Năng lượng sóng biển trên thế giới và đề xuất nghiên cứu, phát triển đối với các vùng biển Việt Nam
Tóm tắt: Bài báo giới thiệu sơ bộ hiện trạng tài nguyên năng lượng sóng biển trên thế giới và đề xuất về
năng lượng sóng biển đối với các vùng biển Việt Nam. Tiềm năng năng lượng sóng có thể khai thác được
trên thế giới là 29.500 TWh/năm. Các trạm điện bằng sóng biển có công suất phổ biến từ 50 kW, 100 kW,
300 kW đến 500 kW đã được xây dựng ở một số nước như Ấn Độ, Scotland, Na Uy, Bồ Đào Nha, Anh. Theo
kết quả tính toán năng lượng sóng trung bình năm dựa trên các nguyên lý tạo ra năng lượng sóng biển, cách tính toán mật độ năng lượng sóng, phương thức phân vùng tài nguyên năng lượng sóng biển Việt Nam cho thấy khu vực có tiềm năng năng lượng sóng 10 kW/m trải rộng toàn bộ vùng giữa Biển Đông, áp sát vào khu vực ven bờ biển Nam Trung Bộ và đây là khu vực khai thác năng lượng sóng thuận lợi nhất.
sẽ truyền với các tốc độ khác nhau mà thông thường được gọi là hiện tượng khúc xạ. Tốc độ của nhóm sóng hay tốc độ truyền năng lượng sóng C g được xác định bởi: 1 4 /1 2 sinh(4 / )g L d LC nC T d L π π = + = Trong đó: C là tốc độ pha của sóng [ ]2tanh tanh 2 2g gL d gLC kd L π π π = = Trong đó: k là số sóng. 4.3. Tiềm năng năng lượng sóng Việt Nam Theo kết quả nghiên cứu khoa học về khai thác sử dụng năng lượng sóng biển ở nước ta trong những năm gần đây đã xây dựng được tập bản đồ năng lượng sóng khu vực Biển Đông. Tập bản đồ năng lượng sóng được xây dựng dựa trên các tham số sóng tính toán từ mô hình tính sóng toàn cầu SWAN cho khu vực Biển Đông với số liệu đầu vào là trường gió phân tích từ vệ tinh của JMA. Dưới đây là một số là bản đồ về độ cao sóng và năng lượng sóng trong tập bản đồ mà đề tài đã nghiên cứu được: Các bản đồ năng lượng sóng theo tháng, mùa và năm chỉ ra rằng tiềm năng năng lượng sóng vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt Nam phụ thuộc trực tiếp vào chế độ gió, trong đó chế độ gió mùa đóng vai trò quyết định. - Gió mùa Đông Bắc tạo ra vùng năng lượng 2 2 2 16 16 8k P gH L gH L gH LE E E ρ ρ ρ= + = + = (4.1) (4.2) (4.8) (4.9) (4.7) 108 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 2 - Tháng 6/2017 sóng khá mạnh trên vùng Bắc và giữa Biển Đông. Vào thời kỳ các tháng 11 năm trước đến tháng 1 năm sau trường sóng trên Biển Đông trong gió mùa Đông Bắc rất mạnh tạo ra các vùng có tiềm năng năng lượng sóng cực đại khoảng 40 kW/m. Vào tháng 12, khu vực với năng lượng sóng đạt 30 kW/m bao phủ toàn bộ vùng giữa Biển Đông và ép sát vào vùng bờ biển miền Trung Việt Nam từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận. Đây là thời gian khai thác năng lượng sóng thuận lợi nhất trong năm. Năng lượng sóng trung bình trong mùa gió mùa Đông Bắc có độ lớn cực đại đạt 25 kW/m tập trung tại hai khu vực phía ngoài khơi Đông Bắc Biển Đông và phía ngoài khơi Nam Trung Bộ. - Mùa gió mùa Tây Nam, do tốc độ gió không mạnh bằng gió mùa Đông Bắc và khu vực ảnh hưởng cũng hạn chế ở vùng phía Nam Biển Đông nên tiềm năng năng lượng sóng về cơ bản không lớn. Năng lượng sóng cực đại trong mùa này chỉ đạt khoảng 20 kW/m xảy ra vào các tháng 7, tháng 8 và tập trung tại khu vực ngoài khơi phía Đông Nam Biển Đông. Tại khu vực quần đảo Trường Sa có thể tận dụng nguồn năng lượng sóng trong mùa gió mùa Tây Nam để khai thác năng lượng sóng. Năng lượng sóng trung bình trong mùa này có khu vực cực đại tại vùng biển Đông Nam Biển Đông và độ lớn của năng lượng sóng cực đại tại vùng này chỉ đạt khoảng 10 kW/m. Theo kết quả tính toán năng lượng sóng trung bình năm cho thấy khu vực có tiềm năng năng lượng sóng 10 kW/m trải rộng toàn bộ vùng giữa Biển Đông và áp sát