Báo cáo môn Cơ sở kinh tế năng lượng - Ứng dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam hiện nay

CƠ SỞ KINH TẾ NĂNG LƯỢNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG THỦY TRIỀU Ở VIỆT NAM HIỆN NAY. MỤC LỤC Chương I: Tổng quan về năng lượng thủy triều. Khái niệm Nguồn gốc và phân loại Nguyên lý hoạt động Các yếu tố ảnh hưởng Chương II: Thực trạng ứng dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam. 2.1. Khái quát năng lượng thủy triều ở Việt Nam 2.2. Phân tích thực trạng ứng dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam Chương III: Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam. Định hướng sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam CHƯƠNG I: Tổng quan về năng lượng thủy triều. Khái niệm. Là một dạng năng lượng có nguồn nhiên liệu vô tận, sạch và miễn phí. 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. Thủy triều là hiện tượng nước dâng lên hay hạ xuống dưới tác động của mặt trăng, mặt trời, hay các hành tinh khác. Nguồn gốc và phân loại. Nguồn gốc : Năng lượng thủy triều có nguồn gốc là từ năng lượng của nước biển,cụ thể là do sự dâng lên hạ xuống của nước biển dưới sự tác động của lực tương tác giữa trái đất với mặt trăng , mặt trời cùng các hành tinh khác, cùng với sự tự quay quanh trục của trái đất. Chính vì thế năng lượng thủy triều là nguồn năng lượng vô tận và được sếp vào là năng lượng tái tạo. Phân loại: Dựa vào phương pháp khai thác có thể chia năng lượng thủy triều thành 2 loại chính như sau: Dòng thủy triều: dùng động năng chuyển động của nước làm quay tuabin, tương tự như các tuabin gió sử dụng chuyển động của không khí. Phương pháp này phổ biến hơn vì chi phí thấp và ít tác động đến hệ sinh thái hơn so với các đập nước. Đập chắn nước sử dụng thế năng của sự chênh lệch độ cao khi thủy triều lên - xuống. Đập chắn nước cơ bản chỉ là một cái đập chắn ngang qua cửa sông. Khuyết điểm là chi phí cơ sở hạ tầng rất cao, thiếu diện tích để xây dựng và vấn đề môi trường. Một số phương pháp khai thác điện thủy triều: + Sử dụng đập chắn thủy triều: Là hệ thống sản xuất đơn giản nhất (gọi là hệ thống thuỷ triều xuống) liên quan tới một chiếc đập chắn ngang cửa sông. Khi thuỷ triều lên, các cửa cống trên đập được kéo lên, cho phép vùng lưu vực bên trong đập đầy nước. Khi thuỷ triều bắt đầu xuống, các cửa cống được đóng lại, buộc nước bên trong đập thoát ra ngoài biển qua hệ thống tua-bin gắn ở bên dưới cửa đập. Các hệ thống điện thuỷ triều tạo điện năng từ thủy triều lên hoặc thuỷ triều lên và xuống cũng được thiết kế song không phổ biến bằng hệ thống thuỷ triều xuống. + Sử dụng hàng rào thủy triều: Thực chất đó là những bức tường bê tông rỗng có gắn các tuốc-bin khổng lồ, chắn ngang một eo biển, buộc dòng nước phải đi qua chúng. Không giống như các nhà máy điện thuỷ triều nêu trên, hàng rào thuỷ triều có thể được sử dụng trong các lưu vực không giới hạn, như eo biển giữa đất liền và một hòn đảo gần kề hoặc giữa hai hòn đảo. Được thiết kế ngay sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970, song