NĂNG LƯỢNG SÓNG: LỊCH SỬ, CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG, ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM - MÔI TRƯỜNG - 2026

Các năng lượng sóng hoặc sóng - điện là năng lượng cơ học được tạo ra bởi sóng và được chuyển đổi thành năng lượng điện. Nó là động năng của nước, được tạo ra bởi năng lượng của gió khi nó ma sát với bề mặt của các khối nước.

Động năng này được tuabin biến đổi thành năng lượng điện, là năng lượng tái tạo và sạch. Lịch sử của việc sử dụng năng lượng này bắt đầu từ thế kỷ XIX, nhưng phải đến cuối thế kỷ XX thì nó mới bắt đầu bùng nổ.

Sức mạnh của sóng. Nguồn: Mostafameraji

Ngày nay, có một số lượng lớn các hệ thống được đề xuất để tận dụng các dạng năng lượng sóng. Chúng bao gồm dao động sóng, sốc sóng hoặc các biến đổi áp suất dưới sóng.

Nguyên tắc chung của các hệ thống này tương tự nhau và bao gồm việc thiết kế các thiết bị biến động năng của sóng thành năng lượng cơ học và sau đó thành năng lượng điện. Tuy nhiên, thiết kế và thực hiện có nhiều thay đổi, và có thể được lắp đặt trên bờ biển hoặc ngoài khơi.

Thiết bị có thể chìm, nửa chìm, nổi, hoặc xây dựng trên bờ biển. Có những hệ thống như Pelamis, nơi chuyển động lên của sóng sẽ kích hoạt các hệ thống thủy lực bằng lực đẩy kích hoạt động cơ kết hợp với máy phát điện.

Những người khác tận dụng lực của sóng khi vỡ bờ biển, bằng cách đẩy các pít-tông thủy lực hoặc cột không khí làm chuyển động tuabin (Ví dụ: Hệ thống OWC, Cột Nước Dao động).

Trong các thiết kế khác, lực của sóng được sử dụng khi phá vỡ bờ biển để dẫn luồng và làm đầy bể chứa. Sau đó, năng lượng tiềm năng của nước tích trữ được sử dụng để chuyển động các tuabin bằng trọng lực và tạo ra năng lượng điện.

Năng lượng sóng chắc chắn có những lợi thế, vì nó có thể tái tạo, sạch, miễn phí và ít tác động đến môi trường. Tuy nhiên, nó liên quan đến một số bất lợi liên quan đến điều kiện môi trường mà thiết bị hoạt động và đặc tính của sóng.

Các điều kiện của môi trường biển khiến các công trình bị ăn mòn do mặn, tác động của động vật biển, bức xạ mặt trời cao, gió và bão. Do đó, tùy thuộc vào loại hệ thống, điều kiện làm việc có thể khó khăn, đặc biệt là trong các hệ thống chìm hoặc neo ngoài khơi.

Tương tự như vậy, bảo trì rất tốn kém, đặc biệt là trong các hệ thống ngoài khơi, vì các neo phải được kiểm tra định kỳ. Mặt khác, tùy thuộc vào hệ thống và khu vực, chúng có thể có tác động tiêu cực đến các hoạt động chèo thuyền, câu cá và giải trí.

Lịch sử

Nó có tiền thân vào thế kỷ 19 khi José Barrufet người Tây Ban Nha cấp bằng sáng chế cho cái mà ông gọi là "marmotor". Chiếc máy này tạo ra điện từ dao động thẳng đứng của sóng và không được thương mại hóa cho đến những năm 80 của thế kỷ 20.

Bộ máy của Barrufet bao gồm một loạt các phao dao động lên xuống theo sóng, điều khiển một máy phát điện. Hệ thống này không hiệu quả lắm nhưng theo nhà phát minh, nó có khả năng tạo ra 0,36 kW.

Ngày nay có hơn 600 bằng sáng chế để khai thác lực của sóng để tạo ra năng lượng điện. Chúng có thể hoạt động nhờ lực tạo ra bởi dao động thẳng đứng hoặc do tác động của sóng lên bờ biển.

Năng lượng sóng hoạt động như thế nào?