vào khu vực ven bờ biển Nam Trung Bộ. Xét trung bình mùa gió Đông Bắc và trung bình năm cho thấy đây là khu vực khai thác năng lượng sóng thuận lợi nhất trong tất cả các vùng ven bờ biển Việt Nam. Hình 3. Bản đồ độ cao sóng (trái) và năng lượng sóng (phải) trung bình gió mùa Tây Nam [1] Hình 4. Bản đồ độ cao sóng (trái) và năng lượng sóng (phải) trung bình gió mùa Đông Bắc [1] QĐ. Hoàng Sa QĐ. Hoàng Sa QĐ. Hoàng Sa QĐ. Hoàng Sa QĐ. Trường Sa QĐ. Trường Sa QĐ. Trường Sa QĐ. Trường Sa TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 2 - Tháng 6/2017 109 4.4. Phân vùng năng lượng sóng biển [3] - Vùng 1: Bắc Vịnh Bắc Bộ từ Móng Cái đến Thanh Hóa: Tại vùng này, do đặc điểm rất thoáng đối với sóng từ phía Nam - là trường sóng chiếm ưu thế trong gió mùa Tây Nam tại khu vực Vịnh Bắc Bộ nên năng lượng sóng chiếm ưu thế vào các tháng 6, 7, 8 với giá trị từ 16 kW/m trở lên vào thời gian này. Vào mùa gió mùa Đông Bắc, trường sóng tại khu vực này bị giới hạn bởi đà sóng ngắn nên năng lượng sóng không lớn. Tại các trạm phía Nam của vùng này (từ trạm 7-11) năng lượng sóng khá đều quanh năm đạt từ 15 kW/m trở lên. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 15 kW/m. - Vùng 2: Từ Thanh Hóa - Quảng Bình là vùng phía Nam Vịnh Bắc Bộ với đặc điểm là dòng năng lượng sóng trong gió mùa Đông Bắc chiếm ưu thế. Tại vùng này, từ tháng 10 năm trước đến tháng 2 năm sau, dòng năng lượng sóng đạt giá trị 30 kW/m trở lên trong mùa gió mùa Tây Nam, vào các tháng mùa hè, năng lượng sóng tại khu vực này nhỏ hơn 20 kW/m. Dòng năng lượng sóng trung bình của khu vực này đạt khoảng 25 kW/m. - Vùng 3: Quảng Bình đến Quảng Nam là khu vực Bắc miền Trung. Đây là khu vực có dòng năng lượng khá nhỏ quanh năm vì nguồn gió mùa Đông Bắc trường sóng bị đảo Hải Nam che chắn trong khi đó trong mùa gió Tây Nam thì gió thường thổi từ trong bờ ra. Tuy nhiên, vào mùa đông, dòng năng lượng sóng tại vùng biển này khá mạnh. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 10 kW/m. - Vùng 4: Từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận - khu vực Nam Trung Bộ. Đây là vùng có dòng năng lượng sóng mạnh nhất trên toàn dải ven bờ Việt Nam vì là vùng tiếp xúc trực tiếp với biển thoáng và có đà sóng gần như không bị giới hạn, trong cả hai mùa gió thịnh hành. Trong gió mùa Đông Bắc, năng lượng sóng tại vùng này đạt khoảng 30 kW/m trở lên. Đặc biệt, tại các vùng ven bờ Phú Yên, Ninh Thuận, dòng năng lượng sóng đạt xấp xỉ 100 kW/m. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 18 kW/m. - Vùng 5: Từ Bình Thuận đến Mũi Cà Mau - khu vực đồng bằng Nam Bộ. Dòng năng lượng sóng tại vùng này không lớn. Vì ở đây tác động của trường sóng trong gió mùa Đông Bắc đã bị yếu đi. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 18 kW/m. - Vùng 6: Ven bờ phía Tây từ Cà Mau đến Kiên Giang - khu vực biển phía Tây Nam là vùng có dòng năng lượng sóng yếu nhất trong toàn dải ven biển Việt Nam có những trạm quanh năm độ cao sóng nhỏ hơn 0,5 m và chu kỳ sóng nhỏ hơn 5 s. Do đó, không tính năng lượng sóng. Dòng năng lượng sóng lớn nhất phía Tây đảo Phú Quốc với khoảng 15 kW/m và xảy ra vào thời gian tháng 8, thời gian hoạt động mạnh của gió mùa Tây Nam. Dòng năng lượng sóng trung bình của vùng này là khoảng 5-6 kW/m. 5. Kết quả và thảo luận Kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ khai thác sử dụng năng lượng sóng biển hiện nay Hình 5. Bản đồ độ cao sóng (trái) và năng lượng sóng (phải) trung bình năm [1] QĐ. Hoàng Sa QĐ. Hoàng Sa QĐ. Trường SaQĐ. Trường Sa 110 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 2 - Tháng 6/2017 trên thế giới là rất khả quan, đạt được nhiều thành tựu, nhất là