Tiềm năng 3 loại điện chạy bằng năng lượng tái tạo cùng gắn trên 1 khung đỡ

Nhu cầu điện của nước ta tăng lên rất nhanh nhưng:

- Điện chạy bằng than đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của nhân dân, không những thế khả năng sản xuất than trong nước chỉ có hạn, nên đã phải mua thêm than của nước ngoài và sẽ phải mua ngày càng nhiều hơn.

- Thủy điện không còn khả năng để phát triển thêm nhiều vì các thủy điện lớn và vừa đã xây dựng gần hết rồi.

- Điện chạy bằng khí đốt cũng chỉ phát triển đến một mức độ nào đó.

Tại Hội nghị Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu lần thứ 24 (COP24), Germanwatch công bố bảng xếp hạng mới nhất của các quốc gia dựa trên chỉ số ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu hay mức độ mất mát mà từng quốc gia phải chịu do thiên tai liên quan đến biến đổi khí hậu. Trong bảng xếp hạng này Việt Nam đứng thứ 6 toàn cầu, đứng thứ 1 trong số các quốc gia ASEAN.

Vì vậy cần phải nhanh chóng phát triển điện chạy bằng năng lượng tái tạo và đây cũng đang là xu hướng chung trên thế giới để chống biến đổi khí hậu. Tôi đã có nhiều bài viết về điện chạy bằng năng lượng tái tạo trên các Diễn đàn webdien.com, Diễn đàn Kỹ sư Công trình Biển, trên trang web vncold.vn của Hội Đập lớn và Phát triển Nguồn nước Việt Nam,... Trong đó có bài đã có trên 15 triệu lượt người xem, có bài đã có trên 10,2 triệu lượt người xem và 2 bài mỗi bài có trên 10 triệu lượt người xem. Những bài đó ngày càng được bổ sung sửa đổi cho tốt hơn. Vì vậy trong bài này tôi hệ thống lại những bài viết đó và chỉ để lại những gì đang dùng để người xem dễ nắm bắt hơn.

1. Nhược điểm của các loại điện chạy bằng năng lượng tái tạo chính và cách khắc phục:

1.1. Nhược điểm của các loại điện chạy bằng năng lượng tái tạo chính:

1.1.1. Điện gió:

- Điện không ổn định do gió khi mạnh khi yếu. Chỉ cần có một cơn giông là điện gió tăng vọt hẳn lên. Điện gió tăng tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ gió, thí dụ như tốc độ gió tăng gấp đôi thì điện gió tăng gấp 8 lần, tốc độ gió tăng gấp ba thì điện gió tăng gấp 27 lần,... Đặc biệt là khi ở vùng gần tâm bão tốc độ gió có thể lên đến hàng trăm km/giờ, khi ở trong tâm bão lặng gió, khi tâm bão vừa đi qua tốc độ gió lại tăng lên đến hàng trăm km/giờ, với tốc độ gió thay đổi nhanh chóng như vậy nếu không có biện pháp đặc biệt để ngăn chặn thì điện gió sẽ bị hư hỏng hoặc thay đổi rất khủng khiếp. Vì thế Điện gió Bạc Liêu có hệ thống điều khiển tự gập cánh lại để tránh hư hỏng khi bão lớn. Nếu tỷ trọng điện gió khá lớn, khi có bão điện gió lớn tạm ngừng phát điện thì lấy đâu ra điện để bù vào?

- Điện gió lớn có thể làm thay đổi dòng không khí, ảnh hưởng đến các loài chim di trú.

Nếu điện gió lớn đặt ở trên đất liền thì:

- Tiếng ồn có thể ảnh hưởng đến các loài động vật hoặc con người sống gần nơi đặt các trạm năng lượng gió.

- Có thể ảnh hưởng đến các trạm thu phát sóng điện thoại, truyền hình,…

Nếu điện gió lớn đặt ở xa ngoài biển thì:

- Đòi hỏi công nghệ rất cao, ta chưa tự làm được, vốn đầu tư rất lớn.

- Xa bờ, phải truyền điện vào bờ bằng cáp ngầm, mỗi lần muốn kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa,... phải đi ra bằng tàu thủy.

1.1.2. Điện mặt trời:

- Điện mặt trời không ổn định do ngày có đêm không, khi nắng có khi mưa không, chỉ cần 1 đám mây bay qua là điện đã giảm hẳn đi. Điện mặt trời gắn trên mái nhà tận dụng được mái nhà chưa có gì trên đó nhưng điện mặt trời tập trung lại chiếm rất nhiều đất.

- “Pin mặt trời có thể sản sinh ra lượng chất thải độc hại trên mỗi đơn vị điện nhiều hơn cả các lò phản ứng hạt nhân. Trên thực tế, các nhà khoa học đã có rất nhiều kinh nghiệm để đối phó với chất thải phóng xạ từ các lò phản ứng hạt nhân, nhưng lại có rất ít kinh nghiệm đối phó với chất thải năng lượng mặt trời.” Đó là câu đầu tiên của bài: “Mặt trái của chính sách phát triển năng lượng tái tạo” đăng ngày 22/04/2019 trên trang web nangluongvietnam.vn của Hiệp hội Năng lượng Việt Nam.

1.1.3. Điện sóng biển theo cách các nước đã làm:

Giá thành phát điện rất cao, không thể cạnh tranh được với các loại điện khác nên bây giờ người ta thường chỉ nói đến điện gió và điện mặt trời do:

- Nhiều công trình phải xây dựng từ dưới đáy biển lên, vốn đầu tư rất lớn.

- Nước biển có độ ăn mòn rất cao nhưng thiết bị điện sóng biển của nhiều nước nằm trong nước biển.

- Nhiều công trình phải truyền điện vào bờ bằng cáp ngầm dưới biển.

- Sử dụng những công nghệ rất hiện đại, phức tạp, khó sản xuất ở Việt Nam.

Tuy nhiên nếu làm được tốt thì điện sóng biển có ưu điểm là:

- Các công trình thủy điện lớn và vừa của nước ta tập trung chủ yếu ở Bắc Bộ và Tây Nguyên. Mùa khô thủy điện không có nước bổ sung, rất cần có nguồn điện khác hỗ trợ. Khi đó là mùa gió đông bắc, sóng ở biển Đông mạnh nhất là vào mùa này nên điện sóng biển có thể hỗ trợ cho thủy điện và giúp cho thủy điện để dành nước cho phát điện vào cuối mùa khô.

- Khi có bão thì điện gió phải ngừng hoạt động, điện mặt trời phát điện rất yếu nhưng khi đó sóng biển rất mạnh và điện sóng biển phát rất nhiều điện có thể bù cho 2 loại điện kia.

- Độ cao của sóng biển ít biến động đột xuất vì sóng do gió sinh ra và phải qua quá trình tích lũy năng lượng thì sóng mới lớn dần lên. Gió đông bắc từ eo biển Đài Loan, Philippin đến vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau phải đi qua biển dài trên 2.000 km nên một cơn giông lớn trên biển cũng chỉ ảnh hưởng một phần đến độ cao của sóng biển. Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới thì khi chúng còn ở xa cũng đã bắt đầu có ảnh hưởng đến độ cao sóng biển, sau đó sóng lớn dần lên từ vài ngày trước và khi bão hoặc áp thấp nhiệt đới đi qua sóng mới giảm dần vào vài ngày sau nên không có biến động đột xuất như điện gió và điện mặt trời.

1.2. Cách làm điện sóng biển mới theo cách hoàn toàn Việt Nam có thể khắc phục được các nhược điểm đó:

1.2.1. Cách làm điện sóng biển mới theo cách hoàn toàn Việt Nam dựa vào:

- Có thể biến chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện rất đơn giản. Cách làm này đã được Cục Sở hữu Trí tuệ cấp Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích số 1396 về Cơ cấu biến đổi chuyển động với 3 phương án theo Quyết định số 36352/QĐ-SHTT ngày 20/06/2016.

- Lợi dụng các vùng có đáy biển khá bằng phẳng do phù sa của các sông lắng xuống từ bao đời nay, khó có khả năng còn đá ngầm và không thuận lợi cho các loại san hô phát triển để làm điện chạy bằng năng lượng sóng biển theo cách hoàn toàn Việt Nam. Nhờ vậy không cần phải xây dựng từ dưới đáy biển lên, chỉ cần gắn ngay trên bờ các thanh thép dài 12 m vào các ống thép của cột chống thành từng cụm 4 cột chống bao gồm cả bộ phận chống lún để cắm dần từng cụm xuống biển, đoạn đường đi lại và đứng làm việc của công nhân trong cụm cũng được gắn ngay trên bờ, rồi gắn tiếp những thanh thép dài 12 m để nối các cụm đó lại với nhau thành khung đỡ dài với 3 hàng phao. Trong mỗi khung đỡ có 2 tầng liên kết, trong mỗi tầng thì các thanh liên kết tạo thành những tam giác đều nên khung đỡ rất vững chắc. Giá thành phát điện rẻ chính là nhờ việc làm này.

- Dùng phao nửa nổi nửa chìm nên lực nâng lên lớn nhất, lực hạ xuống mạnh nhất của phao chỉ bằng trọng lượng của phao, trụ đứng giữa phao và thanh thép có răng gắn vào trụ đứng. Nhưng cái quan trọng nhất là đã giảm được công suất do phao sinh ra khi có sóng lớn theo công thức (h-a)x(h-a)/(hxh) trong đó h là khoảng nâng lên hạ xuống của phao và a là nửa chiều cao của phao. Cách chứng minh công thức này như thế nào, xin xem trong phần 2 của Phụ lục 1. Khoảng nâng lên hạ xuống h của phao phụ thuộc vào độ cao sóng biển và tỷ lệ giữa đường kính phao và bước sóng, sóng càng lớn h càng gần với độ cao sóng biển, cách tính h như thế nào đã có trong phần 1 của Phụ lục 1. Nhờ vậy khi có sóng rất mạnh thì điện sóng biển cũng không tăng mạnh lên như điện gió, cụ thể là khi dùng phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m, nếu sóng cao gấp 2, gấp 3, gấp 4 hoặc gấp 5 mức bình thường là 2 m chẳng hạn thì công suất của phao chỉ cao gấp 2,27 lần, gấp 3,29 lần, gấp 4,34 lần hoặc gấp 5,26 lần, không tăng mạnh đến mức gấp 8 lần, gấp 27 lần, gấp 64 lần hoặc gấp 125 lần như điện gió nếu tốc độ gió tăng lên gấp 2, gấp 3, gấp 4 hoặc gấp 5.

- Vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau hội tụ được những điều kiện đặc biệt thuận lợi cho điện sóng biển, điện gió và điện mặt trời. Chi tiết cụ thể như trong Phụ lục 2.

1.2.2. Cách làm đó có thể khắc phục được các nhược điểm của điện gió lớn, điện mặt trời tập trung và điện sóng biển theo cách các nước đã làm trước đây, cụ thể là:

- Không phải xây dựng từ dưới đáy biển lên mà chỉ cần cắm dần từng cụm 4 cột chống xuống đáy biển, sau đó kết nối chúng lại với nhau thành khung đỡ dài có 3 hàng phao và công nhân hoàn toàn làm việc ở trên cao.

- Không phải dùng cáp ngầm để truyền điện vào bờ như điện gió trên biển xa hoặc điện sóng biển các nước đã làm trước đây mà các đường dây dẫn điện hoàn toàn nằm trên khung đỡ. Trong các khung đỡ đều có đường ô tô bằng thép tấm cho xe con, xe nhỏ vận chuyển vật liệu điện, xe máy của công nhân đi làm việc,... chạy ra đến nơi xa nhất của khung đỡ.

- Phần ngâm trong nước biển chỉ có chân các cột chống bằng ống bê tông dự ứng lực phía dưới gắn bộ phận chống lún bằng bê tông cốt thép và các phao. Chỉ cần diện tích của bộ phận chống lún bằng bê tông cốt thép rộng khoảng 50 m2 thì áp lực xuống đáy biển của nó và các vật đè lên nó còn nhỏ hơn áp lực của nước biển xuống đáy biển ở độ sâu 5 m nên không sợ bị lún. Các bộ phận tạo nguồn lực để chạy máy phát điện và máy phát điện đều ở cao trên 11 m so với mực nước biển.

- Không tốn đất để xây dựng như điện mặt trời tập trung.

- Sử dụng những công nghệ rất bình thường nhiều nơi trong nước có thể làm được. Các máy phát điện một chiều chỉ là những máy có công suất dưới 200 KW.

- Thủy điện là loại điện có giá thành phát điện thấp nhất nước ta hiện nay nhưng mặc dù đã giảm sản lượng điện 20% để dự phòng rủi ro mà giá thành phát điện của điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau đã tính toán đến từng chi tiết cụ thể như ở trong mục 2.6 của bài này có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện.

- Tầng liên kết trên của khung đỡ phần lớn chưa sử dụng đến nên có thể gắn thêm điện gió nhỏ và điện mặt trời và giá thành phát điện của chúng sẽ rẻ hơn điện gió và điện mặt trời thông thường. Do chúng nằm rải trên một dãy dài nên cũng ít bị biến động hơn loại tập trung ở một chỗ.

2. Điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam:

2.1. Độ cao bình quân tháng của sóng biển trên từng vùng biển ở nước ta:

Cuối tháng 12 năm 2011 và từ chiều ngày 04/03/2012 đến sáng ngày 04/03/2013, tôi đã tìm kiếm dự báo độ cao sóng biển trong các bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. Sau đó từ 01/01/2018 đến nay lại tiếp tục thu thập thêm. Tính đến 31/05/2019 tổng cộng đã thu thập được 1.293 bản tin dự báo sóng biển và kết quả tính toán độ cao sóng biển bình quân từng tháng (tính theo mét) như sau:



Trong đó 6 vùng biển gần bờ là: Bắc Vịnh Bắc Bộ, Nam Vịnh Bắc Bộ, Quảng Trị đến Quảng Ngãi, Bình Định đến Ninh Thuận, Bình Thuận đến Cà Mau và Cà Mau đến Kiên Giang. Vùng biển Cà Mau đến Kiên Giang có sóng biển thấp hơn hẳn các vùng biển gần bờ khác nên khi tính điện sóng biển không tính đến vùng biển này. Hướng của đường bờ biển, độ dốc đáy biển, dòng chảy biển,... rất quan trọng nên cần chia các vùng biển này thành các vùng nhỏ hơn để dễ dàng trong việc tính toán:

- Trong vùng biển Bắc Vịnh Bắc Bộ thì Quảng Ninh có rất nhiều đảo nên gần bờ sóng rất nhỏ, vùng biển Hải Phòng có đảo Cát Bà chắn hướng đông bắc nên sóng từ gió đông bắc ở gần bờ biển phía nam Hải Phòng sẽ yếu hẳn đi vì thế trong vùng biển này chỉ xét từ Thái Bình đến Ninh Bình. Vùng này hoàn toàn nằm trong vùng có dòng chảy biển chậm nhưng do độ cao sóng biển còn thấp nên chỉ tính khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.

- Trong vùng biển Nam Vịnh Bắc Bộ thì hướng của đường bờ biển từ Thanh Hóa đến Nghệ An là bắc đông bắc - nam tây nam, nhưng hướng của đường bờ biển từ Hà Tĩnh đến Quảng Bình là tây bắc - đông nam. So với Quảng Bình, Hà Tĩnh có đường đẳng sâu 20 m ở xa hơn và dòng chảy biển cũng chậm hơn. Vì thế vùng biển này tạm chia thành 3 vùng nhỏ là: Thanh Hóa đến Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình. Các vùng này do độ cao sóng biển còn thấp nên cũng chỉ tính khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.

- Trong vùng biển từ Quảng Trị đến Quảng Ngãi thì hướng của đường bờ biển từ Quảng Trị đến Quảng Nam là tây bắc - đông nam, nhưng hướng của đường bờ biển Quảng Ngãi là bắc tây bắc - nam đông nam, đường đẳng sâu 20 m của chúng cũng khác nhau rất nhiều. Vì thế vùng biển này tạm chia thành 2 vùng nhỏ là: Quảng Trị đến Quảng Nam và Quảng Ngãi. Do dòng chảy biển đã khá mạnh nên tại vùng biển Quảng Trị đến Quảng Nam chỉ làm cụm điện sóng biển có 6 khung đỡ với phao thấp nhất cao 1,6 m. Vùng biển Quảng Ngãi do đường đẳng sâu 20 m ở ngay gần bờ và dòng chảy biển rất mạnh, việc tìm được nơi thuận lợi để làm điện sóng biển không dễ dàng nên tại vùng biển này nếu tìm được chỉ làm khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.