Công cụ chuyển đổi Pelamis ở Peniche, Bồ Đào Nha. Nguồn :ccuatui. Ing. Guido Grassow

Hoạt động của hệ thống năng lượng sóng phụ thuộc vào chuyển động mà bạn muốn tận dụng từ sóng. Có những hệ thống thả nổi hoặc thả neo trên bờ, tận dụng sự dao động thẳng đứng của nước, trong khi những hệ thống khác thu nhận lực xung kích của sóng trên bờ biển.

Tương tự như vậy, có những loại sử dụng sự thay đổi của áp suất dưới bề mặt của sóng. Trong một số trường hợp, động năng của sóng cho phép nước biển được lưu trữ và tận dụng thế năng của nó (trọng lực rơi) để kích hoạt các tua-bin điện.

Trong các hệ thống khác, năng lượng cơ học của sóng tạo ra chuyển động của các pít-tông thủy lực hoặc khối khí kích hoạt động cơ hoặc tua-bin thủy lực để tạo ra điện.

- Hệ thống nổi hoặc neo trên bờ

Các hệ thống này có thể là nửa chìm hoặc nửa chìm và tận dụng được chuyển động dao động do sóng trên bờ gây ra. Một số hệ thống sử dụng lực phồng lên của bề mặt và những hệ thống khác thì chuyển động sâu.

Sưng bề mặt

Có các hệ thống phân đoạn khớp nối, chẳng hạn như Pelamis hoặc "rắn biển", trong đó sóng di chuyển các mô-đun khớp nối kích hoạt hệ thống động cơ thủy lực kết hợp với máy phát điện.

Một giải pháp thay thế khác là Salter Duck, nơi các phao được cố định vào một trục thực hiện chuyển động ném theo sóng, cũng kích hoạt động cơ thủy lực. Mặt khác, có một loạt các đề xuất dựa trên phao mà dao động của nó cũng kích hoạt các hệ thống thủy lực.

Chuyển động bập bênh sâu

Bộ tạo dao động sóng Archimedean bao gồm hai xi lanh được lắp nối tiếp trên một cấu trúc được neo vào đáy biển. Hình trụ trên có các nam châm bên và chuyển động thẳng đứng xuống dưới với áp suất của sóng.

Khi xi lanh đi xuống, nó ép lên hình trụ dưới có chứa không khí và khi áp suất của sóng sinh ra, áp suất không khí sẽ đẩy hệ thống đi lên. Chuyển động dao động theo phương thẳng đứng của hình trụ nhiễm từ cho phép tạo ra dòng điện nhờ cuộn dây.

Wave Dragon

Nó bao gồm một bệ nổi gắn với đáy với các vây cho phép nó tiếp nhận nước do sóng di chuyển, khiến cấu trúc bị ngập. Nước tích tụ và sau đó được lưu thông qua cột trung tâm thông qua tuabin.

- Hệ thống ven biển

Các hệ thống này được lắp đặt trên bờ biển và tận dụng năng lượng tạo ra từ sóng phá. Hạn chế của các hệ thống này là chúng chỉ hoạt động ở những bờ biển có sóng mạnh.

Một ví dụ là hệ thống được thiết kế bởi kỹ sư người Basque Iñaki Valle, bao gồm một nền tảng được neo vào bờ biển dốc với một nam châm trên đường ray. Sóng đẩy nam châm lên trên, nó đi xuống bởi trọng lực và chuyển động làm cho một cuộn dây sinh ra điện.

Hệ thống

Nó bao gồm một hệ thống các tấm dao động qua lại theo sự lên xuống của sóng và chuyển động này, nhờ một máy bơm piston, kích hoạt tuabin điện.

Hệ thống của

Trong trường hợp này, vấn đề là các tấm nổi neo vào bờ biển nhận lực phá vỡ của sóng và kích hoạt một hệ thống thủy lực. Đến lượt mình, động cơ thủy lực sẽ dẫn động một tuabin tạo ra điện.

Hệ thống CETO

Nó bao gồm một loạt các phao chìm được neo dưới đáy biển và dao động của chúng sẽ kích hoạt các máy bơm thủy lực đưa nước biển vào bờ biển. Nước được bơm sẽ kích hoạt tuabin để tạo ra điện.