các công nghệ sản xuất điện năng từ sóng biển. Tạo điều kiện cho cho các nước có tiềm năng về năng lượng sóng biển, trong đó có Việt Nam có thể khai thác và sử dụng, góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng và bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia. Theo kết quả tính toán năng lượng sóng trung bình năm cho thấy khu vực có tiềm năng năng lượng sóng 10 kW/m trải rộng toàn bộ vùng giữa Biển Đông và áp sát vào khu vực ven bờ biển Nam Trung Bộ. Xét trung bình gió mùa Đông Bắc và trung bình năm cho thấy đây là khu vực khai thác năng lượng sóng thuận lợi nhất trong tất cả các vùng ven bờ Việt Nam. Vào thời kỳ các tháng 11 năm trước đến tháng 1 năm sau trường sóng trên Biển Đông trong gió mùa Đông Bắc rất mạnh tạo ra các vùng có tiềm năng năng lượng sóng cực đại khoảng 40 kW/m. Vào tháng 12, khu vực với năng lượng sóng đạt 30 kW/m bao phủ toàn bộ vùng giữa Biển Đông và ép sát vào vùng bờ biển miền Trung Việt Nam từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận. Đây là thời gian khai thác năng lượng sóng thuận lợi nhất trong năm. Năng lượng sóng trung bình trong mùa gió mùa Đông Bắc có độ lớn cực đại đạt 25 kW/m tập trung tại hai khu vực phía ngoài khơi Đông Bắc Biển Đông và phía ngoài khơi Nam Trung Bộ. Hình 6. Sơ đồ các điểm tính dòng và phân vùng năng lượng sóng biển dải ven biển Việt Nam [3] TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 2 - Tháng 6/2017 111 Tài liệu tham khảo 1. Báo cáo tổng hợp đề tài cấp Nhà nước, Nghiên cứu đánh giá tiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các giải pháp khai thác, Viện Cơ học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2010. 2. Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển (2007), “Khai thác năng lượng sóng trên thế giới và sơ bộ đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng này ở Việt Nam”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học toàn quốc “Năng lượng biển Việt Nam - Tiềm năng, Công nghệ và Chính sách”, Hạ Long, 22 - 24/10/2007. 3. Đỗ Ngọc Quỳnh (2004), “Đánh giá tiềm năng năng lượng biển Việt Nam”, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2002-2003, Hà Nội. 4. Dư Văn Toán (2014), “Năng lượng tái tạo trên biển và định hướng phát triển tại Việt Nam”, Tập san Tài nguyên và Môi trường biển, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam. 5. Annual Report (2016), Ocean Energy Systems. 6. Iraide López (2013), Review of wave energy technologies and the necessary power-equipment, Universidad del País Vasco, Spain, 50pp. OCEAN WAVE ENERGY IN THE WORLD AND PROPOSALS FOR RESEARCH AND DEVELOPMENT IN THE VIETNAMESE SEA Le Duc Dat, Du Van Toan, Nguyen Cao Van, Do Ta Hoa Viet Nam Institute of Seas and Islands Abstract: This paper presents the current situation of marine wave energy resources in the world and suggestions on wave energy in Vietnam's sea areas. The wave energy potential that can be exploited in the world is 29,500 TWh per year. Wave power stations with a common capacity of 50 kW, 100 kW, 300 kW and 500 kW have been built in some countries such as India, Scotland, Norway, Portugal and England. According to calculations of annual average wave energy based on the principles of generating wave energy, the calculation of wave energy density, the method of partitioning wave energy resources in Viet Nam shows that the area has potential 10 kW/m wave energy extends across the entire East Sea to the South Central Coast and is the most advantageous area for wave energy. Keywords: East Sea, wave energy, calculation, wave resources.
File đính kèm:
- nang_luong_song_bien_tren_the_gioi_va_de_xuat_nghien_cuu_pha.pdf