- Trong vùng biển từ Bình Định đến Ninh Thuận thì hướng chung của đường bờ biển là bắc - nam. Đường đẳng sâu 20 m ở ngay gần bờ và dòng chảy biển rất mạnh, việc tìm được nơi thuận lợi để làm điện sóng biển không dễ dàng nên tại vùng biển này nếu tìm được cũng chỉ làm khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.

- Trong vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau thì đường đẳng sâu 20 m trên vùng biển từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau xa hơn vùng biển từ Bình Thuận đến Vũng Tàu và vùng có dòng chảy biển chậm ở đông bắc Bình Thuận hẹp, sau mở rộng dần ra thành rất rộng, nên tạm chia thành 3 vùng nhỏ là: Bình Thuận, Bà Rịa - Vũng Tàu và Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau. Do chiều rộng của vùng có dòng chảy biển chậm nên tại vùng biển Bình Thuận chỉ làm cụm điện sóng biển có 6 khung đỡ với phao thấp nhất cao 1,6 m, vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu làm cụm điện sóng biển có 11 khung đỡ với phao thấp nhất cao 1,6 m, còn vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau có thể làm cụm điện sóng biển có 11 khung đỡ với phao thấp nhất cao 2 m.

Nếu muốn gắn thêm điện gió nhỏ và điện mặt trời trên khung đỡ của điện sóng biển thì chỉ nên làm từ Bình Định trở vào mà thôi vì càng ra ngoài phía bắc thì tốc độ trung bình của gió và bức xạ mặt trời càng giảm bớt, nhưng khi có bão thì gió lại rất mạnh ảnh hưởng đến độ bền vững của khung đỡ.

5 tháng đầu năm nay, độ cao của sóng trên các vùng biển nước ta giảm nhiều so với cùng kỳ năm trước, cụ thể như trong biểu sau:



2.2. Mô tả các khung đỡ của điện sóng biển:

Ngay gần bờ, dòng chảy biển còn rất chậm chưa tác động nhiều đến phao nên ta dùng khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển với các phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m chạy lên chạy xuống theo nhịp độ của sóng. Chỉ cần gắn ngay trên bờ các thanh thép dài 12 m vào các ống thép của cột chống thành từng cụm 4 cột chống để cắm dần từng cụm xuống biển, đoạn đường đi lại và đứng làm việc của công nhân trong cụm cũng được gắn ngay trên bờ, rồi gắn tiếp những thanh thép dài 12 m để nối các cụm đó lại với nhau thành khung đỡ như trong sơ đồ sau:

Cần lưu ý là mũ của đinh mũ cần phải rộng để chống lún. Xin phép tính thử một chút như sau:

Ở độ sâu 5 m thì nước biển ép lên 1 m2 đáy biển lực ép là 5 tấn, tính ra lực ép lên 1 cm2 đáy biển là: 5.000/10.000 = 0,5 kg. Lực nâng lên hạ xuống tối đa của phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m nửa nổi nửa chìm là 36,8 tấn, số cột chống nhiều hơn số phao nhưng ta vẫn tạm tính lực này tác động lên mỗi cột chống tối đa là 36,8 tấn. Mỗi cột chống chịu sức nặng của khung đỡ và các thiết bị gắn trên nó khoảng 10 tấn. Cộng cả 2 khoản này lại ta có: 36,8+10 = 46,8 tấn, dự phòng thêm các lực khác có thể tác động lên cột chống, tạm tính là 50 tấn. Cọc bê tông dự ứng lực đường kính 350 mm loại A do Công ty Cổ phần Bê tông ly tâm Thủ Đức có khả năng chịu tải dọc trục là 81 tấn, như vậy vẫn còn 31 tấn để dự phòng. Ống bê tông dự ứng lực, đinh mũ có vành rộng đường kính 4 m bằng bê tông cốt thép nặng khoảng 12 tấn nên lực ép tối đa lên đáy biển khoảng 62 tấn. Diện tích vành đinh mũ là: ∏x2x2 = 12,5664 m2 và lực ép tối đa đó lên 1 cm2 đáy biển là: 62.000/(12,5664x10.000) = 0,4934 kg/cm2. Như vậy lực này còn nhỏ hơn lực ép của nước biển lên đáy biển. Vì thế nếu có sà lan tự hành lớn trên có cần trục lớn với sức nâng hơn 70 tấn, ta nên làm ngay trên bờ 4 đĩa bê tông cốt thép đường kính 4 m và tâm của chúng cách đều nhau 11,8 m. Tâm của các đĩa này phía trên có cọc bê tông đường kính 0,2 m để gắn chặt vào ống bê tông dự ứng lực, phía dưới có đinh mũ bằng bê tông cốt thép để cắm xuống đáy biển. Cần có 5 thanh thép chữ L dài 12 m hoặc ống bê tông dự ứng lực nhỏ dài 10 m có khoan nhiều lỗ nhỏ đủ cứng gắn vào 4 đĩa bê tông cốt thép để giữ cho tâm của chúng cách đều nhau 11,8 m. Lắp toàn bộ cụm 4 cột chống ở ngay trên bờ, chỉ trừ phần phao lắp sau và vận chuyển cả khối đó ra nơi biển sâu 5 m có đáy biển bằng phẳng để cắm nó xuống biển rồi lắp thêm phần phao nữa là xong. Sau đó cắm tiếp các cụm 4 cột chống khác đã gắn sẵn các phần chống lún bằng bê tông cốt thép xuống biển cho thẳng hàng và cách đều nhau 11,8 m hoặc dưới 11,8 m một chút là có thể kết nối chúng lại với nhau bằng các thanh thép dài 12 m ngay trên biển thành khung đỡ dài có 3 hàng phao.

Phao luôn luôn chịu 2 lực tác động ngược chiều nhau đều nằm thấp hơn mặt nước biển là lực hút của trái đất và lực đẩy lên của nước. Trọng lượng phao không đổi và trọng tâm phao luôn nằm giữa phao, nhưng do mặt sóng thường nghiêng nên hợp lực đẩy lên của nước thường chạy đi chạy lại một chút quanh tâm phao theo phương của sóng. Khi sóng đến lực đẩy lên của nước mạnh hơn lực hút của trái đất, hợp lực của lực đẩy lên nằm lệch về phía nửa trước phao và phao được nâng lên. Khi sóng đã đi qua lực đẩy lên của nước yếu hơn lực hút của trái đất, hợp lực của lực đẩy lên nằm lệch về phía nửa sau phao và phao hạ xuống. 2 lực ngược chiều nhau này tạo nên momen lực khi mạnh khi yếu, chiều quay của momen lực cũng luôn đổi hướng và tâm của nó nằm phía dưới mặt nước biển nên khi sóng đến thì nó có thể tác động lớn đến phao và trụ đứng giữa phao nhưng càng ra xa càng yếu bớt đi. Bộ phận giữ phao ở cao trên 11 m so với mặt nước biển và ở xa tâm của momen lực nên lực tác động theo chiều ngang của nó đã chứng minh được là dưới 4,05 tấn. Nơi momen lực tác động mạnh nhất là phao và trụ đứng giữa phao vì thế nắp phao cần dày để gắn thật chắc trụ đứng giữa phao. Còn thanh thép có răng tuy ở xa tâm của momen lực hơn nhưng cũng cần có tiết diện hình chữ T. Chi tiết cụ thể xin xem trong Phụ lục 4 ở cuối bài.

Khung đỡ chỉ có những cụm 4 cột chống, nhưng cần có cầu để đi vào khung đỡ nên phải cắm thêm 1 cụm 3 cột chống để làm thêm cầu chữ Y. Khung đỡ chỉ có 3 hàng phao nhưng do chỉ dùng những cụm 4 cột chống nên chiều rộng của nó lên tới hơn 41 m.

Từ hình vẽ này ta có thể tính được số lượng các loại khung chịu lực, bộ tạo nguồn điện, cột chống, thanh liên kết, chiều dài đường bằng thép tấm cho xe con, xe vận chuyển vật liệu điện qua lại,... Cụ thể như sau:

Tạm tính là cứ 10 km lại có 1 khung đỡ gần bờ, cần chừa đường đi cho các tàu đánh cá và các tàu khác rộng khoảng hơn 1 km nên chiều dài của khung đỡ gần bờ phải dưới 9 km. Khung đỡ có 3 hàng phao nên cũng có 3 hàng khung chịu lực. Nếu hàng trong cùng có 757 khung chịu lực thì khung đỡ dài: 11,8x757 = 8.932,6 m và đường ô tô bằng thép tấm ở ngay cạnh hàng trong cùng nên cũng dài khoảng 8.932 m. Đê phía sau khung đỡ phải dài hơn và tạm tính là 9 km. Khi đó hàng giữa có 756 khung chịu lực và hàng ngoài cùng có 755 khung chịu lực. Tổng số khung chịu lực là: 755+756+757 = 2.268 khung, mỗi khung có 1 bộ tạo nguồn điện, nhưng có 1 khung nằm ngay lối vào khung đỡ ở cầu chữ Y nên số bộ tạo nguồn điện là: 2.268-1 = 2.267 bộ. Nhìn hình vẽ ta thấy số cụm 4 cột chống bằng số khung chịu lực ở hàng trong cùng là 757 cụm. Nên số lượng cột chống của khung đỡ là: 757x4 = 3.028 cột. Số thanh liên kết trong mỗi cụm 4 cột chống là 8 thanh nên số thanh liên kết trong 757 cụm là: 757x8 = 6.056 thanh. Nhìn hình vẽ ta thấy trong mỗi tầng liên kết, số lượng thanh liên kết cần gắn trên biển nhiều gấp đôi số khung chịu lực trong hàng khung chịu lực thứ 2 nên số thanh liên kết cần gắn trên biển là: 756x2x2 = 3.024 thanh. Như vậy tổng số thanh liên kết là: 6.056+3.024 = 9.080 thanh.

Phần đỡ cầu chữ Y có thêm: 3 khung chịu lực, 6 thanh liên kết và 3 cột chống. Như vậy tổng số khung chịu lực là: 2.268+3 = 2.271 khung, tổng số thanh liên kết là: 9.080+6 = 9.086 thanh và tổng số cột chống là: 3.028+3 = 3.031 cột.

Mỗi cột chống gồm ống bê tông dự ứng lực đường kính 350 mm dài khoảng 11 m đủ để đầu ống nhô cao hơn mực nước biển trung bình khoảng 6 m. Phía trên ống bê tông dự ứng lực cắm ống thép tròn đường kính 219,1 mm, dày 32 mm, dài 12 m, cắm ngập sâu vào ống bê tông dự ứng lực khoảng 1 m.

Mỗi khung chịu lực có 2 thanh thép U400x100x10.5x12 trong tầng liên kết dưới gắn ốp vào ống thép cột chống để gắn bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện và máy phát điện (xin gọi tắt là bộ tạo nguồn điện), phía dưới thanh thép cao hơn mực nước biển trung bình khoảng 11,1 m tức cao hơn đầu trên ống bê tông dự ứng lực khoảng: 11,1-6 = 5,1 m. Trong tầng liên kết trên có 1 thanh thép U400x100x10.5x12 gắn vào ống thép cột chống, phía trên thanh thép thấp hơn đầu ống thép của cột chống khoảng 1,3 m. Để tăng thêm khả năng chịu lực cần gắn thêm 2 thanh thép U300x90x9x12 dài 6,8 m nối chéo 2 thanh thép chịu lực trong 2 tầng liên kết với nhau. 2 thanh thép dài 6,8 m này sẽ đỡ ngay đoạn giữa của thanh thép chịu lực tầng liên kết trên. Tại vị trí này cũng có 2 thanh thép U300x90x9x12 dài 5,2 m nối 2 thanh thép chịu lực của 2 tầng liên kết để gắn các bánh lăn giữ cho thanh thép có răng đứng giữa phao chỉ có thể chạy lên chạy xuống theo phương thẳng đứng. Để đỡ cho tầng liên kết dưới cần gắn thêm 2 thanh thép U300x90x9x12 dài 6 m nối chéo phần giữa thanh thép chịu lực tầng liên kết dưới với 2 ống thép của cột chống. Như vậy mỗi khung chịu lực cần 3 thanh thép U400x100x10.5x12 dài 12 m và 3 thanh thép U300x90x9x12 dài 12 m. Đây là những thanh thép được gắn ngay trên bờ. Sau khi cắm các cụm 4 cột chống đáy biển thì các thanh thép dài 12 m gắn trên biển sẽ gắn ngay phía trên những thanh thép đó. Tất cả các thiết bị tạo nguồn điện đều gắn vào khung chịu lực nên bên cạnh nó phải có đường đi bộ rộng khoảng 1 m trong cả 2 tầng liên kết cho công nhân có chỗ đứng để gắn các thanh thép trên biển nhằm kết nối các cụm 4 cột chống với nhau thành khung đỡ hoàn chỉnh, gắn các thiết bị vào khung chịu lực, kiểm tra, sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị và chống xâm nhập mặn do hơi mặn từ biển bốc lên. Sơ đồ các thanh thép trong khung chịu lực nhìn ngang như trong hình vẽ sau:


Dòng Rip là một luồng nước mạnh chảy theo hướng vuông từ bờ ra biển có bề rộng dọc bờ từ 3 – 30 m và chiều dài ra biển từ 100 – 150 m, tốc độ có thể đạt cực đại tới 2 m/s. Dòng Rip phụ thuộc vào sóng biển và địa hình chi tiết của bờ và đáy trong đới sóng đổ. Nó thường tồn tại chủ yếu ở những vùng biển có sự tồn tại của các đỉnh nhọn địa hình cố định nhô ra biển như trên đầu và bên cạnh các bờ kè, đê chắn sóng, cầu cảng và các công trình nhân tạo khác xây sát bờ biển. Nếu sau khung đỡ có đê thì sườn đê không có chỗ lồi lõm nên vùng khung đỡ chỉ có sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau, sóng lại càng dữ dội hơn và có lẽ không có dòng Rip. Bên cạnh đê là vùng biển rộng khoảng 1 km chỉ có sóng tiến vào vùng biển phía trong không có sóng, nên sóng sẽ bị yếu đi nhanh chóng và dòng chảy chỉ là dòng do thủy triều lên xuống mà thôi. Điều cần quan tâm là trường hợp phía sau khung đỡ không có đê, khi đó khung đỡ ở nơi biển sâu 5 m và đã khá xa bờ nên không còn dòng Rip từ bờ ra hoặc nếu còn thì nó đã yếu đi rất nhiều. Nhưng đầu nhô ra biển của đường từ bờ ra khung đỡ có gây ra dòng Rip tác động vào các phao trong các bộ tạo nguồn điện hay không? Vì vậy ta cần nghĩ đến việc này và phải bỏ một số phao ở gần đầu của đường nhô ra biển đó thí dụ như hàng trong cùng bỏ 3 phao, hàng giữa bỏ 4 phao, hàng ngoài cùng bỏ 5 phao và tổng số phao phải bỏ là: 3+4+5 = 12 phao. Như vậy số bộ tạo nguồn điện trên khung đỡ này chỉ còn: 2.268-12 = 2.256 bộ. Tại những chỗ không có những bộ tạo nguồn điện đó, ta có thể làm nhà nghỉ trên biển hoặc làm kho chứa vật liệu điện.

Đơn giản hơn ta cũng có thể làm khung đỡ chỉ toàn những cụm 3 cột chống như trong hình sau:


Nhìn hình vẽ ta thấy số cụm 3 cột chống bằng số khung chịu lực ở hàng trong cùng là 757 cụm. Nên số lượng cột chống của khung đỡ là: 757x3 = 2.271 cột. Số thanh liên kết trong mỗi cụm 3 cột chống là 4 thanh nên số thanh liên kết trong 757 cụm là: 757x4 = 3.028 thanh. Trong mỗi tầng liên kết, số lượng thanh liên kết cần gắn trên biển nhiều gấp đôi số khung chịu lực trong hàng khung chịu lực thứ 2 nên số thanh liên kết cần gắn trên biển là: 756x2x2 = 3.024 thanh. Như vậy tổng số thanh liên kết là: 3.028+3.024 = 6.052 thanh.

Loại khung đỡ này không chắc chắn bằng loại khung đỡ chỉ toàn những cụm 4 cột chống và không nên tận dụng tầng liên kết trên để lắp thêm điện gió nhỏ và điện mặt trời, nhưng tốn ít vật tư hơn, lắp đặt cũng dễ dàng hơn, vốn đầu tư cũng ít hơn và sản lượng điện cũng không khác gì loại khung đỡ đó. Ước tính vốn đầu tư của loại khung đỡ này xin xem trong Phụ lục 3.

