đang cạnh tranh với nhau trên phạm vi toàn cầu để giành lấy các khoản đầu tư hiếm hoi của nhà nước và tư nhân. • Hoạt động thử nghiệm tốn kém, rủi ro và môi trường đại dương thì khắc nghiệt. • Tiếp cận với lưới điện từ những địa điểm xa xôi. • Phải quản lý những tác động của môi trường chưa lường trước được. 72 Khó khăn và thách thức • Phải tuân thủ những qui định pháp luật phức tạp liên quan đến nhiều cơ quan ở cấp quốc gia và cấp địa phương • Bên cạnh đó, ngành năng lượng thủy động học lại chủ yếu là các công ty nhỏ mới được thành lập, do đó thiếu sự chia sẻ thông tin và đôi khi các nỗ lực bị chồng chéo, lãng phí • Hơn nữa,những công nghệ khai thác năng lượng từ đại dương hầu như đang trong giai đoạn thử nghiệm, do đó dường như khá tụt hậu so với những nguồn năng lượng tái sinh khác như năng lượng gió hay năng lượng mặt trời • Thêm vào đó, việc thiết kế để chống chịu với môi trường khắc nghiệt như hiện nay, những công nghệ khai thác năng lượng sóng này chưa hoàn chỉnh và mặc dù được chính phủ trợ cấp tài chính, giá thành vẫn ở mức cao 73 Ứng dụng của năng lượng đại dương và các dự án • Năm 1799,Girard đã có ý tưởng mới lạ về năng lượng từ đại dương. Và ông đã giành được quyền sáng chế 1 loại máy do ông và con trai thiết kế nhằm khai thác năng lượng từ sóng biển. • Năng lượng từ sóng biển có thể được sử dụng để chạy máy bơm, máy cưa và nhiều máy móc khác. • 10/2008 trong một cuộc thử nghiệm có quy mô thương mại đầu tiên, bộ ba máy phát điện hình trụ liên thông với nhau đã được đưa vào hoạt động ở ngoài khơi bờ biển Bồ Đào Nha. 74 Ứng dụng của năng lượng đại dương và các dự án • Người Nauy đã kết nối vào mạng lưới điện quốc gia của họ dòng điện phát ra từ tuabin nước đầu tiên, mà năng lượng được tạo ra từ những cánh quạt quay nhờ dòng nước biển. • Anh cũng tích cực xúc tiến xấy dựng nahf máy điện dưới biển. • Châu âu cũng đang tiến hành hơn 10 dự án khai thác năng lượng sóng biển làm quay tuốc bin máy phát điện • Bồ Đào Nha thử hệ thống thu năng lượng sóng biển Pelamis của Anh, có hình dáng như một con trăn nổi trên mặt nước, dài 150m, gồm những ống nối với nhau. Dưới tác động của sóng, các ống dao động và sinh năng lượng. Hệ thống này có khả năng cung cấp điện sinh hoạt cho 2.000 gia đình. 75 • Ở Pháp, Trung tâm Nghiên cứu khoa học quốc gia thử nghiệm một thiết bị nổi khổng lồ, bên trong treo một quả lắc nặng 400 tấn, liên kết với một hệ thống cơ khí, cho phép chuyển đổi cơ năng do sóng làm chuyển động quả lắc thành điện năng. Thiết bị này sẽ được đưa ra biển vào năm 2010. • Riêng với VN,đã có những đề án khảo sát lắp đặt những hệ thống nhà máy phát điện sử dụng năng lượng đại dương cho các vùng hải đảo với nguyên lí khai thác và sử dụng năng lượng thủy triều là dựa trên quá trình khống chế việc chứa nước và tháo nước ở một vịnh hay một cửa sông nhờ cái đập làm quay turbin thủy điện và đặc điểm dòng chảy, ổn định về hướng và tốc độ là điều kiện tốt để khai thác nguồn năng lượng để phát điện. Ứng dụng của năng lượng đại dương và các dự án 76 Kết Luận • Thế giới đang phải đối mặt với khủng hoảng năng lượng, và cần tìm các nguồn năng lượng thay thế năng lượng truyền thống. • Vì vậy, những năng lượng mới nhưu năng lượng thủy triều, năng lượng sóng biển hay năng lượng đại dương cần được các nước trên thế giới chú trọng phát triển để có thể thay thế 1 phần nguồn năng lượng truyền thống • Chúng ta hãy cùng tiếp tục chờ đợi và theo dõi những động thái mới nhất trong lĩnh vực năng lượng đang rất nóng bỏng hiện nay. Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, con người có quyền đặt niềm tin vào tương lai ổn định của ngành công nghiệp năng lượng mới. Đại dương biết đâu sẽ mở ra một kỷ nguyên mới của uranium, năng lượng hạt nhân hay như năng lượng thuỷ triều,song, nhiệt... Trong bối cảnh tình hình môi trường ngày cành trầm trọng, bất kì ngành năng lượng tái tạo mới nào cũng là một lối thoát cho tương lai loài người 77