Hệ thống khai thác năng lượng tiềm năng

Có một số hệ thống lưu trữ nước biển trong các bể chứa và sau đó, bằng trọng lực, có thể kích hoạt các tuabin Kaplan và tạo ra điện. Nước đến các bể chứa do sóng tự điều khiển như trong hệ thống TAPCHAN (Hệ thống năng lượng sóng kênh hình côn) hoặc Năng lượng sóng SSG (Máy tạo khe hình nón sóng biển).

Hệ thống cột nước-không khí

Trong các trường hợp khác, lực của nước do sóng truyền được sử dụng để di chuyển một cột không khí mà khi đi qua tuabin sẽ tạo ra điện.

Ví dụ, trong hệ thống OWC (Cột nước dao động), nước trong dòng sóng đi vào qua một ống dẫn và chuyển không khí trong nhà. Cột không khí bốc lên qua một ống khói và đi qua tuabin để đi ra bên ngoài.

Khi nước rút đi khi sóng hạ xuống, không khí lại đi vào ống khói, làm chuyển động tuabin một lần nữa. Điều này có một thiết kế làm cho nó di chuyển theo cùng một hướng trong cả hai dòng chảy.

Một hệ thống tương tự khác là ORECON, trong đó sự dao động của nước bên trong buồng lái một chiếc phao sẽ ép không khí đi qua tuabin. Hệ thống này hoạt động như nhau bằng cách chuyển động không khí theo cả hai hướng.

Lợi thế

Trang trại sóng. Nguồn: P123

Năng lượng tái tạo

Nó là năng lượng từ một nguồn tự nhiên hầu như không cạn kiệt như sóng biển.

Nguồn năng lượng miễn phí

Nguồn năng lượng sóng là sóng biển mà không có quyền sở hữu kinh tế nào được thực hiện.

Năng lượng sạch

Năng lượng sóng không tạo ra chất thải và các hệ thống được đề xuất cho đến nay để sử dụng nó cũng không tạo ra chất thải liên quan trong quá trình này.

Tác động môi trường thấp

Bất kỳ sự can thiệp nào vào môi trường thủy sinh hoặc ven biển đều tạo ra một số tác động đến môi trường, nhưng hầu hết các hệ thống được đề xuất đều có tác động thấp.

Liên kết với các mục đích sản xuất khác

Một số hệ thống năng lượng sóng cho phép khai thác nước biển để thực hiện quá trình khử muối và lấy nước uống hoặc để sản xuất hydro.

Ví dụ, những người có hoạt động liên quan đến thu thập và lưu trữ nước biển trên bờ biển, chẳng hạn như TAPCHAN và SSG Wave Energy.

Nhược điểm

Hầu hết các nhược điểm không phải là tuyệt đối, mà phụ thuộc vào hệ thống sóng cụ thể mà chúng tôi đang đánh giá.

Lực sóng và tính đều đặn

Tốc độ sản xuất năng lượng phụ thuộc vào hành vi ngẫu nhiên của sóng về mức độ đều và mạnh. Do đó, các khu vực mà việc sử dụng năng lượng này có thể có hiệu quả bị hạn chế.

Biên độ và phương của sóng có xu hướng không đều nên công suất tới là ngẫu nhiên. Điều này khiến bộ máy khó đạt được hiệu suất tối đa trên toàn bộ dải tần và hiệu suất chuyển hóa năng lượng không cao.

Bảo trì

Việc bảo trì các cấu trúc liên quan đòi hỏi những khó khăn và chi phí nhất định, do tác động ăn mòn của máy muối biển và tác động của chính sóng. Trong trường hợp các công trình xa bờ và chìm dưới nước, chi phí bảo trì sẽ tăng lên do khó tiếp cận và yêu cầu giám sát định kỳ.

Điều kiện khí hậu và môi trường nói chung

Các cấu trúc thu nhận năng lượng sóng và chuyển nó thành năng lượng điện phải chịu những điều kiện khắc nghiệt trong môi trường biển. Chúng bao gồm độ ẩm, nhiệt độ mặn, gió, mưa, bão, cuồng phong, v.v.

Bão có nghĩa là thiết bị phải chịu tải lớn hơn danh định 100 lần, có thể gây hư hỏng hoặc hư hỏng toàn bộ thiết bị.

cuộc sống biển

Sinh vật biển cũng là một yếu tố có thể ảnh hưởng đến chức năng của thiết bị chẳng hạn như động vật lớn (cá mập, động vật giáp xác). Mặt khác, tảo hai mảnh và bám trên bề mặt thiết bị gây hư hỏng đáng kể.

Đầu tư ban đầu

Đầu tư kinh tế ban đầu cao, do thiết bị cần thiết và khó khăn trong việc lắp đặt. Thiết bị cần có vật liệu và lớp phủ đặc biệt, hệ thống kín và neo.

Tác động đến các hoạt động nhân loại

Tùy thuộc vào loại hệ thống được sử dụng, những hệ thống này có thể ảnh hưởng đến hàng hải, đánh bắt cá và thu hút khách du lịch trong khu vực.

Các quốc gia sử dụng năng lượng sóng

Nhà máy điện Motrico Wave (Tây Ban Nha). Nguồn: Txo

Tây ban nha

Mặc dù tiềm năng của biển Địa Trung Hải thấp về năng lượng sóng, nhưng ở biển Cantabrian và Đại Tây Dương thì tiềm năng rất cao. Tại thị trấn Mutriku của xứ Basque có một nhà máy điện được xây dựng vào năm 2011 với 16 tuabin (công suất 300kW).

Ở Santoña (Cantabria) có một trạm năng lượng sóng khác sử dụng 10 chiếc phao chìm để tận dụng năng lượng dao động thẳng đứng của sóng và tạo ra điện. Ở Quần đảo Canary, có một số dự án nhằm tăng cường năng lượng sóng do điều kiện thuận lợi của bờ biển của họ.

Bồ Đào Nha

Năm 2008, công ty Ocean Power Delivery (OPD) đã lắp đặt ba máy Pelamis P-750 ở cách bờ biển Bồ Đào Nha 5 km. Chúng nằm gần Póvoa de Varim, với công suất lắp đặt là 2,25 MW.

Scotland (Vương quốc Anh)

Công nghệ OWC đang được sử dụng trên đảo Orkney, nơi một hệ thống đã được cài đặt từ năm 2000 có tên là LIMPET. Hệ thống này có công suất tối đa là 500 KW.

Đan mạch

Năm 2004, một dự án thử nghiệm kiểu Wave Dragon đã được lắp đặt ở Đan Mạch, kích thước của nó là 58 x 33 m và công suất tối đa là 20 KW.

Na Uy

Việc lắp đặt một nhà máy cho hệ thống SSG Wave Energy ở Svaaheia (Na Uy) đang được tiến hành.

chúng ta

Năm 2002, một dự án thử nghiệm thiết bị Phao điện được lắp đặt ở New Jersey, với một phao ngoài khơi có đường kính 5 m, dài 14 m và công suất tối đa 50 KW.

Tại Oregon, một nhà máy thử nghiệm SSG Wave Energy đã được lắp đặt tại Cảng Garibaldi. Tương tự như vậy, ở Hawaii, họ quảng bá các nguồn năng lượng tái tạo và trong trường hợp của Đảo Maui, nguồn tái tạo chính là năng lượng sóng.

Người giới thiệu

1. Amundarain M (2012). Năng lượng tái tạo từ sóng. Ikastorratza. E-Journal of Didactics 8. Đã sửa đổi ngày 08/03/2019 từ ehu.eus
2. Cuevas T và Ulloa A (2015). Năng lượng sóng. Hội thảo Thị trường Năng lượng Tái tạo và Thông thường dành cho Kỹ sư Xây dựng. Khoa Khoa học Vật lý và Toán học, Đại học Chile. 13 tr.
3. Falcão AF de O (2010). Sử dụng năng lượng sóng: Đánh giá các công nghệ. Đánh giá về năng lượng tái tạo và bền vững 14: 899–918.
4. Rodríguez R và Chimbo M (2017). Sử dụng năng lượng sóng ở Ecuador. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Sự phụ thuộc năng lượng và năng lượng sóng ở Tây Ban Nha: tiềm năng lớn của biển. Bằng cấp về Địa lý và Quy hoạch Không gian, Khoa Triết học và Văn thư, Đại học Cantabria. 52 tr.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP và Buccino M (2012). Bộ chuyển đổi năng lượng sóng SSG: Hiệu suất, Trạng thái và Những phát triển gần đây. Năng lượng 5: 193-226.
   Weebly. Trực tuyến: taperedchannelwaveenergy.weebly.com