Muốn có thêm nhiều điện, tại những vùng có sóng biển lớn và có dòng chảy biển chậm ta nên làm thêm những khung đỡ song song ở phía ngoài. Do tất cả các khung đỡ đều song song với dòng chảy biển nên những phao đầu chịu tác động của dòng chảy biển mạnh hơn các phao sau vì thế trong 1 khung đỡ phía ngoài có thể có 2 hoặc 3 loại phao cao thấp khác nhau. Lưu ý là dòng chảy biển gần bờ đã bị tiêu hao năng lượng rất nhiều do bị ma sát với đáy biển nông trên quãng đường dài, khi gặp khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển nó sẽ bị các cột chống và các phao trong khung đỡ cản lại nên càng bị tiêu hao năng lượng nhiều hơn. Như vậy khi có càng nhiều cụm khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển thì năng lượng của dòng chảy biển gần bờ càng bị tiêu hao năng lượng nhiều và vùng có dòng chảy biển rất chậm sẽ được lan tỏa thêm ra.
Ta có thể kết nối các khung đỡ song song với nhau bằng cách cắm 12 cụm 4 cột chống xuống đáy biển rồi kết nối chúng lại với nhau rất đơn giản như trong hình sau:


Trong đoạn kết nối dài khoảng 300 m này không gắn thêm điện gió nhỏ và pin mặt trời để giảm bớt áp lực của gió biển. Phương án này có ưu điểm là tốn ít vật liệu và công sức, tận dụng được hết chiều dài của các thanh thép dài 12 m và dễ dàng làm mặt đường bằng phẳng bằng thép tấm. Không những thế nếu dùng đoạn kết nối với bờ thì khung đỡ gần bờ chỉ phải giảm bớt 4 bộ tạo nguồn điện do có đường rộng 6 m đi qua và nó không sợ gì dòng Rip tác động vào các phao vì dòng Rip nếu có chỉ tác động trong khoảng 100 - 150 m, còn khung đỡ này đã ở xa đường nối với bờ khoảng 300 m rồi. Nhưng do nó quá đơn giản nên không biết có chịu đựng nổi sóng to bão lớn hay không? Vì vậy trong bài này tôi đưa ra phương án kết nối chắc chắn hơn và chỉ gồm các cụm 3 cột chống như sau:


Lưu ý là những cái trong đoạn kết nối đã tính trong khung đỡ rồi thì không tính trong đoạn kết nối. Khoảng cách giữa 2 khung đỡ gồm 27 đoạn gồm 18 đoạn dài 10,22 m và 9 đoạn dài 11,8 m, tổng cộng dài: 10,22x18+11,8x9 = 290,16 m.

Trong mỗi đoạn kết nối này do các cột điện gió nhỏ phải cách nhau trên 20 m nên có thể gắn thêm được 16 cột điện gió nhỏ. Số tam giác tăng thêm để gắn thêm pin mặt trời vào tầng liên kết trên là 64 tam giác, mỗi tam giác có diện tích là 60,29 m2, nhưng còn các hình vuông có cạnh dài 11,8 m là: 3x4+5 = 17 hình. Số diện tích tăng thêm để gắn thêm pin mặt trời vào tầng liên kết trên là: 60,29x64+11,18x11,18x17 = 5.983,43 m2.

Đường rộng 6 m đi giữa đoạn kết nối, những chỗ rộng ở hai bên đường có thể làm các phòng nghỉ dưỡng để du khách hưởng không khí trong lành trên biển, làm bãi đỗ xe hoặc làm các kho chứa vật liệu điện. Nếu cần có thể bổ sung thêm các cụm 3 cột chống để tạo ra mặt bằng rất rộng làm khu nghỉ dưỡng trên biển.

Các khung đỡ phía ngoài do có đường lớn đi qua giữa khung đỡ và 4 khung chịu lực nằm ngay trên đường này nên số bộ tạo nguồn điện trong mỗi khung đỡ là: 2.268-4 = 2.264 bộ và khung đỡ gần bờ phía sau có đê cũng lấy theo số này vì đường nằm dọc theo khung đỡ không cần phải làm quá to. Riêng đối với khung đỡ ngoài cùng chỉ có 1 khung chịu lực nằm ngay trên đường nên số bộ tạo nguồn điện trong khung đỡ đó là: 2.268-1 = 2.267 bộ. Trong trường hợp phía sau khung đỡ có đê và chưa làm thêm các khung đỡ phía ngoài thì số bộ tạo nguồn điện trong khung đỡ gần bờ cũng là 2.267 bộ vì chưa cần đường lớn đi qua.

Các cụm 3 cột chống trong đoạn kết nối cũng đơn giản hơn nhiều so với các cụm 4 cột chống trong các khung đỡ. Nhìn vào hình thứ 2 trong mục này ta thấy khung chịu lực trong khung đỡ cần 3 thanh thép chịu lực U400x100x10.5x12 và 3 thanh thép U300x90x9x12. Nhưng khung chịu lực trong đoạn kết nối chỉ cần 1 thanh thép chịu lực U400x100x10.5x12 và 2 thanh thép U300x90x9x12, trong đó ở tầng liên kết dưới chỉ cần 1 thanh thép chịu lực cho mặt đường bằng thép tấm bằng phẳng và 2 nửa thanh thép U300x90x9x12 để đỡ thanh thép chịu lực đó, còn tầng liên kết trên chỉ cần 1 thanh thép U300x90x9x12. Ngay trong các khung chịu lực của khung đỡ không có bộ tạo nguồn điện cũng cần giảm 2 thanh thép U300x90x9x12 ở phía trên.

Nếu làm khung đỡ chỉ toàn những cụm 3 cột chống thì đoạn kết nối giữa 2 khung đỡ như trong sơ đồ sau:


Đoạn kết nối cũng giống như trong trường hợp của khung đỡ gồm toàn những cụm 4 cột chống, nhưng khoảng cách giữa 2 khung đỡ ngắn hơn do không có cầu chữ Y.

2.3. Biến chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện:

2.3.1. Biến chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay đi quay lại:

Có thể làm theo sơ đồ sau:


Phao nâng lên hạ xuống theo sóng làm cho thanh thép có răng đứng giữa phao cũng phải nâng lên hạ xuống theo. Bánh răng nhận lực tiếp xúc với thanh thép có răng biến chuyển động nâng lên hạ xuống thành chuyển động quay đi quay lại.

2.3.2. Biến chuyển động quay đi quay lại thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định với tốc độ hàng nghìn vòng phút để chạy máy phát điện:

Có thể làm theo sơ đồ sau:


Trong hình vẽ này có các bánh răng liền nhau, nên tôi phải dùng các đường đậm nét và không đậm nét để phân biệt chúng. Các tỷ lệ về đường kính của bánh răng nhận lực/líp lớn và bánh răng nhỏ/líp nhỏ phải bằng nhau để trục chuyển lực quay được bình thường.

Líp lớn và líp nhỏ gắn cùng chiều vào trục chuyển lực. Bánh răng trung gian nằm giữa bánh răng nhỏ và líp nhỏ làm cho vành líp lớn và vành líp nhỏ luôn luôn quay ngược chiều nhau. Do đó khi trục nhận lực quay đi quay lại thì trục chuyển lực chỉ có thể quay theo một chiều nhất định mà thôi.

Khi trục nhận lực quay được 1 vòng thì trục chuyển lực quay được: 1/0,8 = 1,25 vòng.

Khi trục chuyển lực quay được 1 vòng thì trục truyền lực sang máy phát điện quay được: 2,2/0,2 = 11 vòng.

Khi trục truyền lực sang máy phát điện quay được 1 vòng thì máy phát điện quay được: 1,4/0,2 = 7 vòng.

Như vậy khi trục nhận lực quay được 1 vòng thì máy phát điện quay được: 1,25x11x7 = 96,25 vòng.

Khi sóng cao 1,8 m, ta có chu kỳ sóng 4,96 giây và khoảng nâng lên hạ xuống của phao là 1,66 m. Như vậy trong 1 phút quãng đường nâng lên hạ xuống của phao là: 1,66x2x60/4,96 = 40,16 m.

Bánh răng nhận lực có đường kính là 1 m, nên có chu vi là ∏ m. Khi sóng cao 1,8 m, trong 1 phút trục nhận lực sẽ quay được số vòng là: 40,16/∏ = 12,78 vòng.

Như vậy khi sóng cao 1,8 m, trong 1 phút máy phát điện sẽ quay được số vòng là: 12,78x96,25 = 1.230 vòng. Nhưng thực ra do khi chạy máy phát điện sẽ có lực cản rất lớn nên khoảng nâng lên hạ xuống của phao sẽ giảm đi và tốc độ quay của máy phát điện cũng sẽ giảm đi. Khi có sóng cao hơn thì máy phát điện sẽ quay nhanh hơn. Các đường kính trong hình vẽ trên chỉ là thí dụ để tính toán mà thôi, mọi người có thể thay đổi chúng cho phù hợp.

Việc biến chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện, bơm nước,... đã được đăng ký với Cục Sở hữu Trí tuệ. Căn cứ Quyết định số 36352/QĐ-SHTT ngày 20/06/2016, Cục Sở hữu Trí tuệ đã cấp Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích số 1396 về Cơ cấu biến đổi chuyển động với 3 phương án.

Xin mời các bạn xem tiếp trong phần sau

 

2.4. Phương pháp tính điện sóng biển:

2.4.1. Thu thập thông tin và xử lý số liệu để tính sản lượng của điện sóng biển:

Về nguồn số liệu để tính toán, tôi đã sử dụng số liệu về độ cao sóng biển trong 1.293 bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương đã thu thập được. Nhưng do chúng đều là những ký tự nên chỉ cần khác nhau một dấu trắng (dấu cách) là máy tính cũng không thể nhận ra. Vì vậy sau khi thu thập được dữ liệu hàng tháng, cần so sánh số bản tin máy tính đã nhận ra với số bản tin đã thu thập được. Nếu còn thiếu cần kiểm tra phát hiện những chỗ còn thiếu và sửa lại để máy tính có thể nhận ra. Trong mỗi bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương có độ cao của sóng với 2 mức cao thấp khác nhau và hướng gió cũng có khi ghi khá phức tạp. Vì vậy ta phải lấy độ cao của sóng và hướng gió theo mức trung bình để tính toán.

2.4.2. Tính chu kỳ và bước sóng theo độ cao sóng biển:

Trong các bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương chỉ có độ cao sóng biển, không có chu kỳ và bước sóng. Vì vậy để tính chúng, tôi phải nội suy từ các số liệu trong Bảng 2 – Đặc trưng sóng có phổ P-M ứng với cấp gió Beaufort trong bài: “Thang sức gió Beaufort và các thang sóng biển” do PGS.TS. Phan Văn Khôi (Cục Đăng kiểm Việt Nam) viết trên trang web vinamarine.gov.vn của Hàng hải Việt Nam như sau:


Đối với những chỗ có 2 số ở trong biểu, ta phải dùng số bình quân để tính nội suy cho các sóng có độ cao khác.

Phần này đã bắt đầu được sử dụng trong bài: “ Tính thử khả năng phát điện của năng lượng sóng biển” trên Diễn đàn webdien.com ngày 01/01/2012.

2.4.3. Các mức giảm độ cao của sóng biển trong vùng khung đỡ:

2.4.3.1. Khi sóng chéo góc với khung đỡ:

Khi sóng chéo với khung đỡ để đi qua 3 hàng phao thì độ cao của sóng xin tạm tính giảm so với sóng thẳng góc với khung đỡ như sau: Khi sóng song song với khung đỡ giảm 10%, khi sóng chéo khung đỡ góc 45 độ giảm 5%, khi sóng chéo khung đỡ góc 22,5 độ giảm 7,5%, khi sóng chéo khung đỡ góc 67,5 độ giảm 2,5%,...

2.4.3.2. Khi gió từ đất liền thổi ra:

Khi gió thổi từ đất liền ra vẫn có sóng do sóng truyền từ ngoài biển xa vào nhưng gió thổi từ đất liền ra có thể ngược chiều với sóng, sóng sẽ yếu đi vì vậy xin tạm giảm độ cao của sóng 50% so với sóng ngoài biển xa.

2.4.3.3. Khi gió từ đất liền vùng bên cạnh thổi sang:

Khung đỡ ở ngay gần bờ, nên sóng sẽ yếu đi, xin tạm lấy mức giảm độ cao của sóng 25% so với sóng ngoài biển xa.

2.4.3.4. Khi gió có yếu tố từ đất liền thổi ra:

Hướng gió trong các bản tin dự báo sóng biển có chỗ ghi khá phức tạp thí dụ như từ đông đông bắc đến bắc đông bắc, ta thấy bình quân là đông bắc, nếu hướng của đường bờ biển là đông bắc - tây nam chẳng hạn thì ta thấy hướng gió này có yếu tố từ đất liền thổi ra là bắc đông bắc nên cũng giảm 25% độ cao của sóng, trong khi hướng gió đông bắc chỉ giảm 10% độ cao của sóng.

2.4.4. Tính lại độ cao sóng biển nơi biển sâu 5 m:

Độ cao sóng biển thu thập được trong các bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương chủ yếu phục vụ cho tàu thuyền đi lại nơi biển xa. Nhưng khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển lại ở nơi biển sâu khoảng 5 m nên cần phải tính lại độ cao sóng biển.

Xin phép chụp ảnh toàn bộ nội dung trang 61 trong mục 5.5. Sóng ven bờ của sách “Cơ sở đại dương học” do tác giả Phạm Văn Huấn biên soạn như sau:



Nhìn vào trang này ta thấy chu kỳ sóng khi vào vùng nước nông gần như không biến đổi nhưng bước sóng phải giảm so với ngoài biển xa và độ cao sóng biển có tăng lên. Từ công thức (71) ta có thể tính được ngay khi sóng vào đến nơi biển sâu 5 m thì bước sóng chỉ còn bằng ½ so với khi ở nơi biển sâu 20 m. Từ công thức (72) ta có thể tính được khi sóng biển từ nơi biển sâu 20 m vào đến nơi biển sâu 5 m thì độ cao sóng biển sẽ cao gấp 1,414 lần.

Nhưng đầu trang 51 trong mục 5.2.1. Lý thuyết sóng biển sâu trong sách “Cơ sở đại dương học” cũng cho biết: Ở độ sâu bằng nửa bước sóng, độ cao sóng chỉ còn bằng 0,04 giá trị của nó ở trên mặt. Trong thực tế, người ta coi độ sâu xâm nhập của sóng là nửa bước sóng. Vì thế ta có thể coi độ cao sóng biển trong các bản tin đã thu thập được là ở những nơi có độ sâu đáy biển bằng từ nửa bước sóng trở lên và sẽ áp dụng các công thức (71) và (72) để tính lại bước sóng và độ cao sóng biển khi sóng từ nơi có độ sâu đáy biển bằng nửa bước sóng vào nơi biển sâu 5 m.

2.4.5. Tính khoảng nâng lên, hạ xuống của phao so với độ cao sóng biển và tính công của phao trong 1 chu kỳ sóng:

Phần này rất dài, xin mọi người xem trong Phụ lục 1 ở cuối bài.

2.4.6. Cách tính sản lượng điện sóng biển:

Để tính sản lượng điện sóng biển phải trừ bớt phần hao phí năng lượng do việc chuyển từ chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện nên tôi đã giảm bớt 20% năng lượng. Trong chương IX về Máy điện một chiều trong Bài giảng kỹ thuật điện dành cho sinh viên các ngành Sư phạm kỹ thuật của Phạm Khánh Tùng trên trang web academia.edu, ở phần 8. Các ví dụ có hiệu suất máy phát điện là 0,853 trong ví dụ 2, hiệu suất 0,825 trong ví dụ 6 và ở phần bài tập của chương này có hiệu suất 0,844 trong bài số 9.3, vì vậy tôi xin phép dùng hệ số thấp nhất là 0,825. Rất mong các mọi người góp ý về hệ số này để tôi sửa lại cho tốt hơn.

2.4.7. Giảm sản lượng điện khi phao ở nơi biển sâu 5 m:

Khi sóng vào vùng biển nông sẽ yếu bớt đi do bị ma sát với đáy biển, việc yếu bớt đi này tùy thuộc vào quãng đường sóng ma sát với đáy biển. Đường đẳng sâu 20 m trên vùng biển Bình Thuận đến Vũng Tàu đã khá xa bờ, nhưng trên vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau lại càng xa bờ hơn. Nên đối với khung đỡ gần bờ ở nơi biển sâu 5 m xin tạm giảm 24% sản lượng điện đối với vùng biển Bình Thuận đến Vũng Tàu, nhưng cần giảm 30% sản lượng điện đối với vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau. Đối với các vùng biển khác do đường đẳng sâu 20 m ở gần bờ hơn nên mức giảm cũng ít hơn, cụ thể như sau: Vùng biển từ Thái Bình đến Nghệ An giảm 20%, vùng biển Hà Tĩnh giảm 15%, vùng biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam giảm 10%, vùng biển từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận giảm 5%.

