Tìm hiểu về năng lượng Thủy Triều chi tiết từ A – Z

Khai thác năng lượng thủy triều dựa trên biến động lên xuống của thủy triều để tạo ra điện năng sạch cho ngành điện quốc gia. Chúng có thể được khai thác dưới các dạng thế năng, động năng hoặc kết hợp giữa hai loại trên. Cùng Máy phát nhập khẩu Bình Minh đi tìm hiểu sâu và chi tiết về nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và ứng dụng năng lượng thủy triều tại Việt Nam và trên thế giới trong bài viết sau.

Khái niệm nguồn năng lượng thủy triều

Năng lượng thủy triều là một loại năng lượng tái tạo, được sản sinh bởi sự lên xuống của thủy triều. Vào thế kỷ 20, các kỹ sư đã phát triển nhiều cách để tận dụng chuyển động của sóng biển cũng như hoạt động thủy triều để tạo ra điện năng. Các phương pháp đó đều sử dụng một loại máy phát điện đặc biệt để chuyển đổi năng lượng thủy triều thành điện năng.

Khai thác năng lượng thủy triều có tốt không?

Việc khai thác năng lượng thủy triều mở ra một triển vọng lớn, hạn chế tối đa phát thải khí  cacbonic gây hiệu ứng nhà kính. Tại Thuỵ Điển họ đã phát triển một thiết bị để khai thác nguồn năng lượng từ các đại dương. Đó là diều tua bin- dưới nước với phần trên là một chiếc diều, mang theo ở phía dưới một tuabin vận hành nhờ thuỷ triều (chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ hơn về diều tua bin  ở phần nguyên lí hoạt động )

Đã có nhiều kịch bản dự báo thiệt hại cho các quốc gia ven biển khi mực nước biển dâng trong bối cảnh toàn cầu gây ngập lụt vùng đất thấp ven biển và hải đảo. Đồng thời hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt dần làm giá cả xăng, dầu, khí, than đá ngày càng gia tăng và nguồn dự trữ cũng đang cạn kiệt, và vì thế các quốc gia trên thế giới trong đó có việt nam đã và đang quan tâm đến các nguồn năng lượng tái tạo. 

Nguyên lí hoạt động của nguồn năng lượng thủy triều

Khác với những thiết bị năng lượng khác, bộ phận chủ yếu, cồng kềnh nhất của Searaser không nằm dưới đại dương mà nằm ngay trên bờ. Вằng cách đó, người ta đã giải quyết những khó khăn chính của ngành Năng lượng học thủy triều như thao tác phức tạp, bị mài mòn và ăn mòn nhanh chóng, bảo đảm vận hành an toàn trong thời tiết không thuận lợi như biển động, mưa bão có khi trong thời tiết không thuận lợi thiết bị năng lượng thủy triều được hoạt động mạnh mẽ của những khối nước chuyển động.

Nguyên lí hoạt động của năng lượng thủy triều

Điểm mấu chốt của hệ thống là việc sử dụng một thiết bị gọi là tua bin, có các cánh quay theo cùng một hướng, bất chấp hướng chuyển động của luồng khí.

Hệ thống Limpet là một ví dụ điển hình về hướng khai thác nguồn năng lượng thủy triều này. Hệ thống hoạt động theo nguyên lý như sau:

• Lúc thuỷ 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 chiều cao cột nước làm quay tua bin quay tạo ra điện năng mỗi máy Limpet có thể đạt từ 250 KW đến 500 KW tương đương với công suất của máy phát điện Hyundai 250kw – 500kw (tương đương với một chiếc máy phát điện công nghiệp chạy nhiên liệu dầu). Ngoài việc gây ảnh hưởng xấu rất nhiều cho sinh hoạt đời sống của con người trong nhiều thập kỷ các nhà khoa học đã cố công biến năng lượng sóng thành năng lượng có ích. Nhưng các con sóng quá phân tán, nên rất khó khai thác một cách kinh tế. 

Tuy nhiên, năng lượng thủy triều vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Số năng lượng được tạo ra còn rất ít. Trên thế giới không có nhiều các trạm năng lượng thủy triều. Trạm năng lượng thủy triều đầu tiên được xây dựng tại sông Rhine, Pháp.

Mặt khác tại một số nơi phương pháp tạo ra dòng điện từ sóng biển là dùng máy phát điện đặt nằm ngang trên bề mặt nước biển như một cái bơm, pít tông được nối liền với phao, tùy theo sóng biển lên xuống mà pít tông cũng chuyển động lên xuống, biến động lực của sóng biển thành động lực của không khí bị nén. Không khí bị nén dưới áp suất cao phụt qua miệng phun của turbin làm cho máy phát điện hoạt động. Khi đó, năng lượng của sóng biển đã chuyển thành điện năng.

Cách tạo ra dòng điện từ sóng biển

Nhưng nói chung là hầu như các loại hình khai thác điện bằng năng lượng sóng biển đều không tốn một chút năng lượng “khởi động” nào, lại không gây ô nhiễm môi trường và chi phí cũng không quá cao so với các hệ thống khai thác nguồn năng lượng khác, do đó nó là một nguồn năng lượng sạch, hy vọng sẽ giúp giải quyết nguy cơ thiếu năng lượng của toàn thế giới.

Ưu nhược điểm của hệ thống khai thác nguồn năng lượng thủy triều

Năng lượng học thủy triều có triển vọng lớn vì sóng biển là nguồn cung cấp năng lượng vô tận, suốt ngày đêm trong bất cứ điều kiện thời tiết nào, khác với năng lượng gió và năng lượng mặt trời nhưng bên cạnh đó cũng chứa đựng một số hạn chế khi vận hành khai thác nguồn nhiên liệu tái tạo này.