mãi cho tới cách đây năm năm, tua-bin thuỷ triều mới trở thành hiện thực. Giống như tua-bin gió, tua-bin thuỷ triều có nhiều lợi thế hơn so với hệ thống đập chắn và hàng rào thuỷ triều, đặc biệt là giảm tác động về môi trường. Tua-bin thuỷ triều sử dụng các dòng thuỷ triều đang di chuyển với tốc độ 2-3m/giây (4-6 hải lý) để tạo ra 4-13kW/m2. Các dòng thuỷ triều di chuyển nhanh (>3m/giây) có thể gây ứng suất quá mức đối với các cánh quay giống như gió mạnh có thể làm hỏng các máy tuốc-bin gió. Trong khi đó, các dòng thuỷ triều có tốc độ thấp lại không kinh tế. Cột được đóng xuống đáy biển và được gắn các tuốc-bin thuỷ triều. Tuốc-bin thuỷ triều luôn thấp hơn so với mực nước biển. + Sử dụng tua-bin điện thủy triều: Hay còn gọi là diều tua-bin dưới nước. Là hệ thống với phần trên là một chiếc diều (hệ thống cánh quạt), mang theo ở phía dưới một tuabin vận hành nhờ thuỷ triều. Nếu hệ thống hoạt động trong điều kiện tốc độ độ dòng chảy là 1 - 2,5 m/ s, Tùy thuộc vào vị trí và kích thước của diều, mỗi tua-bin có công suất từ 150 đến 800 kW, và hoạt động ở các vùng nước sâu 50-300m. Nguyên lý hoạt động Máy phát điện thủy triều biến đổi thủy năng thành điện năng. Nguyên lý phát điện thủy triều tương tự như nguyên lý phát điện thủy lực, tức là lợi dụng sự chênh lệch mức nước triều lên xuống để làm quay động cơ và máy phát điện. Thủy triều càng mạnh (mực nước cao hoặc vận tốc của dòng thủy triều lớn) thì tiềm năng tạo ra năng lượng càng lớn. Tua-bin của nhà máy điện thủy triều: Trên thực tế, các turbine thuỷ triều có hình dạng rất giống với các tua-bin của máy phát điện chạy bằng sức gió. Chỉ khác là, thay vì bằng sức gió, tua-bin thuỷ triều sẽ hoạt động dựa vào sự lên xuống của các con nước trong ngày. Tua-bin thuỷ triều không tác động nhiều đến môi trường sinh thái biển và không gây nguy hiểm cho các loài cá lớn. Bởi vì tốc độ của cánh quạt trên tua-bin rất chậm, chỉ vào khoảng 20 vòng/phút. Do sự khác nhau về tính chất của nước và không khí nên các tua-bin dùng thủy triều sẽ có kích thước và vận tốc quay nhỏ hơn các tua-bin chạy bằng sức gió. Một tua-bin gió có công suất 1 mêgaoát có đường kính roto khoảng 50 mét trong khi tuabin thủy triều chỉ có kích cỡ khoảng 15 mét. Một số loại tua-bin Tua-bin Hammerfest Strom HS1000 Được hạ thủy hồi mùa đông tại đảo Eday nằm ở phía bắc Orkey của Scotland, bởi công ty Andritz Hydro Hammerfest. HS1000 cao hơn 30m và có một trụ đỡ 3 chân, là một phiên bản của tua-bin gió. Tuy nhiên, cánh quạt của tua-bin thủy triều ngắn hơn tua-bin gió và quay chậm hơn. Năng lượng sẽ được tạo ra bởi hoạt động của cánh quạt trong dòng hải triều. Một tuabin dạng chân vịt 300kW -Seaflow-được xây dựng bởi Marine Current Turbines (một công ty ở Anh)ở bờ biển của Lynmouth,Devon, Anh, trong năm 2003. Verdant Power chạy một mẫu thử nghiệm ở East River giữa Queens và đảo Roosevelt, thành phố New York. Đây là một dự án lớn về năng lượng thủy triều ở Mỹ tháng 4 năm 2007 Tiếp theo bảng thử nghiệm Seaflow, một bản thử nghiệm đầy đủ, gọi là Seagen được xây dựng bởi Marine Current Turbines tại Strangford Lough ở Bắc Ireland vào tháng 4 năm 2008. Tuabin tạo ra một năng lượng lớn, hơn 12MW vào năm 2008 và được báo cáo lần đầu tiên thêm 150kW vào mạng lưới điện ngày 17 tháng 7 năm 2008. Các hệ thống điện thủy triều: Hệ thống Limpet. Là hệ thống khi có Sóng chảy vào bờ biển, đẩy mực nước lên trong một phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển, một phần bị chìm dưới mặt nước biển. Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ra theo một lỗ trống vào một tua- bin. Khi sóng rút đi, mực nước hạ xuống bên trong phòng hút không khí đi qua tua-bin theo hướng ngược lại. Tua bin xoay tròn làm quay một máy phát để sản xuất điện. Tua-bin của hệ thống limpet có cấu tạo chỉ quay theo 1 chiều, cho dù hướng gió tác động có thay đổi. Hệ thống hoạt động theo nguyên lý như sau: Lúc thuỷ triều thấp: chu trình nạp. Thuỷ triều lên cao: chu trình nén. Thuỷ triều xuống thấp: chu trình xả, kết thúc và nạp cho chu kỳ tiếp theo. Sự thay đổi chiều cao cột nước làm quay tua bin tạo ra điện năng, mỗi máy Limpet có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW Ưu điểm: Nguyên lý làm việc đơn giảm. Tua-bin được đặt trên bờ ít bị ảnh hưởng bởi nước biển, nên có tuổi thọ cao hơn. Nhược điểm: Các con sóng phân tán lên hiệu xuất của hệ thống thường kém nên việc khai thác khó khăn là hơn về mặt kinh tế. Mất chi phí xây đập và xác định vị trí xây đập phù hợp. Hệ thống TidEl. Hệ thống sản xuất điện năng này thô kệch song đơn giản.Sử dụng các tua-bin thuỷ triều nổi, được neo vào đáy biển bằng xích. Mỗi TidEl có hai tua-bin kép, tạo ra một chiếc cối xay dưới nước. Những chiếc "cối xay" này dập dềnh cùng với thuỷ triều. Do vậy, chúng chỉ theo hướng tốt nhất để lấy năng lượng từ các lưỡi quay tròn (các lưỡi quay dài từ 5m đến 15m). Ưu điểm: Hệ thống TidEl ít có tác động tới môi trường và không làm mất mỹ quan. Thiết kế đơn giản, tốn ít diện tích sử dụng. Nhược điểm: Hiện nay chưa có nhược điểm nào đáng kể của loại hệ thống ngoại trừ chi phí bảo dưỡng do sự phá hủy của môi trường biển tới hệ thống. Hệ thống tidal stream. Hệ thống phát điện TidalStream, với chiếc phao hình ống gắn 4 tua-bin phát điện. Phao chạy xung quanh một cái đế cố định dưới đáy biển để lựa chỗ có dòng chảy mạnh nhất. Mỗi cấu trúc gồm 4 tua-bin được gắn vào một cái phao hình ống. Nước được đổ đầy vào phao để cho nó chìm xuống, chỉ để đỉnh đầu phao nhô lên, kéo các tua-bin vào vị trí hoạt động. Một cánh tay dài nối phao với một đế nặng nằm trên đáy biển. Cánh tay này được thiết kế để có thể di chuyển lên xuống, trái phải, cho phép các tua-bin dạt tới vị trí dòng thủy triều chảy mạnh nhất. Ưu điểm: Dễ sửa chữa: Khi cần bảo dưỡng, người ta sẽ bơm nước ra khỏi phao, khiến các turbine nổi lên bề mặt, nơi chúng được lấy lên để sửa chữa. Sự tự định hướng nơi có dòng chảy mạnh nhất giúp cho hệ thống tận dụng được tối đa năng lượng từ nước biển. Nhược điểm: Khó khăn cho tàu bè đi lại vì hệ thống có phần phao nổi phía trên mặt nước Chi phí lắp đặt tốn kém và khó khăn trong lắp đặt