Khi có thêm các khung đỡ ở phía ngoài thì khi đi qua các khung đỡ sóng đều hao hụt năng lượng, mặc dù có khoảng cách giữa các khung đỡ là 290 m để sóng hồi sức nhưng sóng cũng không thể mạnh bằng sóng lúc ban đầu. Nếu qua mỗi khung đỡ bình quân giảm 4% chẳng hạn thì lũy thừa bậc 5 của 0,96 là 0,82 và lũy thừa bậc 10 của 0,96 là 0,66 nên tạm tính mức giảm sản lượng điện cho khung đỡ gần bờ thêm như sau: Nếu có 5 khung đỡ phía ngoài phải tạm giảm thêm 18%, có 10 khung đỡ phía ngoài phải tạm giảm thêm 34% cho khung đỡ gần bờ. Nếu qua mỗi khung đỡ có mức giảm bình quân nhiều hơn thì ta phải giảm bớt số khung đỡ phía ngoài.

Nhưng ngay cả khung đỡ xa nhất cũng ở gần bờ, vậy sản lượng điện của nó là bao nhiêu? Muốn vậy phải tính sản lượng điện của khung đỡ giả định song song với hướng của đường bờ biển ở xa bờ để so sánh với sản lượng điện của khung đỡ gần bờ khi chưa trừ phần ma sát với đáy biển nông xem nó bằng bao nhiêu phần trăm để ước lượng hệ số sản lượng điện cho khung đỡ ở ngoài cùng. Cụ thể là phải ước lượng hệ số sản lượng điện khung đỡ ở ngoài cùng theo công thức: n = g+k(x-g), trong đó: n là hệ số sản lượng điện khung đỡ ở ngoài cùng, g là hệ số đã giảm sản lượng điện của khung đỡ gần bờ, x là hệ số sản lượng điện của khung đỡ giả định song song với hướng của đường bờ biển ở nơi biển sâu bằng ½ bước sóng và k là hệ số ước tính tùy theo khoảng cách giữa khung đỡ ngoài cùng với bờ và khung đỡ giả định, nhưng ta chưa biết nó ở đâu và vị trí đó luôn biến động theo độ cao của sóng nên đành phải dùng đường đẳng sâu 20 m để thay cho nó.

2.4.8. Giảm sản lượng điện do sóng đi qua 3 hàng phao:

Khi sóng đi qua hàng phao thứ nhất sóng sẽ yếu bớt đi, đi qua hàng phao thứ hai sóng lại càng yếu hơn, nên cần giảm bình quân 10% sản lượng điện do sóng phải đi qua 2 hàng phao đầu rồi mới đến hàng phao thứ ba.

2.4.9. Tăng sản lượng điện khi phía sau khung đỡ gần bờ có đê:

Khi phía sau khung đỡ gần bờ có đê, sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau, sóng lại càng dữ dội hơn và sản lượng điện sẽ tăng thêm. Vì vậy trong trường hợp này xin tạm tính sản lượng điện tăng thêm 20%.

2.4.10. Hệ số dự phòng rủi ro:

Do sản lượng điện sóng biển trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau tính ra rất cao, nên tôi giảm hẳn 20% để dự phòng rủi ro. Những rủi ro này có thể là: Sóng biển có năm thấp, có năm cao, mức độ chính xác của các bản tin dự báo sóng biển, các hệ số dự kiến còn chưa tốt,...

2.4.11. Tính sản lượng của điện sóng biển trên bảng tính Excel:

- Do tại từng vùng biển đã dự kiến khung đỡ đặt theo hướng nào nên ta có thể biết được hướng gió trong bản tin đó thẳng góc hay lệch góc bao nhiêu so với khung đỡ. Nhân độ cao trung bình của sóng trong bản tin với hệ số giảm bớt do hướng gió chéo với khung đỡ và các yếu tố khác như trong mục 2.4.2 sẽ có độ cao ước tính của sóng. Đây thường là số có nhiều số lẻ nên ta phải quy tròn lại cho chỉ còn 1 số lẻ.

- Tính sẵn chu kỳ, bước sóng của sóng và khoảng nâng hạ của phao hình trụ tròn đường kính 6 m khi sóng cao 6 m, 5,9 m, 5,8 m,..., 0,1 m. Đối với khung đỡ gần bờ phải tính thêm độ cao của sóng và bước sóng khi sóng vào đến nơi biển sâu 5 m rồi mới tính khoảng nâng hạ của phao. Công cơ, công suất cơ và công suất điện cũng đều được tính sẵn cho từng độ cao sóng với các mức giảm như trong mục 2.4.6, 2.4.7 và 2.4.9, mức tăng như trong mục 2.4.8.

- Nhân với số lượng phao có trong khung đỡ sẽ được công suất điện của toàn bộ khung đỡ.

- Đếm xem trong từng tháng số bản tin có từng độ cao sóng biển đã tính lại là bao nhiêu, rồi nhân số đó với công suất phát điện của sóng biển có độ cao đó. Lấy tổng của các kết quả đó chia cho tổng số bản tin đã thu thập được trong tháng sẽ có công suất phát điện tháng.

- Nhân công suất tháng với số giờ có trong tháng sẽ có sản lượng điện của tháng đó. Tính tổng sản lượng điện cả năm rồi chia cho số giờ có trong năm sẽ được công suất điện năm.

Rất may là trong bảng tính Excel có nhiều hàm để tính toán và chọn lọc nên ta có thể xây dựng được bảng tính để khi thay đổi các hệ số sẽ có ngay kết quả tính toán mới. Vì vậy ta có thể ẩn đại bộ phận các dòng, chỉ để hở kết quả tính toán và vài dòng để có thể thay đổi các hệ số rồi khóa lại. Cụ thể là tôi đã để các hệ số có thể thay đổi và bôi màu xanh lá cây như sau:

- Mức giảm độ cao sóng do góc giữa hướng gió với khung đỡ và các yếu tố khác.

- Chiều cao của phao.

- Các hệ số giảm sản lượng điện do sóng đi qua 3 hàng phao, do ma sát khi chuyển từ chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện và điện năng hao hụt do đường điện dài, bảo dưỡng, sửa chữa,...

- Hệ số biến đổi năng lượng từ cơ sang điện.

- Hệ số giảm do sóng ma sát với đáy biển nông.

- Hệ số giảm do sóng phải đi qua nhiều khung đỡ.

- Hệ số giảm do khung đỡ xa nhất vẫn gần bờ.

- Hệ số dự phòng rủi ro.

- Hệ số tăng do phía sau khung đỡ có đê.

Khi nạp thêm các bản tin dự báo sóng biển mới hoặc thay đổi hệ số thì ngay lập tức kết quả tính toán trong các biểu có liên quan sẽ thay đổi theo. Chương trình tự động tính toán này nằm trong 3 biểu EXCEL liên kết với nhau: 3ldNam.xls, 3ldTrung.xls và 3ldBac.xls. Do trong file 3ldBac.xls chỉ có các biểu về khung đỡ gần bờ, nên các biểu tổng hợp toàn quốc tôi để trong file này. Riêng tổng hợp điện gió và điện mặt trời để trong file 3ldNam.xls vì 2 loại điện đó chủ yếu nằm trong file này.

2.5. Tiềm năng điện sóng biển trên các vùng biển gần bờ của nước ta:

Do hướng của đường bờ biển và do độ dốc đáy biển nên trong mục 2.1 đã chia nhỏ thêm các vùng biển gần bờ cho việc tính toán dễ dàng hơn. Do khoảng cách giữa đường đẳng sâu 20 m và bờ nên trong mục 2.4.6 đã phải dự kiến mức giảm sản lượng điện do sóng yếu đi vì bị ma sát với đáy biển nông cho từng vùng biển nhỏ gần bờ. Trong tất cả các vùng biển gần bờ đều tính với phao hình trụ tròn đường kính 6 m và cao nhất là 2,6 m, nhưng các phao thấp nhất và số lượng khung đỡ phía ngoài có khác nhau do các yếu tố về độ cao sóng biển, dòng chảy biển và độ dốc đáy biển cũng đã có trong mục 2.1.

Số lượng các biểu trong chương trình tự động tính toán rất nhiều, nên ở đây tôi chỉ xin đưa ra mấy biểu kết quả tính toán sau:

Sản lượng điện của khung đỡ gần bờ trên từng vùng biển khác nhau rất nhiều như trong biểu sau:



Nhìn vào hướng gió và mức giảm sản lượng điện do sóng ma sát với đáy biển nông trong biểu này và độ cao sóng biển bình quân cả năm ở biểu trong mục 2.1 ta có thể thấy ngay sự khác biệt về sản lượng điện của khung đỡ gần bờ trên từng vùng biển.

Sản lượng điện hàng tháng của mỗi khung đỡ gần bờ trên từng vùng biển lại càng khác nhau nhiều hơn. Để dễ xem hơn, xin phép để tháng đầu tiên là tháng 4 sẽ có đồ thị như sau:



Nhìn vào đồ thị ta thấy từ tháng 11 năm trước đến tháng 2 năm sau sản lượng điện sóng biển trên các khung đỡ gần bờ ở tất cả các vùng biển đều cao, sau đó giảm dần cho đến tháng 5. Từ tháng 6 đến tháng 9 chỉ riêng vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau có sản lượng điện sóng biển cao, còn các vùng biển gần bờ khác điện sóng biển đều thấp. Các nhà máy thủy điện lớn và vừa của nước ta chủ yếu ở Bắc Bộ và Tây Nguyên, từ tháng 12 năm trước đến tháng 2 năm sau là giữa mùa khô của các vùng này, thủy điện không còn nguồn nước bổ sung, rất cần các nguồn điện khác hỗ trợ. Khi đó điện sóng biển rất mạnh nên nó có thể hỗ trợ cho thủy điện và giúp cho thủy điện để dành nước cho phát điện vào cuối mùa khô. Tháng 3 và tháng 4 thủy điện sử dụng nước đã để dành được, thêm vào đó điện mặt trời ở các tỉnh phía nam đang rất mạnh. Tháng 5 là đầu mùa mưa, thủy điện đã có nguồn nước bổ sung và điện mặt trời ở các tỉnh phía nam cũng còn mạnh. Tháng 7 và tháng 8 thủy điện chỉ cần phát điện một phần, chủ yếu là tích nước cho phát điện vào tháng 10 và mùa khô năm sau.

Tiềm năng điện sóng biển trên vùng biển Thái Bình đến Cà Mau như trong biểu sau:



Trong đó riêng vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau chiếm đến 81% tiềm năng, nếu chỉ làm khung đỡ gần bờ thì vùng này cũng chiếm đến 55,24%. Vì thế ta cần xét thêm vùng này như trong 3 biểu sau:







So với sản lượng điện sản xuất và mua năm 2018 của Việt Nam là 212,9 tỷ KWh thì tiềm năng này lớn gấp gần 1,6 lần. Trong đó phần dễ làm nhất là chỉ dùng khung đỡ gần bờ và chưa làm thêm đê ở phía sau khung đỡ đã là 44.508,7 triệu KWh, lớn gần gấp đôi sản lượng điện của tất cả các nhà máy thủy điện trên sông Đà và các sông nhánh của nó cộng lại.

Sóng ở Biển Đông hình thành chủ yếu từ gió nên hướng của sóng trùng với hướng của gió, khi đi vào vùng biển nông sóng mới dần dần hướng về phía bờ. Khoảng trên 85% gió trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau là gió đông bắc hoặc gió tây nam nên sóng chủ yếu đi theo hướng này. Các khung đỡ trong cụm điện sóng biển đều ở khá gần bờ, nên sóng có thể đi qua vài khung đỡ, mỗi lần đi qua như vậy sóng có thể yếu đi một chút nên mặc dù các khung đỡ đều cách nhau 290 m để sóng hồi lại nhưng vẫn phải tính giảm sản lượng điện bình quân 4% mỗi khi qua 1 khung đỡ. Khi khung đỡ ở xa bờ đến mức độ nào đó thì hướng của sóng song song với khung đỡ nên nó không còn phải đi qua nhiều khung đỡ nữa và độ cao của nó chỉ bị hao hụt một chút do tác động vào các phao trong khung đỡ đó mà thôi, sau đó sóng sẽ hồi lại ngay. Không những thế sóng không còn bị hao hụt năng lượng do ma sát với đáy biển nông. Nhưng khi đó dòng chảy biển sẽ chảy mạnh hơn nên muốn phát triển điện sóng biển ra ngoài biển xa cần tính toán kỹ độ cao của phao và bộ phận giữ phao phải rất chắc chắn để có thể chịu đựng được sức đẩy ngang vào phao của dòng chảy biển đó.

2.6. Điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện hay không?

Ở đây tôi chỉ tập trung vào việc ước tính vốn đầu tư cho việc tạo nguồn lực để chạy máy phát điện của điện sóng biển và liệt kê những việc còn lại để các chuyên gia về điện có thể xét xem điện sóng biển có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện hay không? Thủy điện là loại điện có giá thành phát điện thấp nhất so với các loại điện ở nước ta hiện nay. Nhưng điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam và thủy điện có nhiều điểm giống nhau. Chúng đều không phải dùng đến bất cứ loại nhiên liệu nào nhưng đều phải đầu tư ban đầu rất lớn. Vì thế giá thành của điện sóng biển phụ thuộc vào vốn đầu tư ban đầu và các khoản chi phí để thay thế, sửa chữa, bảo dưỡng,... trong quá trình vận hành. Các thiết bị của điện sóng biển đều ở ngoài trời nên chi phí trong quá trình vận hành cũng lớn hơn. Vì thế với cùng sản lượng điện như nhau:

- Nếu vốn đầu tư của điện sóng biển thấp hơn vốn đầu tư của thủy điện không nhiều thì giá thành phát điện của 2 loại có khả năng tương đương nhau.

- Nếu vốn đầu tư của điện sóng biển thấp hơn vốn đầu tư của thủy điện khá nhiều thì giá thành phát điện của điện sóng biển có khả năng thấp hơn thủy điện.

- Nếu vốn đầu tư của điện sóng biển thấp hơn vốn đầu tư của thủy điện rất nhiều thì giá thành phát điện của điện sóng biển có khả năng thấp hơn nhiều so với thủy điện.

Tàu biển vỏ thép đã có từ nhiều năm nay và chúng đã thích nghi rất tốt với xâm nhập mặn, nhưng thời gian vừa qua ở Bình Định và một số tỉnh ven biển khác nhiều tàu đánh cá vỏ thép của ngư dân hoạt động chưa được bao lâu đã bị han rỉ. Điện sóng biển có phao nửa nổi nửa chìm, còn các thiết bị và khung đỡ bằng thép ở trên cao không tiếp xúc với nước biển nhưng vẫn bị xâm nhập mặn do hơi nước biển bốc lên vì vậy cần phải dùng các loại thép có khả năng chịu đựng được xâm nhập mặn và trong phần trên cao cũng cần thường xuyên chống xâm nhập mặn bằng các biện pháp thích hợp. Khi ước tính vốn đầu tư và giá thành phát điện cần phải tính toán đầy đủ các yếu tố này.

2.6.1. Ước tính vốn đầu tư cho các khung đỡ của điện sóng biển:

Mục 2.1 đã cho kết quả về loại khung đỡ này như sau: Khung đỡ có 757 cụm 4 cột chống, số khung chịu lực là 2.271 khung, số lượng cột chống của khung đỡ là 3.031 cột, số thanh liên kết nối từ hàng này sang hàng kia trong cả 2 tầng liên kết là 9.088 thanh, hàng khung chịu lực trong cùng gồm 757 đoạn, đường ô tô bằng thép tấm dài khoảng 8.932 m, đê phía sau khung đỡ tạm tính là 9 km. Số bộ tạo nguồn điện là 2.267 bộ trong trường hợp là khung đỡ ngoài cùng, 2.264 bộ trong trường hợp là khung đỡ phía trong và là 2.256 bộ trong trường hợp là khung đỡ gần bờ không đê. Ta dùng ngay các số liệu này để tính toán.

2.6.1.1. Phần tạo nguồn lực để chạy các máy phát điện:

2.6.1.1.1. Phao, trụ thép và thanh thép có răng:

Phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m có thể tích là: ∏x3x3x2,6 = 73,5132 m3.

Dự kiến phao dày 0,005 m, riêng nắp phao dày bình quân 0,01 m vì còn phải gắn trụ thép đứng giữa phao. Nên phần rỗng của phao có thể tích là: ∏x5,99x5,99x2,585/4 = 72,8467 m3. Như vậy phần thép trong phao có thể tích là: 73,5132-72,8467 = 0,6675 m3.

