Hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

Với vị trí địa lý, khí hậu thuận lợi, Việt Nam được xem là một trong những nước có nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo khá dồi dào và đa dạng gồm: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, nhiên liệu sinh học và địa nhiệt. Các nguồn năng lượng này được phân bố trải rộng trên nhiều vùng sinh thái.

Trước nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng nhanh, việc sớm khai thác các nguồn năng lượng đó là rất cần thiết. Giải quyết vấn đề này không những góp phần giảm gánh nặng về cung cầu năng lượng, khi các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon (Ảnh minh họa)

Trên thực tế, Việt Nam có nguồn năng lượng từ biển rất dồi dào với hơn 3200km bờ biển. Do đó việc chuyển hóa năng lượng của sóng thành năng lượng điện vừa khai thác được tiềm năng, vừa góp phần giải quyết được nhu cầu về năng lượng điện hiện nay và tương lai. So với các nguồn năng lượng tái tạo  khác, thì năng lượng sóng biển có mức đầu tư ít  hơn, tính an toàn cao hơn, tạo được sự đồng  tình trong xã hội lớn hơn, không cần một bộ  máy điều hành lớn và phức tạp, mức độ ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường không cao. 

Hoặc nói một cách đơn giản, trong số các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sóng biển chưa được tận dụng nhiều, mặc dù người ta đều biết hiệu suất chuyển hóa thành điện của nguồn năng lượng này là cao nhất. Năng lượng điện từ sóng biển đã được thử nghiệm nhiều năm qua nhưng vẫn chưa đạt được thành công.

Đến nay, khi khoa học công nghệ phát triển và thế giới đang phải đối mặt với những hậu quả nghiêm trọng do vấn đề biến đổi khí hậu gây ra, các nhà khoa học tin tưởng rằng có thể chuyển hóa năng lượng của sóng thành năng lượng điện nhờ các bộ chuyển đổi năng lượng.

Xuất phát từ ý tưởng đó, nhóm tác giả Bùi Đăng Linh, Nguyễn Hoàng Quốc Việt, Huỳnh Châu Duy từ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM (Trường ĐH Bách khoa TP. HCM) đã thực hiện nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện, bao gồm bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm Archimedes Wave Swing (AWS) và bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon (WD).

Cụ thể, hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS là một hệ thống bao gồm: Một khối hình trụ rỗng được lấp đầy khí, gắn cố định dưới đáy biển và một phao di chuyển theo chiều dọc. Khi sóng ở trên AWS, khối lượng AWS giảm do áp lực nước cao và khi vùng lõm sóng ở trên AWS, khối lượng AWS gia tăng vì áp lực khí bên trong.

Đây là hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng duy nhất được nhấn chìm hoàn toàn, điều này làm cho hệ thống ít bị tấn công trong những cơn bão. Hệ thống AWS sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính để biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện.

Trong khi đó, Wave Dragon là một bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện nổi và được neo trên mặt nước. Nó thuộc loại đập tràn mà có thể được sử dụng đơn lẻ hoặc được kết hợp để hình thành một nhà máy điện, có công suất tương đương với các nhà máy điện truyền thống, dựa trên các nguồn nhiên liệu hóa thạch.

Một quá trình thử nghiệm dài đã được thực hiện để xác định hiệu suất của hệ thống dưới các điều kiện biển khác nhau. Khái niệm WD kết hợp các công nghệ của các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển xa bờ hiện có, đang phát triển và công nghệ tuabin thủy điện theo một cách mới. 

WD là một công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển duy nhất đang được phát triển theo quy mô tự do. Do kích thước tương đối lớn vì vậy việc bảo trì và ngay cả các công tác sửa chữa lớn cũng có thể được thực hiện trên biển, dẫn đến chi phí vận hành và bảo trì thấp hơn so với các bộ biến đổi khác.

Các kết quả mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phần mềm Simulink/Matlab luôn thỏa mãn được các yêu cầu về giá trị điều khiển cũng như tốc độ đáp ứng. Ngoài ra, tính hiệu quả của các bộ điều khiển đã được áp dụng cho máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển và có thể triển khai trong thực tiễn.

Điệp Lưu

Nghiên cứu sửa đổi Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Cơ cấu lại các ngành và khu vực tiêu thụ năng lượng song song với thực hiện các chính sách về sử dụng năng lượng sạch, tiết kiệm và hiệu quả, là một trong những giải pháp trong Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam.