Năng lượng thủy triều là gì? Lịch sử và nguyên lý hoạt động

Khác với những hướng khai thác nguồn năng lượng sạch khác. Việc khai thác năng lượng thủy triều dựa trên nguyên lí hoạt động từ hoạt động lên xuống của thủy triều. Để tìm hiểu kĩ hơn về nguồn điện năng từ năng lượng thủy triều hãy cùng Thiết Bị Điện Goldsun khám phá nhé!

Năng lượng thủy triều là gì?

Năng lượng thủy triều là một dạng năng lượng được tạo ra bởi sự lên xuống tự nhiên của thủy triều gây ra bởi tương tác hấp dẫn giữa Trái đất, mặt trời và mặt trăng. Các dòng thủy triều có đủ năng lượng để thu hoạch xảy ra khi nước đi qua một chỗ thắt lại, làm cho nước di chuyển nhanh hơn.

Sử dụng máy phát điện được thiết kế đặc biệt ở những vị trí thích hợp, năng lượng thủy triều có thể được chuyển đổi thành các dạng năng lượng hữu ích, bao gồm cả điện năng. Các dạng năng lượng khác cũng có thể được tạo ra từ đại dương, bao gồm sóng, các dòng hải lưu và sự khác biệt về nhiệt độ và độ mặn trong nước biển.

Năng lượng thủy triều cũng dễ dự đoán và nhất quán hơn so với năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời, cả hai đều không liên tục và ít dự đoán hơn. Điều này làm cho năng lượng thủy triều trở thành một nguồn năng lượng tái tạo hấp dẫn để phát triển.

Thách thức là làm cho khai thác năng lượng thuỷ triều khả thi về mặt thương mại trong việc thu nhận và chuyển đổi năng lượng thành điện năng sử dụng trên quy mô lớn, cũng như tìm ra cách sử dụng năng lượng thủy triều nơi chi phí ít ảnh hưởng hơn so với điện lưới quốc gia.

Lịch sử phát triển của năng lượng thủy triều

Người dân ở châu Âu lần đầu tiên sử dụng năng lượng thủy triều để vận hành các nhà máy ngũ cốc cách đây hơn 1.000 năm. Nước thủy triều đến được giữ lại trong các ao chứa và sự chuyển động của thủy triều ra ngoài được sử dụng để quay guồng nước để nghiền ngũ cốc. Quy trình sử dụng nước chảy và tuabin quay để tạo ra điện đã được giới thiệu vào thế kỷ 19.

Những nỗ lực ban đầu đối với các nhà máy điện thủy triều đã kết hợp phương pháp đập giống như đập thuỷ điện. Tuy nhiên, điều này cuối cùng vẫn không phải là trọng tâm của ngành công nghiệp.

Bốn nghiên cứu khả thi ban đầu cho các nhà máy điện thủy triều quy mô lớn đã được tiến hành ở Hoa Kỳ và Canada từ năm 1924 đến năm 1977. Tất cả đều tập trung vào các vị trí địa lý cụ thể xung quanh khu vực biên giới giữa Maine và Canada. Mặc dù các kết luận khác nhau về tính khả thi về kinh tế, nhưng chúng không mang lại tiến bộ đáng kể.

Một đập thủy triều lớn được xây dựng ở La Rance, Pháp vào năm 1966 và vẫn hoạt động cho đến ngày nay với công suất phát điện 240 megawatt (MW), lớn nhất thế giới cho đến năm 2011, khi một tổ máy với công suất 254 MW được khai trương tại Hàn Quốc.

Trung tâm Năng lượng Biển Châu Âu, được thành lập vào năm 2003, là cơ sở lớn nhất thế giới để thử nghiệm các công nghệ sóng và thủy triều trong điều kiện biển thực tế. Cơ sở này có các địa điểm thử nghiệm được nối lưới điện cho các nguyên mẫu lớn hơn và các địa điểm thử nghiệm quy mô cho các thiết bị nhỏ hơn, đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm nhiều thiết bị năng lượng thủy triều hơn bất kỳ địa điểm nào khác trên thế giới.

Nguyên lý 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.

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.

Lợi ích của năng lượng thủy triều

Năng lượng thủy triều là nguồn tài nguyên sạch, tái tạo, bền vững vẫn chưa được khai thác triệt để và là cơ hội đáng kể để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng trên toàn cầu, cả hiện tại và trong tương lai.

Nước đặc hơn không khí hàng trăm lần, khiến năng lượng thủy triều mạnh hơn gió. Năng lượng thuỷ triều hiệu quả hơn năng lượng gió, năng lượng mặt trời do mật độ tương đối và không tạo ra khí nhà kính hoặc chất thải khác, làm cho năng lượng thuỷ triều trở thành nguồn năng lượng tái tạo hấp dẫn.

Khả năng dự đoán & cung cấp liên tục của thuỷ triều tốt hơn so với các nguồn năng lượng tái tạo khác như gió và mặt trời, vốn bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của khí quyển. Các chu kỳ triều thấp và triều cường rất dễ dự đoán và hiếm khi có những thay đổi bất ngờ.

Giới hạn của năng lượng thủy triều

Năng lượng thủy triều là một ngành công nghiệp vẫn còn hạn chế bởi một số rào cản đáng kể, trong đó chi phí là thách thức lớn nhất. Việc phát triển các thiết bị thủy triều và kết nối chúng với lưới điện đòi hỏi công việc chế tạo và kỹ thuật khá tốn kém.

Mặc dù có rất nhiều công nghệ thủy triều đang được thử nghiệm có thể cải thiện chi phí, nhưng chưa có công nghệ nào nổi lên như một công ty dẫn đầu thị trường có thể giúp thiết lập chuỗi cung ứng và bắt đầu giảm chi phí lắp đặt và bảo trì.

Ngoài các hạn chế về chi phí và địa lý, cũng có mối quan tâm đáng kể về các tác động môi trường. Việc xây dựng và vận hành các mảng năng lượng thủy triều dựa trên các công trình khổng lồ dưới nước có thể làm thay đổi trường dòng chảy xung quanh và chất lượng nước, cũng như ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống biển và môi trường sống của chúng, có khả năng gây ra va chạm bởi động vật biển và cá với các cánh tua bin quay và ảnh hưởng đến việc di chuyển của động vật biển và giao tiếp với tiếng ồn dưới nước. Điều này có thể khiến một số loài nhạy cảm tránh xa các trường điện từ từ dây cáp điện hoặc thay đổi môi trường sống của chúng.

Dự án điện thủy triều ở Việt Nam

Việt Nam có bờ biển dài trên 3.200 km và ven biển có nhiều vũng, vịnh, cửa sông, đầm phá, là tiền đề để khai thác năng lượng thủy triều. Tại khu vực Quảng Ninh, mật độ năng lượng thủy triều đạt khoảng 3,7 GWh/km2, Nghệ An khoảng 2,5 GWh/ km2 và giảm dần đến khu vực Thừa Thiên Huế với 0,3 GWh/ km2.

Về phía Nam, Phan Thiết là 2,1 GWh/ km2, Bà Rịa – Vũng Tàu với 5,2 GWh/ km2. Vùng biển Đông Bắc thuộc địa phận tỉnh Quảng Ninh và TP. Hải Phòng là khu vực có tiềm năng phát triển điện thủy triều lớn nhất nước, với công suất lắp máy có thể lên đến 550MW, chiếm 96% tiềm năng kỹ thuật nguồn điện thủy triều của Việt Nam.

Tuy nhiên, nguồn năng lượng này chưa được quan tâm khai thác, mới ở giai đoạn nghiên cứu sơ khai, chưa có những ứng dụng cụ thể phát điện từ nguồn năng lượng này.

Hy vọng qua bài viết về chủ đề năng lượng thủy triều do Thiết Bị Điện Goldsun tổng hợp sẽ giúp cho quý bạn đọc có thêm kiến thức mới về cách vận hành và nhiều thông tin hữu ích trong cuộc sống thường ngày.