Dự kiến trụ thép đứng giữa phao cao khoảng 1,5 m, rộng bình quân 0,3 m và dày bình quân 0,05 m có thể tích là: 1,5x0,3x0,05 = 0,0225 m3.

Dự kiến thanh thép có răng cao bình quân 17,5 m, rộng 0,3 m và dày 0,02 m, nhưng do phải gắn vào trụ thép đứng giữa phao nên thanh thép này phải dài hơn, thí dụ như 18 m. Mặt cắt của nó hình chữ T, với chỗ nhô ra ở 2 bên là 0,02 m và có bề dày là 0,02 m có diện tích tiết diện là: 0,3x0,02+0,04x0,02 = 0,0068 m2. Thể tích của thanh thép có răng hình chữ T là: 0,0068x18 = 0,1224 m3.

Như vậy tổng thể tích vỏ phao, trụ thép và thanh thép có răng là: 0,6675+0,0225+0,1224 = 0,8124 m3. Tạm tính tỷ trọng của thép là 7,8 thì số thép đó có trọng lượng là: 0,8124x7,8 = 6,3367 tấn. Cộng thêm với móc ở trên đầu thanh thép có răng và 2 vòng thép ở 2 bên phao để dùng khi hoàn chỉnh việc lắp ghép phao vào bộ phận giữ phao nên phải tính tăng thêm và tính cho tròn là 6,4 tấn.

Tỷ trọng của nước biển lớn hơn 1 một chút nên muốn phao nửa nổi nửa chìm thì tổng trọng lượng của phao, trụ thép và thanh thép có răng là 36,8 tấn. Vì vậy cần đổ thêm bê tông vào phao với trọng lượng khi đã khô là: 36,8-6,4 = 30,4 tấn. Tạm tính tỷ trọng bê tông khô là 2,5 thì số bê tông đó có thể tích là: 30,4/2,5 = 12,2 m3. Khi đổ số bê tông đó vào trong phao sẽ có độ dày là: 12,2/(∏x5,99x5,99)/4 = 0,43 m.

Tôi không tính đến việc bơm thêm nước biển vào cho phao nửa nổi nửa chìm vì làm như thế nước biển sẽ xâm nhập vào vỏ phao từ cả phía trong và phía ngoài. Nếu ta đổ thêm bê tông vào, sau khi bê tông đã khô ném vào trong phao 1 mồi lửa và hàn phao lại cho thật kín thì khi trong phao đã hết oxy, lửa sẽ tắt và ta không còn sợ phao bị han rỉ từ bên trong. Tra trên mạng tôi thấy khi chưa tính VAT thép tấm có độ dày từ 5 mm trở lên chỉ dưới 13.000đ/kg, thép hình các loại chỉ dưới 18.000 đ/kg, giá bê tông tươi loại thấp nhất chỉ là 690.000 đ/m3. Muốn có phao, trụ thép và thanh thép có răng đứng giữa phao phải mua thép chịu đựng được nước biển với giá có VAT, vận chuyển về để chế tạo và mang ra bờ biển, khi chế tạo có phế liệu. Vì vậy tôi tạm ước tính mỗi tấn trọng lượng thép thành phẩm khoảng 35 triệu đồng và phần thép hết khoảng: 35x6,4 = 224 triệu đồng. Bê tông chỉ cần đổ thêm vào phao cho khi bê tông đã khô phao nặng thêm 30,4 tấn, nên chỉ cần mua loại bê tông với giá rẻ nhất. Vì vậy tôi tạm ước tính mỗi m3 bê tông đổ vào phao đã khô thành phẩm khoảng 1 triệu đồng thành: 1x12,2 = 12,2 triệu đồng. Như vậy vốn đầu tư cho 1 phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m, trụ thép và thanh thép có răng đứng giữa phao đã nằm ở bờ biển là: 224+12,2 = 236,2 triệu đồng.

2.6.1.1.2. Các bánh răng và líp:

Nhìn hình vẽ trong mục 2.3.2 ta thấy các bánh răng và líp có đường kính như sau: Bánh răng nhận lực: 1 m, líp lớn: 0,8 m, bánh răng đầu ra: 2,2 m, bánh răng truyền lực sang máy phát điện: 1,4 m, bánh răng nhỏ: 0,5 m, líp nhỏ: 0,4 m, bánh răng trung gian: 0,9-(0,25+0,2) = 0,45 m, bánh răng nhận lực của trục truyền lực sang máy phát điện là: 0,2 m.

Diện tích bánh răng nhận lực là: ∏x0,5x0,5 = 0,7854 m2.

Diện tích líp lớn là: ∏x0,4x0,4 = 0,5027 m2.

Diện tích bánh răng đầu ra là: ∏x1,1x1,1 = 3,8013 m2.

Diện tích bánh răng truyền lực sang máy phát điện là: ∏x0,7x0,7 = 1,5394 m2.

Nếu các bánh răng và líp này đều dày 0,03 m thì thể tích của chúng sẽ là: (0,7854+0,5027+3,8013+1,5394)x0,03 = 0,1989 m3 và chúng có trọng lượng là: 0,1989x7,8 = 1,5511 tấn.

Diện tích bánh răng nhỏ là: ∏x0,25x0,25 = 0,1964 m2.

Diện tích líp nhỏ là: ∏x0,2x0,2 = 0,1257 m2.

Diện tích bánh răng trung gian là: ∏x0,225x0,225 = 0,1590 m2.

Diện tích bánh răng nhận lực của trục truyền lực sang máy phát điện là: ∏x0,1x0,1 = 0,0314 m2.

Nếu các bánh răng và líp này đều dày 0,05 m thì thể tích của chúng sẽ là: (0,1964+0,1257+0,1590+0,0314)x0,05 = 0,0154 m3 và chúng có trọng lượng là: 0,0154x7,8 = 0,1199 tấn.

Như vậy tổng trọng lượng các bánh răng và líp trong cụm tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện là: 1,5511+0,1199 = 1,6710 tấn.

2.6.1.1.3. Các bánh lăn giữ thanh thép có răng:

Nếu đường kính của bánh lăn có răng là 0,4 m và dày 0,03 m thì nó có thể tích là: ∏x0,2x0,2x0,03 = 0,00377 m3.

Nếu 2 bánh lăn ép vào phía sau của thanh thép có răng đều có đường kính là 0,2 m và dày 0,05 m thì nó có thể tích là: 2x∏x0,1x0,1x0,05 = 0,00314 m3.

Nếu 2 bánh lăn ép vào phía trong thanh thép có răng đều có đường kính là 0,2 m và dày 0,2 m thì nó có thể tích là: 2x∏x0,1x0,1x0,2 = 0,01257 m3.

Do bánh lăn ép vào phía ngoài thanh thép có răng được gắn trên biển, nếu vẫn để đường kính 0,2 m thì mỗi bánh lăn này nặng tới hơn 49 kg, rất khó lắp ghép. Vì vậy tôi đã giảm đường kính của bánh lăn phía ngoài còn 0,1 m, trọng lượng bánh lăn chỉ còn hơn 12 kg cho dễ lắp ghép. Như vậy thể tích của 2 bánh lăn ép vào phía ngoài thanh thép có răng chỉ còn 2x∏x0,05x0,05x0,2 = 0,00314 m3.

Tổng thể tích của 4 bánh lăn ép vào 2 bên thanh thép có răng chỉ còn: 0,01257+0,00314= 0,01571 m3.

Như vậy tổng thể tích các loại bánh lăn đó là: 0,00377+0,00314+0,01571 = 0,02262 m3. Tỷ trọng của thép là 7,8 nên số thép đó có trọng lượng là: 0,02262x7,8 = 0,1764 tấn.

Khi chuyển động, răng của thanh thép có răng, bánh răng và líp đều tiếp xúc với nhau vì vậy chiều rộng của thanh thép có răng, đường kính của các bánh răng và líp đều chỉ tính đến nửa của răng mà thôi.

Tổng trọng lượng thép cho các bánh răng, líp và các bánh lăn trong 1 cụm tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện là: 1,6710+0,1764 =1,8474 tấn. Tổng trọng lượng này sẽ giảm đi nhiều vì đối với các bánh răng lớn và líp lớn có thể giảm bớt lượng thép như trong trường hợp của các vành ô tô, xe máy,… Để tạo nên các bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện này ta phải có các phế liệu khi chế tạo, phải có thêm các vòng bi,… phải làm nhiều việc như chế tạo, vận chuyển từ nơi mua nguyên liệu về nơi sản xuất, sau đó vận chuyển ra bờ biển để lắp ghép. Các líp lớn có thể phải mua ngoài hoặc tự làm lấy. Thép phải là loại có khả năng chống xâm nhập mặn tốt. Xin phép tạm tính mỗi tấn thành phẩm này khoảng 100 triệu đồng thì phần này hết: 100x1,8474 = 184,74 triệu đồng. Bạn Huỳnh Kim Thạch trên Cộng đồng Năng lượng Tái tạo Việt Nam trong Facebook có nhận xét là các bánh răng trong bài của tôi quá lớn, nên thu nhỏ lại để giảm bớt vốn đầu tư vì hộp số của xe tải lớn rất nhỏ. Đấy là ý kiến rất hay kính mong các chuyên gia về cơ khí giúp đỡ, còn trong phần này đang ước tính vốn đầu tư nên ta ước tính cao cũng không sao, khi thực hiện thấp hơn càng tốt.

Như vậy vốn đầu tư của 1 cụm tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện là: 236,2+184,74 = 420,94 triệu đồng, tính tròn lên là 421 triệu đồng.

Khung đỡ ngoài cùng có 2.267 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện nên vốn đầu tư cho số bộ tạo nguồn lực này là: 421x2.267 = 954.407 triệu đồng.

Khung đỡ phía trong có 2.264 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện nên vốn đầu tư cho số bộ tạo nguồn lực này là: 421x2.264 = 953.144 triệu đồng.

Khung đỡ gần bờ phía sau không đê có 2.256 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện nên vốn đầu tư cho số bộ tạo nguồn lực này là: 421x2.256 = 949.776 triệu đồng.

2.6.1.2. Làm khung đỡ và đường ô tô trên khung đỡ:

Nếu làm khung đỡ như trong mục 2.2 của bài: “Thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển” trên trang web vncold.vn của Hội Đập lớn và Phát triển Nguồn nước Việt Nam ngày 20/08/2015 trong mục Khoa học & công nghệ, chịu đựng được phao hình trụ tròn đường kính 6 m, cao 3 m (trong bài này phao chỉ cao 2,6 m lại càng chịu đựng được tốt hơn) ta có thể tính lượng thép chữ U và ống thép cột chống cần dùng như sau:

- Thép chịu lực trong 2.271 khung chịu lực đều bằng thép U400x100x10.5x12 cần 3x2.271 = 6.813 thanh, mỗi thanh thép nặng 708 kg, tổng trọng lượng thép: 6.813x708 = 4.823.604 kg.

- Thép U300x90x9x12 dùng cho các việc sau:

§ Thép dùng làm liên kết chéo trong 2 tầng liên kết cần 9.088 thanh.

§ Thép dùng trong khung chịu lực là: 3x2.271 = 6.813 thanh. Nhưng có 3 khung chịu lực nằm trên cầu chữ Y và ít nhất 1 khung chịu lực nằm trên đường đi, mỗi khung chịu lực này chỉ cần 2 nửa thanh thép để đỡ thanh thép chịu lực tầng liên kết dưới nên 4 khung này giảm đi: 2x4 = 8 thanh. Vì vậy số thanh thép loại này dùng cho khung chịu lực nhiều nhất là: 6.813-8 = 6.805 thanh.

Tổng cộng thép U300x90x9x12 là: 9.088+6.805 = 15.893 thanh, mỗi thanh thép nặng 457,2 kg, tổng trọng lượng: 15.893x457,2 = 7.266.279,6 kg.

- Ống thép của cột chống cần 3.031 ống. Mỗi ống thép đường kính 219,1 mm, dày 32 mm, dài 12 m có trọng lượng là 1.771 kg. Tổng trọng lượng của 3.031 ống là: 1.771x3.031 = 5.367.901 kg.

- Cần làm đường ô tô bằng thép tấm rộng 3 m dài khoảng 8.932 m đi qua 757 đoạn và mỗi đoạn dài 11,8 m cho các xe có thể qua lại dễ dàng. Nên ta phải tính phần thép cho làm đường như sau: 758 thanh thép chịu lực U400x100x10.5x12 gác trên các thanh thép chịu lực tầng liên kết dưới để đỡ đường nặng: 708x758 = 536.664 kg. Đường rộng 3 m nên phía dưới đường phải có 3 thanh thép chữ U gắn vào các thanh thép chịu lực đỡ đường và do đi qua 757 đoạn nên số thanh thép chữ U cần là: 757x3 = 2.271 thanh, trong đó có 1.137 thanh thép U300x90x9x12 nặng: 457,2x1.137 = 519.836,4 kg và 1.134 thanh thép U360x96x9x12 nặng: 576x1.134 = 653.184 kg. Đường rộng 3 m và dài 8.932 m cần: 8.932/3 = 2.977,3 tấm thép dày 10 mm dài 6 m rộng 1,5 m, tính tròn lên là 2.978 tấm, mỗi tấm nặng 706,5 kg và trọng lượng của chúng là: 706,5x2.978 = 2.103.957 kg. Tổng trọng lượng các loại thép cho làm đường ô tô trên khung đỡ là: 536.664+519.836,4+653.184+2.103.957 = 3.813.641,4 kg.

- Đường trên cầu chữ Y vào khung đỡ rộng 6 m dài: 11,8+10,22x3 = 42,46 m. Để đỡ đường cần 10 thanh thép U400x100x10.5x12 và 10 thanh thép U360x96x9x12 có tổng trọng lượng là: 708x10+576x10 = 12.840 kg. Mặt đường cần: 42,46/1,5 = 28,3 tấm, tính tròn lên là 29 tấm với trọng lượng là : 706,5x29 = 20.488,5 kg. Tổng trọng lượng thép làm đường trên cầu chữ Y là: 12.840+20.488,5 = 33.328,5 kg.

Như vậy tổng trọng lượng các loại thép cho làm khung đỡ và đường ô tô trên đó là:

4.823.604+7.266.279,6+5.367.901+3.813.641,4+33.328,5 = 21.304.754,5 kg.

Ngoài ra còn phải có thêm thép làm đường cho quay đầu xe và xe tránh nhau, lan can ở hai bên đường ô tô, đường nhỏ cho công nhân đi lại và làm việc trên khung đỡ, bu lông, đai ốc, vòng đệm thép, vận chuyển từ nơi mua nguyên liệu về nơi sản xuất, lắp ghép,... Nên số thép có thể lên đến 25.000 tấn và tổng số tiền mua tất cả các loại thép có khả năng chịu mặn để làm khung đỡ và đường trên đó khoảng: 25.000x30 = 750.000 triệu đồng.

Tôi đã gọi điện thoại cho Công ty Cổ phần Bê tông ly tâm Thủ Đức để hỏi về giá ống bê tông dự ứng lực đường kính 350 mm loại A có khả năng chịu tải dọc trục 81 tấn thì được biết giá của 1 m ống là 275.000 đồng đã có thuế VAT. Cột chống cần các ống bê tông dự ứng lực đường kính 350 mm dài 11 m sẽ có giá là 275.000x11 = 3.025.000 đồng. Khi đặt hàng cho công ty loại phải chịu được nước biển giá có thể cao hơn. Vì thế tôi tạm tính cho ống bê tông dự ứng lực và vận chuyển ra đến bờ biển là 4 triệu đồng. Như vậy mua 3.031 ống bê tông dự ứng lực là: 4x3.031 = 12.124 triệu đồng.

