Sóng biển tạo ra điện

Máy phát điện sóng biển

Mặt biển chiếm diện tích ~ 3/4 bề mặt địa cầu. Trung bình, nước biển có độ mặn khoảng 3,5% , nghĩa là mỗi lít nước biển chứa khoảng 35 gam muối, phần lớn là clorua natri (NaCl) hòa tan dưới dạng các ion Na+ và Cl-. Nước biển có thể được biểu diễn như là 0,6 M NaCl, có mức độ thẩm thấu cao và không thể uống được. Biển còn chứa một danh sách động - thực vật - thuỷ sinh khổng lồ nuôi dưỡng nhân loại. Biển cả luôn luôn nằm trong đáy sâu tâm khảm nhân loại, chiếm lĩnh một bộ phận lớn tư duy văn học, thơ ca thế giới.

Từ hàng nghìn năm qua, con người đã biết sử dụng nước biển để làm muối ăn, muối công nghiệp (sản xuất Sud, clohydric acid, soda Ash, ocid magne, v.v...), để phát triển ngư nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản biển, giao thông vận tải hàng hải và để .... chứa vô tội vạ các loại chất thải, nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

A/. Khai thác năng lượng từ biển.

Thời gian gần đây có rất nhiều cố gắng khai thác năng lượng (điện) từ biển.

1/. Cổ điển nhất là điện thuỷ triều. Dựa vào địa hình đặc biệt hoặc cửa sông với các đập chắn có cổng van đóng - mở theo chu trình thuỷ triều, lúc thuỷ triều lên mở cổng van thì tích nước, thuỷ triều xuống thì xả nước biển qua các turbine thuỷ điện. Nhà mày điện thuỷ triều thường có đầu tư rất lớn nhưng phát điện không thường xuyên, dễ bị xâm thực hoá học bởi thành phần nước biển v.v... nên thường chỉ được sử dụng như một nguồn điện phụ.

2/. Máy phát điện dùng nhiệt nước biển : Lợi dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa các tầng nước giúp ammoniac bốc hơi rồi hoá lỏng trở lại.
Đầu tiên, người ta dùng nước biển phía trên (có nhiệt độ 28-34 độ C) để hâm nóng một hỗn hợp ammoniac, khiến nó bốc hơi và đẩy turbine quay. Sau đó, ammoniac được dẫn xuống tầng nước biển phía dưới (10-15 độ C) để làm lỏng trở lại. Tiếp theo, ammoniac lỏng lại được bơm vào thùng hỗn hợp phía trên. Cứ như vậy, người ta có một vòng tròn khép kín, chuyển nhiệt lượng của nước biển thành điện năng.
Đầu tư cho nhà máy phát điện dạng này dĩ nhiên là rất tốn kém, công suất hạn chế, tính khả thi thấp.

3/. Sử dụng chênh lệch độ mặn của nước sông với nước biển : Một loại Pin có cấu tạo đơn giản, bao gồm hai điện cực (+) và (-) được đặt nằm trong một chất lỏng có chứa các hạt tích điện, hoặc ion. Chất lỏng này có thành phần là muối ăn thông thường bao gồm các ion Natri và Clo.
Ban đầu, pin được làm đầy nước ngọt và một dòng điện nhỏ được sử dụng để nạp điện. Sau đó tháo nước ngọt và thay thế bằng nước biển. Bởi vì nước biển chứa các ion nhiều hơn từ 60 đến 100 lần so với nước ngọt, tạo ra điện áp giữa hai điện cực. Điều đó làm cho nó có thể thu thêm nhiều điện hơn so với năng lượng để sạc pin.
Dạng phát điện này cũng có công suất bé + vận hành không đơn giản và giá nước ngọt không phải là rẻ. Nhà nghiên cứu Yi Cui than thở rằng yếu tố hạn chế công nghệ này là số lượng nước ngọt có sẵn. "Chúng ta thực sự có một số lượng vô hạn của nước đại dương, tiếc là chúng ta không có một số lượng vô hạn của nước ngọt".

B/. Máy phát điện sóng biển.