vì hệ thống phải đặt nơi khá sâu. Vấn đề tuổi thọ giảm của tua-bin khi tiếp xúc trực tiếp với nước biển. Yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng thủy triều. Yếu tố đầu tiên ảnh hưởng trực tiếp lên hệ thống điện thủy triều đó là thủy triều. Thủy triều không ổn định gây ảnh hưởng tới năng lượng mà nước biển tác dụng lên hệ thống. Môi trường cũng là yêu tố ảnh hưởng không nhỏ tớ hệ thống. Sự phá hủy của nước biển tới tua-bin khiến các dự án mất nhiều chi phí để sửa chữa. Thời tiết, khí hậu như bão, sóng thầngây hư hại lớn đến hệ thống điện thủy triều. Điều này đặt ra yêu cầu cho các dự án điện thủy triều đó là khi xây dựng một nhà máy thủy triều thì phải trách xa những nơi thường xuyên có bão, sóng to, hay những mối đứt gẫy của trái đất. Yếu tố sinh vật: tuy không đáng kể nhưng cũng khá nhiều. Các dòng thủy sinh di cư khi đi qua các tua-bin phát điện cũng gây kẹt bánh răng, và hỏng hóc CHƯƠNG II: Thực trạng ứng dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam. 2.1. Khái quát năng lượng thủy triều ở Việt Nam. Hiện nay sự gia tăng phát triển kinh tế của Việt Nam với khoảng 7% năm và lượng điện tiêu thụ gia tăng khoảng 20% năm, trong khi đó giá dầu, than, khí đốt tăng cao và chủ yếu sẽ phải nhập khẩu nên sẽ gây khó khăn cho an ninh năng lượng quốc gia. Việc bổ sung, đa dạng hóa nguồn năng lượng sơ cấp, trong đó NLTT là cần thiết phục vụ phát triển bền vững, đặc biệt trong bối cảnh BĐKH đang diễn ra. Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020 đã coi biển có vị trí quan trọng trong phát triển kinh tế và chiến lược phát triển năng lượng biển Việt Nam đang được bước đầu triển khai. Tuy nhiên, chiến lược này còn chưa được tiến hành một cách hệ thống, chưa có cơ quan đầu mối trong việc lập quy hoạch chiến lược ngành năng lượng biển. Những thuận lợi: Việt Nam có hơn 1 triệu km2 biển, trải dài 3.260 km dọc theo chiều dài đất nước và có tiềm năng về năng lượng biển như mặt trời, gió, sóng, thủy triều Với 2 vùng khả quan nhất cho sự phát triển của điện thủy triều là: Quảng Ninh, có thủy triều lên đến 4 mét, và ở Đồng bằng Nam Bộ, thủy triều vào khoảng 3 mét (trữ lượng của Việt Nam vào khoảng 1,6 tỷ KWh/năm và tập trung chủ yếu ở vùng bờ biển tỉnh Quảng Ninh (~1,3 tỷ KWh/năm), ngoài ra còn vào khoảng ~ 0,2 tỷ KWh/năm có thể được khai thác với công suất nhỏ trong vùng hạ lưu của Đồng bằng Nam Bộ) nếu được quy hoạch, khai thác hợp lý sẽ đóng góp quan trọng vào sự phát triển bền vững kinh tế Việt Nam. Theo một số chuyên gia: Việt Nam có thể khai thác được nguồn năng lượng sạch từ biển khơi, nhiều gấp hơn 200 lần sản lượng điện nhà máy thủy điện Sơn La đang khai thác. Khó khăn: Việt Nam thì lĩnh vực này quá mới mẻ. Nên không thể có kinh nghiệm như các nước phát triển đã đi trước chúng ta rất lâu. Ngành khí tượng thủy văn của ta chưa có số liệu đo bước sóng biển gây khó khăn cho các báo cáo khảo sát tiềm năng điện thủy triều. Vẫn chưa có nghiên cứu hay cơ sở dữ liệu nào xác định được tiềm năng chính xác của loại tài nguyên thiên nhiên này chủ yếu là