Thể tích đĩa bê tông cốt thép đường kính 4 m, dày bình quân 0,2 m là: ∏x2x2x0,2 = 2,5133 m3. Tạm tính tổng chiều dài của cọc bê tông cốt thép đường kính 0,2 m để cắm chặt vào ống bê tông dự ứng lực và đầu đinh mũ bằng bê tông cốt thép để cắm xuống đáy biển khoảng 2 m thì chúng có thể tích là:∏x0,1x0,1x2 = 0,0628 m3. Tổng thể tích của chúng là: 2,5133+0,0628 = 2,5761 m3, tính tròn là 2,58 m3. Tạm tính mỗi m3 bê tông cốt thép hết 2 triệu đồng thì khối bê tông cốt thép này hết: 2x2,58 = 5,16 triệu đồng. Thép để giữ cho tâm của các đĩa bê tông cốt thép cách đều nhau 11,8 m chỉ cần đủ cứng và khi đã cắm cụm 4 hoặc 3 cột chống xuống đáy biển thì những thanh thép này bị gỉ và hỏng cũng không sao nên tôi chỉ tính là thép bình thường, thí dụ như thép L75x75 dầy cánh 7 mm dài 12 m, mỗi thanh thép nặng 94,8 kg, tạm tính 20.000 đồng/kg hết: 94,8x20.000 = 1.896.000 đồng = 1,896 triệu đồng, tính tròn là 1,9 triệu đồng. Với 1,9 triệu đồng đó chắc là ta cũng có thể mua được ống bê tông dự ứng lực nhỏ dài 10 m để thay cho thanh thép đó và khoan nhiều lỗ nhỏ để cá con có thể qua lại dễ dàng và không loại sinh vật nào lớn hơn có thể chui vào được, như vậy các ống nhỏ ở ngay sát đáy biển này sẽ là nơi trú ẩn an toàn cho các đoàn cá nhỏ và số lượng cá con sẽ tăng lên nhanh chóng. Do đó 1 cụm 4 cột chống hết khoảng: 5,16x4+1,9x5 = 30,14 triệu đồng và 1 cụm 3 cột chống hết khoảng: 5,16x3+1,9x3 = 21,18 triệu đồng. Nên phần chống lún của 757 cụm 4 cột chống và 1 cụm 3 cột chống hết khoảng: 30,14x757+21,18 = 22.837 triệu đồng.

Như vậy toàn bộ phần nguyên liệu của khung đỡ gần bờ là: 750+12,124+22,837 = 784,961 tỷ đồng.

Đối với khung đỡ phía ngoài cần tính thêm đoạn kết nối như sau:

Nhìn vào sơ đồ gần cuối trong mục 2.2 về đoạn kết nối, ta có 24 cụm 3 cột chống, 48 khung chịu lực và mỗi tầng liên kết có 80 thanh liên kết. Nên phần thép để kết nối 2 khung đỡ song song với nhau như sau:

- Mỗi khung chịu lực cần 1 thanh thép U400x100x10.5x12 và 2 thanh thép U300x90x9x12. Nên số thép U400x100x10.5x12 trong 48 khung chịu lực cần 48 thanh, mỗi thanh thép nặng 708 kg, tổng trọng lượng thép: 708x48 = 33.984 kg.

- Thép U300x90x9x12 dùng cho các việc sau:

§ Thép dùng làm liên kết chéo trong 2 tầng liên kết cần 80x2 = 160 thanh.

§ Thép dùng trong khung chịu lực là: 2x48 = 96 thanh.

Tổng cộng thép U300x90x9x12 là: 160+96 = 256 thanh, mỗi thanh thép nặng 457,2 kg, tổng trọng lượng: 457,2x256 = 117.043,2 kg.

- Mỗi cụm 3 cột chống để cắm xuống biển cần 3 cột chống nên 24 cụm cần: 24x3 = 72 cột. Mỗi ống thép đường kính 219,1 mm, dày 32 mm, dài 12 m có trọng lượng là 1.771 kg. Tổng trọng lượng của 72 ống là: 1.771x72 = 127.512 kg.

- 3 đoạn sau cùng đã tính trong khung đỡ sau rồi nên cần làm đường ô tô bằng thép tấm rộng 6 m đi qua 24 đoạn và 1 đoạn dài 10,22 m nằm trong khung đỡ trước, tổng cộng dài 10,22x17+11,8x8 = 268,14 m cho các xe có thể qua lại dễ dàng. Nên ta phải tính phần thép cho làm đường như sau: Đường rộng 6 m nên phía dưới đường phải có tới 5 thanh thép chữ U gắn vào các thanh thép chịu lực đỡ đường và do đi qua 31 đoạn nên số thanh thép chữ U cần là: 25x5 = 125 thanh, trong đó có 63 thanh thép U400x100x10.5x12 nặng: 708x63 = 44.604 kg và 62 thanh thép U360x96x9x12 nặng: 576x62 = 35.712 kg. Đường rộng 6 m và dài 268,14 m cần: 268,14/1,5 = 178,76 tấm thép dày 10 mm dài 6 m rộng 1,5 m, tính tròn lên là 179 tấm, mỗi tấm nặng 706,5 kg và trọng lượng của chúng là: 706,5x179 = 126.463,5 kg. Tổng trọng lượng thép cho làm đường ô tô trên khung đỡ là: 44.604+35.712+126.463,5 = 206.779,5 kg.

Như vậy tổng trọng lượng các loại thép cho làm khung đỡ của đoạn kết nối và đường ô tô trên đó là:

33.984+117.043,2+127.512+206.779,5 =485.318,7 kg.

Ngoài ra còn phải có thêm thép làm lan can ở hai bên đường ô tô, bu lông, đai ốc, vòng đệm thép, vận chuyển từ nơi mua nguyên liệu về nơi sản xuất, lắp ghép,... Nên số thép có thể lên đến 540 tấn và tổng số tiền mua tất cả các loại thép có khả năng chịu mặn để làm khung đỡ và đường trên đó khoảng: 540x30 = 16.200 triệu đồng.

Cũng tạm tính cho ống bê tông dự ứng lực và vận chuyển ra đến bờ biển là 4 triệu đồng. Như vậy mua 72 ống bê tông dự ứng lực hết: 4x72 = 288 triệu đồng.

Có 24 cụm 3 cột chống nên phần chống lún hết: 21,18x24 = 508,32 triệu đồng, tính tròn là 509 triệu đồng.

Toàn bộ phần nguyên liệu của phần kết nối 2 khung đỡ là: 16.200+288+509 = 16.997 triệu đồng.

Như vậy toàn bộ phần nguyên liệu của khung đỡ có thêm phần kết nối là: 784,961+16,997 = 801,958 tỷ đồng.

2.6.1.3. Dựng khung đỡ và gắn các cụm tạo nguồn điện trên khung đỡ:

Những công việc cần làm đã trình bày rõ trong các mục 2.1.4 và 2.2 của bài: “Thủy điện chạy bằng năng lượng sóng biển”, chỉ hơi khác là không có các bơm nước áp lực cao chạy bằng pít tông, các ống dẫn nước nên có 2 thanh chéo gắn đỡ phía dưới thanh thép chịu lực tầng liên kết dưới và do phao chỉ còn cao 2,6 m nên vị trí gắn các khung chịu lực và các thanh liên kết vào ống thép cột chống cũng có thay đổi như đã trình bày trong mục 2.1. Ta có thể tính tổng trọng lượng của 1 cụm 4 cột chống như sau:

- Thép U400x100x10.5x12: 708x3 = 2.124 kg

- Thép U300x90x9x12: 457,2x11 = 5.029,2 kg

- Ống thép cột chống: 1.771x4 = 7.084 kg

- Mỗi ống bê tông dự ứng lực đường kính ngoài 0,35 m, đường kính trong 0,2 m, dài 11 m có trọng lượng là: ∏x(0,175x0,175-0,1x0,1)x11x3,5 = 2,5 tấn. 4 ống có trọng lượng là: 2,5x4 = 10 tấn = 10.000 kg

- Đường nhỏ rộng khoảng 1 m cho công nhân đứng làm việc khoảng 2.000 kg

- Các bánh răng, líp và các bánh lăn gắn trên khung đỡ 1.847,4 kg

- Phần chống lún nặng: 2.580x4x3,5+94,8x5 = 36.594 kg.

Tổng cộng: 64.678,6 kg.

Nên cần trục trên sà lan tự hành phải có sức nâng trên 70 tấn và nâng cao được trên 30 m so với mặt biển.

Việc gắn từng cụm 4 cột chống ở trên bờ bao gồm cả bộ phận chống lún, dùng sà lan tự hành trên có cần trục để vận chuyển và cắm từng cụm đó xuống biển sao cho thẳng hàng và tâm 2 đĩa bê tông của 2 cụm cạnh nhau cách nhau 11,8 m hoặc gần 11,8 m để sau đó kết nối chúng lại với nhau rồi gắn các thiết bị và đường lên để chúng có thể hoạt động tốt đòi hỏi một công sức rất lớn vì thế tôi tạm ước tính phần này hết khoảng 700 tỷ đồng.

Trong những việc đó, việc lắp ghép sao cho thanh thép có răng vào đúng vị trí của nó không hề đơn giản vì phao, trụ thép và thanh thép có răng nặng tới 36,8 tấn và luôn nâng lên, hạ xuống theo sóng. Việc này lại phải làm tới hơn 2.250 lần nên chắc là nhiều người còn nghi ngại về vấn đề này. Các bạn có thể có những cách làm hay hơn nhưng tôi cũng xin phép trình bày cách lợi dụng sóng để làm như sau:

Trước khi đưa phao đến phải lắp ghép đầy đủ các thiết bị trong khung chịu lực, chỉ còn chưa ghép 2 bánh lăn áp về phía ngoài thanh thép có răng mà thôi. Do trọng tâm phao nằm ở phía dưới nên khi kéo phao trên biển thì thanh thép có răng đứng thẳng giữa phao và nó cao hơn 20 m so với mặt biển. Khi phao đã tới sát cụm 4 cột chống thì thanh liên kết dưới chỉ cao dưới 10 m so với mặt biển nên bên trong cụm đó phải treo 1 móc thép thấp hơn thanh liên kết dưới và cần trục trên sà lan phải ấn đầu thanh thép có răng xuống cho 2 móc thép móc vào nhau. Nên có người đứng ở tầng liên kết dưới cầm sào dài và nhẹ đẩy cho 2 móc thép đó móc vào nhau. Sau đó trên tầng liên kết trên phải dùng tời kéo cho cáp thẳng ra và phía dưới thì cần trục phải đẩy cho phao vào bên trong cụm 4 cột chống, khi đó thanh thép có răng lại tiếp tục đứng thẳng và ta có thể bỏ móc ra. Trong tầng liên kết dưới gắn tạm 2 cuộn cáp lớn với cáp có thể kéo được vật nặng khoảng 30 tấn và đầu cáp lớn có móc thép. Cuộn cáp này cần có líp lớn và có chỗ đóng chêm thép để khi chưa có chêm thép thì cuộn cáp có thể quay đi quay lại, nhưng khi đã đóng chêm thép thì cuộn cáp chỉ có thể quay để cuộn cáp lại, ngoài ra nó cần có những tay quay rỗng giữa ở xung quanh để cuộn cáp khi cáp trùng xuống. Trong tầng liên kết dưới còn có 2 que nhẹ ở 2 bên, mỗi que dài khoảng 14 m và đuôi que có dây buộc vào tầng liên kết dưới cho que khỏi rơi xuống biển. Cho 2 người cầm que móc 2 móc thép ở đầu cáp lớn vào 2 vòng thép ở 2 bên phao rồi đóng chêm thép lại. Quay 2 cuộn cáp cho cáp căng ra, nhưng phải chú ý là không được để răng của thanh thép có răng quay về phía khung chịu lực. Mỗi khi sóng đưa phao lên cao cáp lại chùng xuống, quay tay quay cho cáp căng ra, khi không quay được nữa thì đút đầu xà beng dài vào tay quay để có lực quay mạnh hơn, cứ làm như vậy nhiều lần thì phao sẽ đứng yên, nhưng phải chú ý điều chỉnh trước khi phao đứng yên để cho khi phao đứng yên thì thanh thép có răng phải vào đúng vị trí cần lắp ghép. Nói đúng hơn là phao chỉ còn nâng lên hạ xuống rất ít vì không thể dùng sức người và xà beng kéo cho cáp lớn thật thẳng ra được. Không những thế thanh thép có răng có thể chưa vào đúng vị trí cần lắp ghép nên cần có người đứng ở tầng liên kết trên và tầng liên kết dưới cầm móc thép để kéo hoặc đẩy thanh thép có răng vào đúng vị trí cần lắp ghép. Khi đó có thể ghép nốt 2 bánh lăn áp về phía ngoài thanh thép có răng. Kiểm tra lại thật kỹ các thiết bị gắn trên khung chịu lực rồi dùng xà beng tháo chêm thép ra khi sóng đang lên, phao sẽ hạ nhanh xuống biển. Tốc độ hạ của phao chậm hơn tốc độ rơi tự do vì nó phải làm quay các thiết bị gắn vào khung chịu lực. Nếu móc ở đầu cáp lớn chưa tung ra khỏi vòng thép ở phao thì dùng que dài tháo móc ở đầu cáp lớn ra và tháo cuộn cáp đó để dùng cho các phao sau.

Mỗi khung đỡ của điện sóng biển có tới 757 cụm 4 cột chống và phần chống lún, mỗi cái như vậy nặng tới 65 tấn và cũng không cần vận chuyển nhanh nên nếu có sà lan tự hành lớn chuyên dùng để làm việc này thì chi phí có thể giảm đi rất nhiều. Thí dụ như sà lan đó có thể hình chữ U trên gắn cầu trục hoặc cổng trục lớn cho vững chãi và có thể vận chuyển được 7 cụm 4 cột chống. Xem trên mạng tôi thấy ở nước ta cũng có chỗ bán cầu trục, cổng trục có trọng tải tới 100 tấn. Khi lấy các cụm 4 cột chống và phần chống lún ở trên bờ thì cầu trục có thể thò ra trên bờ để móc cái đó rồi đưa vào đặt trên sà lan. Khi đã ra đến nơi, cầu trục có thể móc cả cụm 4 cột chống và phần chống lún để thả xuống biển. Nếu cầu trục có sức nâng trên 110 tấn thì toàn bộ cụm 4 cột chống và phần chống lún, trong đó có cả phao có thể lắp ráp toàn bộ trên bãi biển để sau đó cầu trục nhấc chúng lên đưa vào đặt trên sà lan, vận chuyển đến vị trí đã định trước rồi thả xuống biển. Như vậy phần làm trên biển chỉ còn là việc kết nối chúng lại với nhau để thành khung đỡ có 3 hàng phao dài khoảng gần 9 km mà thôi và việc lắp thêm phao trên biển vào đúng vị trí cũng dễ hơn vì không bị vướng thanh liên kết ở tầng liên kết dưới.

Đáy biển ở các vùng do phù sa lắng đọng xuống từ bao đời nay khá bằng phẳng nhưng trước khi cắm các cụm 4 cột chống xuống biển cũng cần quan sát kỹ xem đáy biển ở đó có thực sự bằng phẳng hay không, có dị vật gì ở dưới đó hay không để xử lý trước khi cắm các cụm đó xuống biển, nếu không xử lý được cần chuyển địa điểm một chút. Nếu chỉ là những cây thân cỏ mọc dưới đáy biển thì khi đặt cụm 4 cột chống lên, nó sẽ tự xẹp xuống. Việc quan sát đáy biển sâu từ 5 m đến 20 m, chắc là không khó khăn gì, thí dụ như chỉ cần cho camera và đèn pha nhỏ vào trong hộp thủy tinh kín treo vào ca nô và cho nó đi rất chậm thì khi chiếu lên có thể thấy từng chi tiết nhỏ ở vùng ca nô đi qua.

Đoạn kết nối cần cắm 30 cụm 3 cột chống xuống đáy biển. Tổng trọng lượng của 1 cụm 3 cột chống như sau:

- Thép U400x100x10.5x12: 708x1 = 708 kg

- Thép U300x90x9x12: 457,2x6 = 2.743,2 kg

- Ống thép cột chống: 1.771x3 = 5.313 kg

- 3 ống bê tông dự ứng lực có trọng lượng là: 2,5x3 = 7,5 tấn = 7.500 kg

- Đường nhỏ rộng khoảng 1 m cho công nhân đứng làm việc khoảng 2.000 kg

- Phần chống lún nặng: 2.580x3x3,5+94,8x3 = 27,374,4 kg.

Tổng cộng: 45.638,6 kg. So với 1 cụm 4 cột chống, trọng lượng cụm này chỉ bằng 70,56%. Không những thế chỉ cần cắm những cụm này xuống biển cho đúng hàng lối là xong, không cần lắp thêm phao và các thiết bị trên đó, nên tôi chỉ tạm tính chi phí phần cắm 1 cụm xuống biển chỉ bằng 50% so với 1 cụm 4 cột chống. Như vậy chi phí phần cắm 24 cụm 3 cột chống xuống biển là: 700x24x0,5/758 = 11,082 tỷ đồng.

Chi phí toàn bộ cho khung đỡ gần bờ là: 784,961+700 = 1.484,961 tỷ đồng.

Chi phí toàn bộ cho khung đỡ phía ngoài và đoạn kết nối là: 801,958+700+11,082 = 1.513,04 tỷ đồng.