Một mô hình của Kim_Techno từ năm 1986 tại xã Hàm Tiến, Thị Xã Phan Thiết (nay là TP. Phan Thiết) đã sử dụng những phương tiện giản đơn có sẵn tại địa phương, tồn tại và phát huy tác dụng trong 5 năm. Cơ cấu của máy phát điện khá đơn giản như hình sau :

I/. Chi tiết :
1/. Sóng biển : với xung lực lớn, sức xâm thực mạnh, sóng biển đe doạ và thực sự gặm nhấm bờ biển khu vực này, thường xuyên cắt đứt con đường ven biển và phá hoại các công trình, nhà ở dân dụng sát bờ.
2/. Vùng nước biển lặng đi do năng lượng của sóng biến đã chuyển thành điện năng.
3/. Phao nửa nổi 200 lít làm bằng thùng phuy cũ, sơn chống gỉ, chống hà. Phao sẽ dập dềnh trên mặt sóng, lấy đi một phần năng lượng của sóng thông qua lực đẩy Archimeda trên thể tích phao, chiếm ~ 25% năng lượng của sóng biển. Một máy phát 6,5 KW cần chừng 8 phao như vậy. Năng lượng thu được từ phao gọi là E(A)
Dạng trụ tròn của phao cũng là điều kiện hướng sóng lên "tấm vây" (5).
4/. Tay đòn bằng gỗ tròn D = 100mm, dài 12m, cố định góc chuyển động trực phương của phao, cũng là tay biên truyền lực Archimeda.
5/. "Tấm vây" bằng gỗ phủ composite. Khi sóng vượt lên vành tròn của phao, năng lượng sóng biển tác động làm "tấm vây" ngả về sau, rồi theo xu hướng đường hồi mà dựng nó trở lại chờ con sóng tiếp theo. Năng lượng thu được trên "tấm vây" chiếm khoảng 42% đến 65% năng lượng của sóng. Năng lượng thu được từ tấm vây gọi là E(B).
6/. Tay đòn collector thu năng lượng E(B) từ "tấm vây". Tay đòn làm bẳng gỗ vuông 40 x 40 mm, dài 12,5m.
7/. Các điểm "khớp" động, ổ quay.
8/. Bệ định vị trực phương.
9/. Khu bảo vệ + bờ kè chắn sóng.
10/. Bệ thu năng E(A) của máy.
11/. Các thanh collector thu năng E(B) của máy.
12/. Nền đất bờ biền.

II/. Vận hành :
- Sóng biển làm phao chuyển động lên - xuống kiểu "dập dềnh". Năng lượng này có mối quan hệ tương ứng với chiều cao sóng và thể tích phao.
- Cánh tay (4) chuyển động quay một góc quanh trục (7)/8. Động năng này chuyển lên trục (7)/10 bằng dây xích (sên) có cơ chế một chiều, tạo ra moment quay hữu ích E(A).
- Sóng biển vượt lên "phao", đập vào làm xô đầy tấm vây (5) làm tấm vây này quay một góc quanh khớp động, truyền năng lượng qua tay đòn (6), thông qua thanh collector (11) đưa năng lượng E(B) vào (7)/11 chuyển thành moment quay. Moment E(A) và E(B) tổng hợp lực bằng một bộ đồng tốc để kéo Alternator phát điện.
E = E(A) + E(B)
- Khi mức nước biển thay đổi theo thuỷ triều thì khối nặng màu tím ở (10) làm thay đổi khoảng cách tay đòn và ổ quay (7)/10, duy trì ổn định cơ học của hệ.

III/. Bàn thêm :
1/. Máy phát điện năng lượng sóng biển chế tạo và vận hành đơn giản, sử dụng được năng lực cơ khí + xây dựng hạn chế tại địa phương. Máy phát điện năng lượng sóng biển có thể xây dựng bất cứ nơi đâu : biển vắng không người, hải đảo.
2/. Năng lượng sóng biển cung cấp hào phóng, không mất tiền, suất đầu tư máy phát bé, giá thành điện thấp (~0,22 USD / KWh) có mãi lực và tính cạnh tranh rất cao.
3/. Không chỉ phát điện, nhà máy điện sóng biển còn là phương thức triệt tiêu tác dụng xâm thực, bảo vệ an toàn công trình cận bờ biển.
4/. Với công suất 1KW chỉ cần 1m chiều dài bờ biển, ~3500 Km bờ biền VN chỉ cần sử dụng các vùng bở biển, hải đảo ... năng lực kinh tế + du lịch không cao có thể thoả mãn một bộ phận lớn nhu cầu điện năng của nền Kinh Tế Quớc Dân Việt Nam giai đoạn 2015 - 2050