Ưu điểm

• Đây là nguồn tài nguyên tái tạo vô tận, sản xuất nhiều năng lượng và đồng thời trong bất kì hoàn cảnh thời tiết như nào thiết bị vẫn vận hành được. 
• Dòng chảy nước thủy triều là một nguồn năng lượng ổn định và dự trữ lớn, có thể khai thác trong thời gian dài.
• Hệ thống khai thác nguồn năng lượng thủy triều có thể được xây dựng ở nhiều vị trí khác nhau, bao gồm cả các khu vực ven biển và các cửa sông.
• Thiết kế tương tự tua bin gió, nhưng nước ổn định và dễ điều khiển hơn nên lượng điện năng sản sinh ra từ nguồn năng lượng thủy triều sẽ đều hơn. 
• Cánh quạt của tua bin có tốc độ quay chậm, không gây quá nhiều nguy hiểm đối với các loài sinh vật sống dưới đại dương, khi hoạt động không cản trở tàu thuyền.

Nhược điểm

• Xây dựng hệ thống khai thác nguồn năng lượng thủy triều đòi hỏi đầu tư vốn lớn, bao gồm cả việc xây dựng cấu trúc hệ thống và công nghệ khai thác. Bên cạnh đó, nước biển lại là môi trường ăn mòn mạnh mà cho tới nay vẫn chưa có giải pháp khắc phục một cách triệt để.  Chính vì thế, trang thiết bị đắt tiền, chi phí hoạt động lớn.
• Hệ thống khai thác nguồn năng lượng thủy triều chỉ có thể được xây dựng ở những khu vực có mực nước thủy triều cao và dòng chảy mạnh, hạn chế khả năng triển khai trên toàn cầu.
• Việc lắp đặt tua bin này rất phức tạp.
• Hệ thống có kích thước lớn và có khả năng ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.  
• Phải phụ thuộc vào sự lên xuống của thủy triều. Ảnh hưởng những tác động từ thiên nhiên rất nhiều.

Ứng dụng nguồn năng lượng thủy triều của Việt Nam và toàn thế giới

Trên quốc tế hiện nay

Hiện nay, có khoảng 100 công ty trên toàn thế giới đang nghiên cứu việc chuyển đổi năng lượng từ đại dương thành điện năng. Năng lượng từ đại dương cũng có nhiều tiềm năng hơn năng lượng gió vì nước có tỷ trọng cao hơn không khí. “Nước nặng” được lấy từ trong một thùng nước biển, năng lượng của nó tương đương 400 thùng dầu mỏ tốt nhất.

Ứng dụng của năng lượng thủy triều

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng nguồn năng lượng từ biển ví dụ:

• Năm 1966, tại Pháp đã xây dựng một nhà máy điện thủy triều đầu tiên trên thế giới có quy mô công nghiệp với công suất 240 MW, đây là một trong những nhà máy điện thủy triều lớn nhất trên thế giới. gần như chiếm tỷ trọng cao nhất vào  việc cung cấp điện năng cho ngành điện tại pháp
• Canada đã vận hành một nhà máy 20 MW, sản xuất 30 triệu KW điện hằng năm, tương đương với lượng điện thu được khi chúng ta đang sử dụng 10 chiếc máy phát điện công nghiệp 350kw. Hiện nay, Canada đang nghiên cứu và phát triển công nghệ năng lượng thủy triều, với dự án thử nghiệm tại Bay of Fundy, nơi có một trong những mực nước thủy triều cao nhất thế giới.
• Trung Quốc cũng là một nước rất quan tâm đến nguồn năng lượng sạch, hiện nay Trung Quốc có 7 nhà máy điện thủy triều đang vận hành với tổng công suất 11 MW, bao gồm nhà máy điện thủy triều ở Beihai và dự án năng lượng thủy triều ở khu vực Quảng Đông.
• Ấn Độ cũng đã thực hiện một số dự án thủy triều như nhà máy điện thủy triều ở Gulf of Kutch và dự án năng lượng thủy triều tại Sundarbans.
• 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; tại thành phố Incheon từ năm 2007 đã xây dựng một nhà máy có công suất 812 MW lớn nhất thế giới với 32 tổ máy và sẽ đưa vào vận hành năm 2015.

Tại Việt Nam

Việt Nam với 3000km đường bờ biển có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng từ sóng biển. Tuy nhiên, rất tiếc là sự đầu tư và khai thác nguồn năng lượng sạch này khá chậm so với thế giới đã và đang thực hiện. Hiện tại, phát triển năng lượng biển ở nước ta mới chỉ ở giai đoạn hết sức sơ khai. Bên cạnh đó, Việt Nam còn khá chậm trong việc xem xét có nên gia nhập Nhóm Quốc tế về Năng lượng Đại dương . Lúc này, Việt Nam cần sớm tham gia các tổ chức quốc tế để có thể triển khai hiệu quả triệt để chiến lược năng lượng xanh, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Tóm lại đây là nguồn năng lượng tái tạo tương đối mới nên cũng còn nhiều khó khăn, nguyên lý và công nghệ vẫn còn những vấn đề đang thử nghiệm. Và vì vậy luôn có thêm những điều sửa chữa, bổ sung qua từng lần nghiên cứu. Theo những suy đoán ban đầu, năng lượng do nguồn nước biển vô  tận này sản sinh ra đủ dùng cho nhân loại trên 1 tỷ năm. Hay những con sóng, thủy triều, hải lưu… trường tồn với thời gian, đều có thể cung cấp cho nhân loại nguồn năng lượng cực lớn!