Như vậy tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ gần bờ phía sau có đê và trên đó đã có 2.267 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện hết khoảng: 954,407+1.484,961 = 2.439,368 tỷ đồng, tính tròn lên là 2.440 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ gần bờ phía sau có đê và trên đó đã có 2.264 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện hết khoảng: 953,144+1.484,961 = 2.438,105 tỷ đồng, tính tròn lên là 2.439 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ gần bờ phía sau không có đê và trên đó đã có 2.256 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện hết khoảng: 949,776+1.484,961 = 2.434,737 tỷ đồng, tính tròn là 2.435 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ trên đó đã có 2.264 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện và đoạn kết nối hết khoảng: 953,144+1.513,04 = 2.466,184 tỷ đồng, tính tròn là 2.467 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ trên đó đã có 2.267 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện và đoạn kết nối hết khoảng: 954,407+1.513,04 = 2.467,447 tỷ đồng, tính tròn là 2.468 tỷ đồng.

Khi tiến ra ngoài biển thì chiều cao phao giảm bớt, nhưng ống bê tông dự ứng lực sẽ dài ra và việc cắm các cụm càng khó khăn hơn, vì thế chi phí sẽ tăng lên, tạm tính mỗi lần ra ngoài thêm như vậy thì chi phí cho khung đỡ phía ngoài tính cả phần kết nối sẽ tăng thêm khoảng 10 tỷ đồng thì vốn đầu tư của khung đỡ phía ngoài thứ nhất sẽ là: 2.467+10, khung đỡ phía ngoài thứ hai sẽ là: 2.467+10x2,... khung đỡ phía ngoài thứ tư sẽ là: 2.467+10x4,... khung đỡ phía ngoài thứ chín sẽ là: 2.467+10x9.

Đây là những cấp số cộng nên tổng đầu tư các khung đỡ phía ngoài từ 1 đến 4 sẽ là: 2.467+10+2.467+10x2+...+2.467+10x4 = 2.467x4+(10+40)x4/2 = 9.968 tỷ đồng.

Tổng đầu tư các khung đỡ phía ngoài từ 1 đến 9 sẽ là: 2.467+10+2.467+10x2+...+2.467+10x9 = 2.467x9+(10+90)x9/2 = 22.653 tỷ đồng.

Tổng đầu tư cho cụm điện sóng biển trên vùng biển Bình Thuận là: 2.435+9.968+2.468+10x5 = 14.921 tỷ đồng.

Tổng đầu tư cho cụm điện sóng biển trên vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu là: 2.435+22.653+2.468+10x10 = 27.656 tỷ đồng.

Tổng đầu tư cho cụm điện sóng biển trên vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau là: 2.439+22.653+2.468+10x10 = 27.660 tỷ đồng.

2.6.2. Đê và đường từ bờ ra khung đỡ hoặc ra đê:

Việc làm những đê bọc bê tông ở nơi biển sâu khoảng 5 m, có lẽ phải đúc sẵn những mặt phẳng bê tông cốt thép có thêm chân ở trên bờ để khi đưa ra ngoài biển và dùng cần trục lớn đưa xuống nước là những mặt phẳng bê tông cốt thép đó nằm ở vị trí đã định trước. Thí dụ như ta cần đê cao hơn mực nước biển 2 m chẳng hạn và mặt phẳng bê tông cốt thép cao 10 m, rộng 10 m, dày 0,2 m thì thể tích của mặt phẳng bê tông cốt thép là: 10x10x0,2 = 20 m3, cộng thêm cả chân vào sẽ là khoảng 24 m3 và mặt phẳng đó sẽ tạo thành góc 44,4 độ so với mặt nước biển. Phía sau không còn sóng mạnh nên mặt phẳng bê tông cốt thép có thể mỏng hơn và có thể để thẳng đứng thí dụ như mặt phẳng bê tông cốt thép cao 7 m, rộng 16 m, dày 0,16 m chẳng hạn thì thể tích của mặt phẳng bê tông cốt thép là 7x16x0,16 = 17,92 m3, cộng thêm cả chân vào sẽ là khoảng 22 m3. Tại những nơi có cột điện gió lớn, đê phải làm rộng hơn thì nên mở rộng đê về phía sau. Để vận chuyển và lắp đặt những mặt phẳng bê tông cốt thép đó xuống biển cần dùng sà lan tự hành và cần trục trên sà lan phải có sức nâng khoảng 80 tấn. Sau khi đặt xong những mặt phẳng bê tông cốt thép đó xuống biển và phủ kín những chỗ tiếp giáp, mới có thể phun cát vào bên trong rồi đầm nén cho thật chặt. Nếu sóng đập vào mặt bê tông cốt thép nghiêng mà vẫn còn có khả năng đi xuống phía dưới làm xói mòn chân đê thì cần có thêm mặt phẳng bê tông cốt thép nằm ngang đặt ngay sát chân đê. Do vùng đáy biển gần bờ này khá bằng phẳng nên rất thuận lợi cho việc đặt các mặt phẳng bê tông cốt thép đó cạnh nhau và tiếp giáp với nhau. Tuy nhiên cũng cần phải khảo sát trước cho kỹ để xem chỗ định đặt các tấm bê tông cốt thép xuống còn có đá ngầm hoặc dị vật gì không? Nếu có phải đặt dịch ra chỗ khác cho các tấm bê tông cốt thép và chân của nó không đè lên đá ngầm hoặc dị vật đó. Việc phủ kín những chỗ tiếp giáp chắc là các chuyên gia thủy lợi có nhiều cách làm hay, nhưng cũng xin phép nêu ra suy nghĩ của tôi về vấn đề này như sau: Nên dệt những tấm thảm lớn và dày bằng ni lông và nối chúng lại với nhau thành những tấm ni lông dày rộng trên 3 m và dài trên 12 m để dùng cho mặt phẳng bê tông cốt thép cao 10 m hoặc dài trên 9 m để dùng cho mặt phẳng bê tông cốt thép cao 7 m. Trong chiều rộng của tấm ni lông rộng trên 3 m đó thì phần giữa của tấm ni lông nên dày hơn ở 2 bên, thí dụ như phần dày đó rộng hơn 2 m chẳng hạn. Trên mặt trong của mặt phẳng bê tông cốt thép cần có những đinh để buộc khoảng 1/3 tấm ni lông dài rộng đó vào và để thừa khoảng hơn 2 m ở phía dưới. Đầu phía trên của tấm ni lông thừa ra cũng treo tạm vào đinh ở phía trên mặt phẳng bê tông cốt thép. Phía dưới của mặt phẳng bê tông cốt thép đó cần gắn giây thép đủ cứng để buộc đoạn ni lông còn thừa khoảng hơn 2 m và bẻ cho nghiêng ra phía ngoài. Khi đặt mặt phẳng bê tông cốt thép đó xuống biển thì phần ni lông thừa ra sẽ nằm sát đáy biển và ở phía ngoài. Khi đặt tiếp mặt phẳng bê tông cốt thép khác xuống biển ngay bên cạnh thì nó sẽ đè lên phần ni lông thừa ra, vì vậy ta chỉ cần tháo dây treo đầu tấm ni lông phía trên ra và buộc phần trên của tấm ni lông đó vào những đinh ở mặt trong của mặt phẳng bê tông cốt thép mới này. Khi phun cát vào bên trong rồi đầm nén thì cát sẽ ép chặt tấm ni lông vào các mặt phẳng bê tông cốt thép và phần giữa của tấm ni lông dày gác lên 2 tấm bê tông cốt thép cạnh nhau nên nó đỡ bị phồng hơn và cát không thể ra được phía ngoài. Nên có sà lan tự hành lớn chuyên dùng có cầu trục rất lớn như đã nêu trong mục 2.6.1.3 để làm việc này. Sau khi có được đê đó thì việc xây dựng cho đê cao hơn chỉ còn là việc xây dựng bình thường mà thôi.

Xin phép nêu một con số cụ thể: Báo Dân trí ngày 29/09/2005 đã có bài: “100 tỷ đồng cho một km đê biển kiên cố” và câu đầu tiên của bài này là: “Đó là khẳng định của ông Đặng Quang Tính - Cục trưởng Cục Phòng, chống lụt bão và Quản lý đê điều Trung ương. Theo ông, Việt Nam chưa đủ điều kiện để kiên cố hóa đê biển”. Đó là giá từ cách đây 14 năm trước, ngày nay giá còn cao hơn. Vì vậy tôi dự kiến tạm tính giá 1 km đê biển bọc bê tông ở phía sau khung đỡ khoảng 400 tỷ đồng. Vốn đầu tư cho đê dài khoảng 9 km là: 400x9 = 3.600 tỷ đồng.

Giá đường từ bờ ra khung đỡ sẽ rẻ hơn, dự kiến tạm tính khoảng 300 tỷ đồng/km. Đường từ bờ ra khung đỡ trên vùng biển Bình Thuận đến Vũng Tàu tạm tính dài 500 m cần: 300x0,5 = 150 tỷ đồng. Đường từ bờ ra khung đỡ trên vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau tạm tính dài 800 m cần: 300x0,8 = 240 tỷ đồng. Đường từ bờ ra khung đỡ trên vùng biển Quảng Ngãi đến Ninh Thuận tạm tính dài 200 m cần: 300x0,2 = 60 tỷ đồng. Đường từ bờ ra khung đỡ trên vùng biển Quảng Bình đến Quảng Nam tạm tính dài 300 m cần: 300x0,3 = 90 tỷ đồng. Đường từ bờ ra khung đỡ trên vùng biển Thái Bình đến Hà Tĩnh tạm tính dài 400 m cần: 300x0,4 = 120 tỷ đồng.

Do đã có đê phía ngoài, phía trong không còn sóng nên chỉ tạm tính giá đường từ bờ ra đê khoảng 200 tỷ đồng/km. Đường từ bờ ra đê phía sau khung đỡ trên vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau tạm tính dài 800 m cần: 200x0,8 = 160 tỷ đồng.

2.6.3. Điện sóng biển trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện hay không?

Suất đầu tư cho thủy điện tạm tính như của nhà máy thủy điện Sông Lô 6 là 9,891 tỷ đồng cho sản lượng điện 1 triệu KWh/năm thì ta có kết quả tính toán được như trong biểu sau:


Số tiền còn lại và những việc còn lại đã có trong biểu trên. Những việc còn lại chỉ là những máy phát điện một chiều với số lượng và công suất đã có trong biểu gắn vào các khung đỡ, 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. 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 tỷ 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?

Trên vùng biển từ Thái Bình đến Ninh Thuận thì hiệu quả kinh tế kém hơn rất nhiều, cụ thể như trong biểu sau:

 

Nếu dùng được loại khung đỡ chỉ gồm toàn các cụm 3 cột chống thì hiệu quả kinh tế còn lớn hơn, cụ thể như trong 2 biểu sau:



3. Điện gió biển cắm thêm:

3.1. Điện gió biển cắm thêm trên khung đỡ của điện sóng biển:

Vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau là vùng biển có gió thổi mạnh nhất trong các vùng biển gần bờ của nước ta. Nên ta có thể cắm thêm các cột điện gió bằng ống thép không gỉ cao 7 m đường kính trong 220 mm vào đầu ống thép của một số cột chống trong các khung đỡ để làm các điện gió có cánh quạt dài 5 m nhằm tăng thêm sản lượng điện.

Trên khung đỡ có 5 hàng cột chống, ta chỉ dùng 3 hàng là hàng ngoài cùng, hàng giữa và hàng trong cùng. Trong hàng ngoài cùng và hàng trong cùng các cột chống đều cách nhau gần 24 m, nhưng trong hàng giữa các cột chống chỉ cách nhau 11,8 m nên điện gió cần để cách nhau 1 cột chống để ít bị ảnh hưởng lẫn nhau. Hàng ngoài cùng và hành trong cùng chính là các cột trống phía ngoài của các cụm 4 cột chống nên có số điện gió là 757 cột. Hàng giữa chính là các cột trống phía trong của các cụm 4 cột chống nên có số điện gió là: [757/2]+1 = 379 cột ([757/2] là phần nguyên của 757/2). Tổng cộng trên khung đỡ cắm thêm: 757+379 = 1.136 điện gió.

Trong bài: “Triển vọng phát triển nguồn điện gió tại Việt Nam” của Trần Trí Năng, Lê Khắc Hoàng Lan, Nguyễn Tân Huyền, Trương Trà Hương,Phạm Thanh Tuân, Nguyễn Xuân Cường, Phạm Thị Hồng, Bùi Mỹ Duyên (+ Đại Học Minnesota, Mỹ Quốc.*Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng- Viện Khoa Học & Công Nghệ , Việt Nam) trên trang Web erct.com có bản đồ về tiềm năng gió ở Biển Đông như sau:



Nhìn vào bản đồ này ta thấy nơi có gió mạnh nhất là vùng biển Bình Thuận và càng ra xa vùng này gió càng yếu dần.

Trong bài này cũng có phương pháp tính công suất điện gió như sau:

Giả thử không khí chuyển động với vận tốc v, thời gian t để đi được quãng đường D, diện tích bề mặt A (tương ứng với diện tích do cánh quạt quét trong không gian), tỉ trọng không khí ρ, khối không khí chuyển động m sẽ được như sau:

m = ρ.A.D = ρ.A.v.t

Động năng của khối không khí có khối lượng m chuyển động với vận tốc v:

E = ½.mvv = ½. ρAvvvt

Vì công suất được tính bằng năng lượng E cho một đơn vị thời gian, do đó công suất của tuốc bin gió P sẽ là :

P = E/t = ½.ρAvvv (Watts)

Với hệ số hoàn thiện hay Betz limit C, công thức tính công suất trên có thể viết lại như sau:

P = ½.CρAvvv

Trong đó: ρ - tỉ trọng không khí, kg/m3(khoảng 1,225 kg/m3ở mực nước biển, khi cao độ càng tăng tỉ trọng không khí càng giảm); A – bề mặt quét của cánh quạt hướng thẳng vào chiều gió, m2; v – tốc độ gió, m/sec và công suất P, Watts (= Joules/sec). Theo lý thuyết , C bằng 16/27 = 0,59, nhưng trên thực tế C nằm vào khoảng 0,35.

Nhìn vào công thức trên ta thấy công suất của tuốc bin gió P tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ gió nên khi gió tăng đột biến thì công suất tăng lên rất mạnh vì thế các cánh quạt gió cần phải tự gập lại được giống như của Điện gió Bạc Liêu. Nếu không làm được điều này thì không nên cắm thêm điện gió.

Trong bài này có biểu tốc độ gió bình quân tháng đo được tại 2 trạm Long Hải và Phước Tỉnh ở tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Tính ra tốc độ gió bình quân năm ở Long Hải là 7,62 m/s và ở Phước Tỉnh là 8,01 m/s. Tôi dùng công thức trên, tính với C = 0,35 và tính với độ dài cánh quạt điện gió là 5 m thì sản lượng điện ở Long Hải là 81.287 KWh/năm và ở Phước Tỉnh là 94.222 KWh/năm. Nếu dùng tốc độ gió bình quân năm để tính sẽ cho ra sản lượng điện thấp hơn tới gần 20%. Điều này không có gì lạ vì nhìn vào công thức tính công suất điện gió ta thấy công suất phụ thuộc vào lập phương của tốc độ gió. Vì thế để có sản lượng điện như trên tôi đã phải tính tốc độ gió ở Long Hải là 8,2 m/s cao hơn tốc độ gió bình quân năm 7,8% và tốc độ gió ở Phước Tỉnh là 8,61 m/s cao hơn tốc độ gió bình quân năm 7,52%. Lưu ý là nếu có tốc độ gió bình quân ngày để tính toán rồi cộng lại ta sẽ có sản lượng điện cao hơn nữa. Đấy vẫn chưa hết vì tốc độ gió tại từng thời điểm trong ngày cũng khác nhau. Vì vậy khi chỉ biết tốc độ gió bình quân năm, muốn dùng công thức trên để ước tính công suất điện bình quân và sản lượng điện cả năm, cần tính với tốc độ gió cao hơn khoảng 20%.

