Sửa đổi khung đỡ điện sóng biển cho phù hợp với công suất sóng ở từng nơi

Bài: “Tính công suất sóng dựa vào số liệu trong các bản tin dự báo sóng biển đã thu thập được” [1] đăng trên Tạp chí Vật lý ngày nay số 2 năm 2021 (tháng 5 năm 2021) của Hội Vật lý Việt Nam đã tính được công suất sóng trên các vùng biển của nước ta, công suất sóng ở nơi biển sâu 5 m trên các vùng biển gần bờ của nước ta và so sánh điện sóng biển trên các khung đỡ gần bờ với công suất sóng biển ở nơi đó như trong 3 biểu sau:







Các tỷ lệ cho cả năm trong Bảng 9 chỉ khoảng 40% nhưng thực tế là đã sử dụng khoảng 70% do trước đó còn có ma sát khi biến từ chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện, hao hụt khi biến từ cơ sang điện, hao hụt điện trên đường dây, hao hụt khi biến đổi điện thành điện cao thế để cung cấp cho điện lưới quốc gia. Năng lượng sóng được hấp thụ nhiều như vậy là do khung đỡ có 3 hàng phao đặt so le nhau. Qua hàng phao thứ nhất sóng dồn sang hàng phao thứ hai, qua 2 hàng phao đầu năng lượng sóng còn lại không nhiều lại dồn tiếp vào hàng phao thứ ba.

Qua đó ta cần phải sửa đổi lại khung đỡ điện sóng biển như sau:

1. Đối với khung đỡ gần bờ:

Trước đây do chưa nghĩ đến công suất sóng biển gần bờ là bao nhiêu nên trong vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau đã tính với cụm điện sóng biển 11 khung đỡ, vùng biển Quảng Trị đến Quảng Nam đã tính 6 khung đỡ và vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau tính thêm đê ở phía sau khung đỡ để sóng tới gặp sóng phản xạ làm cho sóng càng dữ dội hơn nhằm tăng thêm sản lượng điện và tạo nơi trú ẩn an toàn cho tàu đánh cá khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới. Phao hình trụ tròn đường kính 6 m và đều cao 2,6 m cho tất cả các vùng biển gần bờ.

Nhưng nay thấy sóng qua khung đỡ gần bờ chỉ còn khoảng 30% năng lượng, đòi hỏi khung đỡ phía ngoài phải rất xa thì sóng mới có điều kiện để hồi lại sức khi vào đến khung đỡ phía trong, ngoài xa lại còn phải để một khoảng biển rất rộng cho tàu thủy trong nước và quốc tế qua lại nên tôi chỉ còn để duy nhất 1 khung đỡ gần bờ mà thôi. Sóng chỉ còn rất yếu sau khi qua khung đỡ nên không cần phải làm đê ở phía sau khung đỡ và tàu đánh cá có thể trú ẩn an toàn phía sau khung đỡ điện sóng biển khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới. Trước đây trên khung đỡ gần bờ chỉ gắn 2.256 bộ tạo nguồn điện để đề phòng dòng Rip, nay biết được sóng chỉ còn rất yếu sau khi qua khung đỡ, khả năng dòng Rip không còn, nên có thể gắn 2.267 bộ tạo nguồn điện trên khung đỡ gần bờ. Ngay từ khi tính Bảng 9 đã phải hạ thấp chiều cao của phao trong các vùng biển gần bờ phía bắc cho tỷ lệ sử dụng công suất sóng gần ngang với vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau. Tôi không dùng các phao hình trụ tròn đường kính 4 m hoặc 5 m cho các vùng có sóng biển thấp vì với cùng sản lượng điện đạt được thì chúng đều phải có thể tích lớn hơn và đều phải chịu những tác động lớn hơn so với khi dùng phao hình trụ tròn đường kính 6 m có chiều cao thấp.

Do khi bão vào đến gần bờ vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau thường đã suy yếu thành áp thấp nhiệt đới nên trên mỗi khung đỡ gần bờ của điện sóng biển ở vùng biển này có thể cắm thêm 190 điện gió nhỏ cánh dài 5 m, chúng đều cách nhau trên 40 m.

Việc so sánh công suất điện sóng biển của khung đỡ gần bờ với công suất sóng biển đã có trong Bảng 9.

2. Vươn ra ngoài biển xa để đón sóng lớn:

Để có thể chống đỡ được với bão lớn, ngoài biển xa khung đỡ cần có dạng hình lượn sóng như sau:



Khung đỡ nên đặt theo hướng bắc - nam để dù sóng theo hướng đông bắc - tây nam hoặc hướng tây nam - đông bắc thì nó cũng đều gặp trực tiếp các phao của khung đỡ. Do sóng có tính chất lan tỏa nên ta chỉ tính bình quân lực tác động của sóng vào phao chỉ bằng 90% so với lực sóng tác động vào phao gặp đầu tiên của khung đỡ.

Nhìn vào hình vẽ này ta thấy khung đỡ gồm nhiều hình bình hành lớn và nhiều hình bình hành nhỏ. Trong mỗi hình bình hành lớn có 6 khung chịu lực và 2 nơi có thể lắp điện gió cánh dài 6 m.

Khung đỡ dài bằng khoảng 1/3 khung đỡ gần bờ nên có 70 hình bình hành lớn và 69 hình bình hành nhỏ. Số khung chịu lực trong khung là: 6x70 = 420 khung. Số điện gió trong khung là: 2x70 = 140 điện gió, chúng đều cách nhau trên 48 m. Khung đỡ dài khoảng: 11,8x70x4 = 3.304 m và chúng được đặt cách nhau khoảng 3 km. Chiều ngang của khung đỡ có những chỗ rộng tới 82 m, vật cản gió trong khung đỡ rất ít nên nó rất vững chắc khi có bão lớn.