những ước tính trên lý thuyết, chứ chưa có những nghiên cứu, tính toán cụ thể về tiềm năng kỹ thuật để có thể triển khai đầu tư một cách hiệu quả, bền vững. Đòi hỏi một lượng đầu tư lớn và khoa học, công nghệ tiên tiến cho thiết bị nay khi xây dựng, toàn bộ các hệ chi tiết của hệ thống Việt Nam không có khả năng tự sản xuất nên phải nhập hoàn toàn từ nước ngoài và đồng thời khi xây dựng sẽ thay đổi điều kiện tự nhiên của một diện tích rất rộng. Với những khó khăn trên cộng với sự yếu kém công nghệ cũng như vốn thì nhà nước ta vẫn chưa có cơ chế ưu tiên phát triển phù hợp đối với lĩnh vực năng lượng tiềm năng này. 2.2. Thực trạng ứng dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam. Với những thuận lợi về mặt đia lý, khí hậu Việt Nam rất có tiềm năng với loại năng lượng này, tuy nhiên để phát triển điện thủy triều ở Việt Nam thì ta phả giải quyết được các khó khăn trên, đó không phải là điều dễ dàng với một nước đang phát triển như nước ta. Nước ta vẫn đang sử dụng đa số các loại điện truyền thống như thủy điện, nhiệt điện, những nguồn năng lượng này có thể đảm bảo cho chúng ta 50 năm nữa, 100 năm nữa nhưng không phải mãi mãi. Nếu không chú trọng tập trung phát triển các nguồn năng lượng tái tạo thì nước ta sẽ rơi vào tình trạng thiếu hụt năng lượng trong một ngày không xa. Việc ứng dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam còn khá hạn chế. Chỉ dừng lại ở khâu nghiên cứu và thử nghiệm với mô hình nhỏ. Việc đưa vào sử dụng đòi hỏi nhiều yếu tố về thời gian, chi phí. Đấy là chưa kể tới ở nhiều nơi do điều kiện tự nhiên, địa hình nên không có khả năng khai thác, phát triển các loại năng lượng này, hoặc có phát triển được thì công suất thấp, chi đầu tư và duy trì cao. Tóm lại: Do công nghệ, khoa học kỹ thuật còn nghèo nàn và vốn đầu tư ít là hai yếu tố khó khăn gây cản trở sự phát triển của năng lượng thủy triều ở Việt Nam. Lý thuyết thì nước ta có tiềm năng rất lớn về năng lượng mới này, tuy nhiên để áp dụng vào thực tế thì còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. CHƯƠNG III: Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam. Định hướng sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam Trên thế giới các dự án điện thủy triều đã phát triển rất mạnh mẽ, ví dụ: Năm 1966, tại Pháp đã xây dựng một nhà máy thủy triều đầu tiên trên thế giới có quy mô công nghiệp với công suất 240 MW, sản xuất 640 triệu kWh hàng năm, cung cấp 90% điện cho vùng Brithany của Pháp. Cho đến nay, nhà máy đã vận hành trên 40 năm và là một trong những nhà máy thủy điện lớn nhất trên thế giới. Tại Canada đã vận hành một nhà máy 20 MW từ năm 1984, sản xuất 30 triệu kW điện hàng năm. Trung Quốc bắt đầu quan tâm sử dụng năng lượng thủy triều từ năm 1958, đã xây dựng 40 trạm thủy triều mini (tổng công suất 12 kW). Từ năm 1980, Trung Quốc đã đầu tư xây dựng 02 nhà máy có công suất 3,2 MW và 1,3 MW nhưng không thành công. Hiện nay Trung Quốc có 07 nhà máy điện thủy triều đang vận hành với tổng công suất 11 MW. Anh là một quốc gia có nhiều điều kiện thuận lợi nhất trên thế giới về sử dụng năng lượng thủy triều, một số bờ biển có biên độ thủy triều lớn (5,2 đến 7m) rất thuận lợi trong khai thác nguồn năng lượng này. Gần đây, Hàn Quốc rất chú trọng khai thác sử dụng năng lượng thủy triều. Một nhà máy điện thủy triều Shiwa có công suất 254 MW được hoàn thành năm 2010. Dự kiến điện năng sản xuất hàng năm đạt 550 GWh. Năm 2007, thành phố Incheon tuyên bố sẽ xây dựng tại Ganghwa một nhà máy có công suất 812 MW lớn nhất thế giới, với 32 tổ máy, sẽ đưa vào vận hành năm 2015 (đập nối liền 4 đảo). Vì thế, Việt Nam nên học tập các nước đã có những dự án thành công . Năm 2010 chỉ tiêu phát triển điện thủy triều nằm trong con số 3% các nguồn năng lượng mới và tái tạo trên tổng năng lượng thương mại sơ cấp. Tuy nhiên nước ta cũng không đạt được. Và nhà nước vẫn hy vọng, chỉ tiêu 5% các nguồn năng lượng tái tạo trên hệ thống điện quốc gia vào năm 2020. Đó là mục tiêu của hệ thống điện trên cả nước. Để đặt được con số này thì nước ta phải có các biện pháp khác phục khó khăn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng cho các nguồn năng lượng tái tạo trong đó có điện thủy triều. Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng thủy triều ở Việt Nam. Ở Việt Nam năng lượng thủy triều nên được khai thác dưới dạng cục bộ, ví dụ những nhà máy năng lượng nhỏ để phục vụ cho từng đảo. Chúng ta chưa thể sớm khai thác năng lượng thủy triều ở quy mô công nghiệp. Vì chưa có công nghệ tiên tiến, vốn đầu tư ít nên nước ta chỉ khai khác dưới dạng nhỏ, vừa khai thác vừa thử nghiệm. Ngoài ra: Các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi theo không gian và thời gian. Khi biến đổi khí hậu thì những thông số liên quan đến khí tượng, đến năng lượng gió hay mặt trời đều có những thay đổi nhất định. Do vậy, để đầu tư có hiệu quả vào lĩnh vực này phải tiến hành đo đạc thường xuyên, định kỳ; xác định được cả tiềm năng kinh tế cũng như những ảnh hưởng từ biến đổi khí hậu đến các nguồn năng lượng này. Thu hút vốn đầu tư, cũng như đẩy mạnh sự hợp tác với các nước có công nghệ phát triển về vấn đề năng lượng như: Đức, Pháp, Nhật Có cái nhìn vĩ mô tổng thể, có hướng đi lâu dài cho các dự án. Một công trình không chỉ để phục vụ một mục đích nhất định mà đòi hỏi phải có phương án hữu ích khác. Ví dụ: công trình đập thủy triều nên kèm theo đó là cái dịch vụ du lịch, giải trí Việt Nam phải xây dựng Chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, cơ chế chính sáchphát triển năng lượng biển sớm cùng quy hoạch không gian biển, ứng phó thiên tai và biến đổi khí hậu ( BĐKH). Điện biển Việt Nam, có thể đạt hàng chục GW, góp phần bảo vệ an ninh năng lượng quốc gia, bảo vệ chủ quyên lãnh thổ, cung cấp điện cho các hải đảo, vùng ven biển.Việt Nam cần tăng cường đào tạo nguồn nhân lực khoa học công nghệ về năng lượng biển; lồng ghép phát triển điện biển và quy hoạch phát triển kinh tế xã hội khu vực và từng địa phương cụ thể, lồng ghép với chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với BĐKH, chương trình phát triển năng lượng tái tạo.