Nếu so sánh công suất của khung đỡ xa bờ với công suất sóng biển ta có kết quả sau:



Công việc khó nhất trong việc lắp ráp khung đỡ gần bờ trên biển là lắp ráp các khung chịu lực, trong đó đặc biệt là lắp ráp phao vào khung chịu lực trên biển. Nhưng nhìn hình ảnh khung đỡ xa bờ ta thấy không còn có khung chịu lực nào được lắp ráp trên biển và trong khung đỡ không có đường ô tô, chỉ có các đường nhỏ cho công nhân đi lại và làm việc. Việc lắp ráp trên biển chỉ còn là lắp ráp các thanh liên kết để gắn các cụm 4 cột chống với nhau tạo thành một khối lớn vững chắc.

Mỗi khung đỡ phía ngoài được thay bằng 3 khung đỡ xa bờ. Trong mỗi cụm điện sóng biển trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau trước đây có 10 khung đỡ phía ngoài, sẽ được thay thế bằng: 3x10 = 30 khung đỡ xa bờ. Số khung đỡ này sẽ kéo dài tới: 3x30 = 90 km. Nhìn vào Bản đồ độ sâu đáy biển vùng biển Việt Nam và kế cận [2] ta thấy các đường đẳng sâu 20 m và 50 m trên vùng biển phía bắc tỉnh Bình Thuận khá gần bờ, càng về phía nam càng mở ra rất rộng, vì thế ứng với 1 khung đỡ gần bờ vùng biển Bình Thuận chỉ nên để bình quân khoảng 20 khung đỡ xa bờ, ứng với 1 khung đỡ gần bờ vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu để 30 khung đỡ xa bờ, ứng với 1 khung đỡ gần bờ vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau để 40 khung đỡ xa bờ. Như vậy các khung đỡ này đã vượt ra phía ngoài Côn Đảo. Các đường đẳng sâu 20 m và 50 m trên vùng biển Quảng Trị đến Quảng Nam ở gần bờ hơn nên ứng với 1 khung đỡ gần bờ vùng biển này chỉ để khoảng 10 khung đỡ xa bờ. Các đường đẳng sâu 20 m và 50 m trên vùng biển Thanh Hóa đến Quảng Bình ở xa bờ hơn nên ứng với 1 khung đỡ gần bờ vùng biển này có thể để khoảng 20 khung đỡ xa bờ. Các khung đỡ xa bờ vươn ra ngoài biển xa như vậy nên ta phải tính bình quân độ sâu đáy biển ở khu vực khung đỡ xa bờ là 20 m. Trong giới thiệu của Công ty Cổ phần Bê tông ly tâm Thủ Đức về cọc bê tông dự ứng lực, Công ty này cho biết có cọc dài từ 5 m đến 36 m. Với ống bê tông dự ứng lực dài 36 m, khung đỡ xa bờ của điện sóng biển có thể vươn ra đến nơi biển sâu 30 m. Lưu ý là nếu có cọc dài hình nón cụt thì khung đỡ sẽ vững chắc hơn nhiều, 1 khung đỡ xa bờ cần tới 1.680 cọc, nên đơn vị lắp đặt khung đỡ có thể bàn với Công ty làm cọc bê tông dự ứng lực làm loại cọc này để thay cho các cọc bê tông dự ứng lực thông thường.

3. Kết quả tính toán:

Đến hết ngày 31/05/2021 tôi đã thu thập được 2.024 bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia, với những thay đổi như đã nêu trên sẽ có được các kết quả tính toán chủ yếu như sau:







So với sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu năm 2020 của Việt Nam là 247,08 tỉ KWh thì sản lượng này lớn gấp 1,43 lần. Trong đó phần dễ làm nhất là chỉ dùng khung đỡ gần bờ đã là 32.277,9 triệu KWh, lớn hơn sản lượng điện của tất cả các nhà máy thủy điện trên sông Đà và các sông nhánh của nó cộng lại.



Số tiền còn lại và những việc còn lại phải làm đã có trong biểu này. Những việc còn lại chỉ là những máy phát điện một chiều gắn vào các khung đỡ với số lượng và công suất bình quân đã có trong biểu, các đường dây điện nối từ các máy phát điện một chiều đó tới trạm biến đổi điện sao cho hao tổn điện trên đường dây thấp nhất và xây dựng trạm biến đổi điện. Đối với khung đỡ xa bờ cần có thêm cáp ngầm để đưa điện vào bờ. Kính mong các chuyên gia về xây dựng công trình điện ước tính giúp hộ những việc còn lại đó sẽ hết khoảng bao nhiêu tỉ đồng và chiếm khoảng bao nhiêu phần trăm so với số tiền còn lại khổng lồ vừa ước tính cho từng vùng biển trong biểu trên. Từ đó ta có thể thấy được ngay giá thành phát điện của điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau có rẻ hơn nhiều so với thủy điện hay không?


Tài liệu tham khảo

[1] Tính công suất sóng dựa vào số liệu trong các bản tin dự báo sóng biển đã thu thập được, Lê Vĩnh Cẩn, Tạp chí Vật lý ngày nay số 2 năm 2021 (tháng 5 năm 2021).

[2] Bản đồ độ sâu đáy biển vùng biển Việt Nam và kế cận, Phân viện Hải dương học tại Hà Nội.