Bài này cũng nói nhiều đến điện gió ở các nước trên thế giới và Việt Nam. Tôi chưa biết Điện gió Bạc Liêu được tính theo phương pháp nào, nhưng cứ tính thử công suất của điện gió theo phương pháp đã có trong bài này với tốc độ gió khoảng 8 m/s cho Điện gió Bạc Liêu và điện gió nhỏ cánh dài 5 m với tốc độ gió khoảng 8 m/s cho vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau, 9 m/s cho vùng biển Bình Định đến Ninh Thuận và Bà Rịa - Vũng Tàu, 10 m/s cho vùng biển Bình Thuận gắn trên khung đỡ gần bờ của điện sóng biển như trong biểu sau:



Như vậy khi tính với tốc độ gió 8 m/s, Điện gió Bạc Liêu muốn có sản lượng điện hàng năm là 320 triệu KWh, thì phải có hệ số hoàn thiện lên đến 0,33902, thấp hơn mức 0,35 một ít. Cũng tính theo phương pháp này thì sản lượng điện gió biển của 1.136 điện gió nhỏ khi tốc độ gió 8 m/s là 83,1 triệu KWh, khi tốc độ gió 9 m/s là 118,31 triệu KWh, khi tốc độ gió 10 m/s là 162,3 triệu KWh. Nhưng do đường truyền điện dài và máy không tốt bằng máy của Điện gió Bạc Liêu nên tôi dự kiến giảm bớt 20% còn 66,48 triệu KWh, 94,65 triệu KWh và 129,84 triệu KWh.

Nhìn vào sơ đồ gần cuối trong mục 2.2 ta thấy mỗi đoạn kết nối có thể gắn thêm 16 cột điện gió nhỏ nên trong cụm điện sóng biển có 6 khung đỡ có thể gắn được: 1.136x6+16x5 = 6.896 cột, trong cụm điện sóng biển có 11 khung đỡ có thể gắn được: 1.136x11+16x10 = 12.656 cột.

3.2. Điện gió biển lớn cắm trên đê của điện sóng biển và đường từ bờ ra đê:

Trên đê gió rất mạnh và chỉ cần mở rộng ở một số chỗ cho đê vững chắc hơn là ta có thể dựng được những cột điện gió lớn với công suất 1,6 – 2 MW. Đê dài 9 km, nếu cứ 200 m lại dựng một cột điện gió lớn thì số cột dựng được là: 9/0,2+1 = 46 cột. Cộng thêm 4 cột điện gió lớn trên đường từ bờ ra đê thành 50 cột. Điện gió Bạc Liêu có 62 turbin điện gió với tổng công suất lắp máy là 99,2 MW và điện sản xuất mỗi năm khoảng 320 triệu KWh, tính ra công suất bình quân là: 320x1.000/(365x24) = 36,53 MW. Mỗi turbin điện gió có công suất lắp máy là: 99,2/62 = 1,6 MW, công suất bình quân là: 36,53/62 = 0,59 MW và điện sản xuất mỗi năm khoảng: 320/62 = 5,16 triệu KWh. Như vậy điện gió trên đê có thể cho lượng điện là: Công suất lắp máy: 1,6x50 = 80 MW, công suất bình quân: 0,59x50 = 29,5 MW và điện sản xuất mỗi năm: 5,16x50 = 258 triệu KWh.

3.3. Tiềm năng điện gió biển cắm thêm trên các khung đỡ, trên đê và đường ra đê của điện sóng biển:





4. Điện mặt trời gắn thêm trên khung đỡ của điện sóng biển:

Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Từ dưới vĩ tuyến 17 ở nước ta, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, chỉ giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa.

Khi hòa vào điện lưới quốc gia, điện mặt trời có ưu điểm là chỉ phát điện vào ban ngày, khi đó nhu cầu điện đang cần rất lớn. Nước ta đang làm một số dự án điện mặt trời ở Nam Trung Bộ và Nam Bộ. Tuy nhiên những dự án này sẽ chiếm một số diện tích đất trên đất liền. Muốn làm lớn thì phải vươn ra ngoài biển.

Trong bài: “Công nghệ và kỹ thuật của quang điện” đăng ngày 12/05/2019 trên trang web Năng lượng Việt Nam có đoạn viết: “Hiệu suất biến đổi từ quang năng sang điện năng của các trạm điện mặt trời chỉ đạt trung bình khoảng 16÷20%. Hơn 80% năng lượng còn lại của mặt trời bị tiêu hao vào quá trình làm nóng pin mặt trời (PV) lên đến 55oC.
Nếu nhiệt độ của PV tăng thêm 1oC thì hiệu suất của trạm điện mặt trời giảm đi 0,5%. Mối liên quan này không tuyến tính. Nếu nhiệt độ của PV tăng thêm 10oC thì hiệu suất giảm đi 2 lần. Vì vậy, việc làm mát các PV là rất quan trọng.
Các hệ thống (thiết bị) làm mát PV bằng phương pháp cưỡng bức (như quạt gió hay bơm) thường tiêu dùng một lượng lớn điện năng, thường xuyên phải bảo dưỡng, và cũng làm ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống.
Hệ thống làm mát PV bằng phương pháp tự nhiên thường có công suất (hiệu suất) làm mát thấp và không đảm bảo được độ làm mát cần thiết.”

Điện mặt trời gắn trên khung đỡ điện sóng biển ở cao so với mặt biển trên 17 m, thường xuyên có gió thổi mạnh, những làn gió này sẽ làm mát cho pin mặt trời. Những làn gió này chắc chắn là mát hơn nhiều so với những làn gió trên đất liền làm mát cho điện mặt trời tập trung.

Trong tầng liên kết trên của khung đỡ điện sóng biển rất ít khi có người qua lại vì trên đó chỉ có bánh lăn để đỡ thanh thép có răng và có thêm một số cột điện gió nhỏ bằng thép không rỉ với đường kính trong 0,22 m cắm vào đầu một số ống thép cột chống của khung đỡ. Đường nhỏ cho công nhân đi lại để kiểm tra và làm việc chỉ chiếm khoảng hơn 10% diện tích tầng liên kết trên. Như vậy còn diện tích rất lớn có thể dành cho pin mặt trời. Bài: “Pin mặt trời” trong Bách khoa toàn thư mở Wikipedia cho biết: “ hiệu suất của pin Mặt trời thay đổi từ 6% từ pin Mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30% hay cao hơn nữa” và: “ Các pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ cho nó có hiệu suất từ 5% đến 15%”.

Để mọi người thấy rõ nguồn điện to lớn này xin phép tính thử như sau:

4.1. Khả năng phát điện của pin mặt trời:

Bài: “Các Ứng dụng thiết kế hệ thống pin mặt trời + các tài liệu về năng lượng bức xạ mặt trời tại Việt Nam” của wd.support đưa trên Diễn đàn webdien.com ngày 16/04/2015 trong mục Ứng dụng năng lượng mặt trời đã cho bảng số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta như sau:



Từ biểu này ta tạm rút ra cường độ bức xạ mặt trời trên mỗi m2/ngày bình quân vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ là: (4,9+5,7)/2 = 5,3 KWh, vùng Nam Bộ là: (4,3+4,9)/2 = 4,6 KWh. Không biết đấy có phải là bình quân ngày trong 365 ngày của năm hay không? Hay chỉ là cho những ngày có nắng? Nếu điều đó là đúng thì cường độ bức xạ mặt trời trên mỗi m2/năm bình quân vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ là: 5,3x365 = 1.934,5 KWh, vùng Nam Bộ là: 4,6 x365 = 1.679 KWh.

Khoa học kỹ thuật về pin mặt trời đang phát triển rất nhanh nên tôi xin phép tạm tính hiệu suất 15%. Như vậy sản lượng điện của mỗi m2/năm trên khung đỡ điện sóng biển vùng biển này tạm tính là: 1.934,5x0,15 = 290,175 KWh cho vùng biển Bình Định đến Bình Thuận và: 1.679x0,15 = 251,85 KWh cho vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu đến Cà Mau.

4.2. Tiềm năng điện mặt trời trong các khung đỡ điện sóng biển trên vùng biển Bình Định đến Cà Mau:

4.2.1. Diện tích tầng liên kết trên của khung đỡ điện sóng biển:

Nhìn trên hình vẽ của khung đỡ này ở sơ đồ đầu tiên trong mục 2.2 ta thấy có:

- Hình thang cân lớn có đáy nhỏ dài: 11,8x755 = 8.909 m, đáy lớn dài: 11,8x757 = 8.932,6 m, cạnh bên dài: 11,8x2 = 23,6 m và làm thành góc 60 độ với đáy lớn, chiều cao dài: 23,6x0,866 = 20,44 m và diện tích là: (8.909+8.932,6)x20,44/2 = 182.325 m2.

- 757 tam giác đều ở 2 bên khung đỡ cộng thêm 6 tam giác đều phía trên cầu chữ Y thành: 757+6 = 763 tam giác đều. Mỗi tam giác có cạnh dài 11,8 m, chiều cao: 11,8x0,866 = 10,22 m và có diện tích là: 11,8x10,22/2 = 60,29 m2. 762 tam giác này có diện tích là: 60,29x763 = 46.001 m2.

Tầng liên kết trên của khung đỡ và phần che cầu chữ Y có diện tích là: 182.325+46.001 = 228.326 m2.

Nhìn vào sơ đồ gần cuối trong mục 2.2 đã tính được diện tích tăng thêm để gắn thêm pin mặt trời vào tầng liên kết trên là: 5.983 m2. Nên tổng diện tích tầng liên kết trên của mỗi khung đỡ phía ngoài và đoạn kết nối là: 228.326+5.983 = 234.309 m2.

4.2.2. Tiềm năng điện mặt trời trong các khung đỡ điện sóng biển trên vùng biển Bình Định đến Cà Mau:

Khi gắn các tấm pin mặt trời trong tầng liên kết trên của khung đỡ ta phải làm thêm đường nhỏ có lan can ở hai bên đảm bảo cho công nhân lắp đặt pin mặt trời và thỉnh thoảng đi kiểm tra được an toàn. Chỗ gắn pin mặt trời cần cao hơn đường đi (thí dụ như cao hơn 1 m chẳng hạn) để gió có thể qua lại dễ dàng giữa phía trên, phía dưới của chỗ gắn pin và dễ dàng trong việc lắp đặt, sửa chữa pin. Để có thể hứng được nhiều bức xạ mặt trời hơn, pin mặt trời nên đặt hơi nghiêng về phía nam. Do chênh lệch chỉ khoảng 1 m, nên lan can chỉ là những thanh thép tròn nhỏ dài khoảng 1 m gắn vào thanh thép chịu lực ở mép đường đi và gắn vào thanh thép chịu lực đỡ giá đỡ các tấm pin mặt trời, như vậy lại càng chắc chắn hơn. Tuy đã có những chỗ cho gió lưu thông, nhưng ta cũng không nên lấp đầy tầng liên kết trên vì làm như thế sức mạnh của gió tác động vào sẽ rất lớn, nhất là những khi có bão lớn. Vì vậy tôi chỉ tạm tính phần có pin mặt trời chỉ chiếm khoảng 50% diện tích của tầng liên kết trên. Pin mặt trời gắn trong phạm vi rộng, khi truyền điện về và biến đổi điện để hòa vào lưới điện quốc gia sẽ có hao hụt, sản lượng điện sẽ giảm bớt khi dùng sau nhiều năm, nên tôi phải tạm giảm bớt 25% sản lượng điện cho an toàn. Như vậy tiềm năng điện mặt trời là:



5. Tiềm năng 3 loại điện gắn trên khung đỡ của điện sóng biển:

3loại điện gắn trên các khung đỡ của điện sóng biển trong vùng biển Thái Bình đến Cà Mau có tiềm năng như sau:



Trong tiềm năng đó riêng vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau chiếm đến 83,19%, vùng biển Thái Bình đến Ninh Thuận chỉ chiếm 16,81%.

Khung đỡ gắn thiết bị của cả 3 loại điện và nằm trên biển luôn luôn có sóng to và gió lớn, nên đòi hỏi phải rất chắc chắn để có thể chống lại được với các cơn bão rất lớn. Vì vậy kính mong các chuyên gia công trình biển giúp đỡ để có khung đỡ đảm bảo tốt các yêu cầu trên.

Điện gió nhỏ và điện mặt trời chỉ là cắm thêm trên khung đỡ của điện sóng biển nên sẽ rẻ hơn điện gió và điện mặt trời thông thường, nhưng cần lưu ý về 2 loại điện này như sau:

- Công suất của tuốc bin gió tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ gió nên khi gió tăng đột biến thì công suất tăng lên rất mạnh vì thế các cánh quạt gió cần phải tự gập lại được khi có gió lớn giống như của Điện gió Bạc Liêu. Nếu không làm được điều này thì không nên cắm thêm điện gió.

- Điện mặt trời có những nhược điểm như đã nêu trong mục 1.1.2 nên cần cân nhắc kỹ.

- Nếu khung đỡ của điện sóng biển chỉ gồm toàn những cụm 3 cột chống thì không nên gắn thêm điện gió nhỏ và điện mặt trời.

6. Các lợi ích của 3 loại điện gắn trên khung đỡ điện sóng biển:

Ngoài việc giá thành phát điện của điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện là loại điện rẻ nhất ở nước ta hiện nay và những lợi ích vô cùng to lớn về môi trường, nó còn có thêm những lợi ích sau:

6.1. Hỗ trợ cho thủy điện trong mùa khô và hỗ trợ cho điện gió và điện mặt trời khi có bão:

Thủy điện hiện còn đang chiếm tỷ trọng lớn trong các nguồn điện của nước ta. Về mùa khô nguồn nước bổ sung ít, thủy điện rất cần có nguồn điện khác hỗ trợ. Từ tháng 12 năm trước đến tháng 2 năm sau là giữa mùa khô, gió đông bắc thổi mạnh, sóng biển lớn và điện sóng biển phát rất nhiều điện nên thủy điện có thể giảm bớt công suất phát điện để dành nguồn nước cho phát điện vào cuối mùa khô. Khi có bão điện gió có thể ngừng hoạt động để tránh hư hỏng và điện mặt trời cũng phát điện ít, nhưng khi đó sóng biển rất mạnh, điện sóng biển phát rất nhiều điện có thể hỗ trợ cho điện gió và điện mặt trời.

6.2. Không tốn đất để xây dựng như điện mặt trời tập trung, không những thế ta còn có thể lấn biển để nuôi trồng thủy sản, tạo nơi trú ẩn an toàn cho tàu thuyền đánh cá khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới:

Do biến đổi khí hậu làm cho mực nước biển ngày càng dâng lên cao hơn, khi mực nước biển dâng cao thêm 1 m thì gần 40% diện tích vùng đồng bằng sông Cửu Long sẽ bị ngập chìm trong nước biển. Không những thế do khai thác quá nhiều nước ngầm, vùng này đang bị lún dần xuống với tốc độ nhanh hơn tốc độ nước biển dâng nhiều lần. Ta thử nghĩ xem nếu gần 40% đồng bằng sông Cửu Long bị ngập chìm trong nước biển thì những người dân ở đó sẽ đi đâu và cuộc sống của họ sẽ ra sao? Nếu mực nước biển cao thêm 1 m thì hơn 60% còn lại của đồng bằng sông Cửu Long sẽ bị xâm nhập mặn như thế nào? Ngoài một vài chỗ có đồi núi ra, những chỗ khác có còn chỗ nào không bị xâm nhập mặn hay không? Ở những chỗ bị xâm nhập mặn thì cây lúa có còn trồng được hay không? Nước ta là nước đất chật người đông, với đà tăng dân số như hiện nay thì khi đó có lẽ đã lên tới trên 150 triệu người. Lương thực đâu để có thể nuôi sống được trên 150 triệu người đó? Vì vậy việc làm thế nào để cho đồng bằng sông Cửu Long giữ nguyên được diện tích đất như hiện nay và giải quyết được xâm nhập mặn là việc vô cùng quan trọng, nếu lấn được thêm ra biển lại càng tốt hơn. Để giải quyết vấn đề đó xin xem bài: “Chống xâm nhập mặn, bảo toàn và tăng thêm diện tích cho đồng bằng sông Cửu Long” trên trang web vncold.vn của Hội Đập lớn và Phát triển Nguồn nước Việt Nam ngày 18/04/2017. Trong bài này chỉ tập trung vào việc kết hợp với điện sóng biển để lấn thêm ra biển trên vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau. Cụ thể là nếu ở nơi biển sâu khoảng 5 m có những đê bọc bê tông song song với hướng của đường bờ biển, mỗi đê dài khoảng 9 km làm cho sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau, sóng lại càng dữ dội hơn, điện lại càng được tăng thêm. Các đê đó được đặt ngay gần nhau, thí dụ như chúng chỉ cách nhau khoảng 1 km chẳng hạn để tàu đánh cá có lối ra vào thì sóng biển sau khi đi qua cửa này sẽ bị phân tán ra nhiều phía. Khi sóng đến bờ biển đối diện với cửa này thì chỉ còn là những sóng nhỏ, những nơi xa hơn sẽ không còn sóng để làm sạt lở bờ biển và đê kè biển nữa. Như vậy vùng biển phía trong không còn sóng sẽ là nơi trú ẩn an toàn cho tàu thuyền đánh cá khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới. Do đó ta cũng không cần phải mất hàng nghìn tỷ đồng để đắp hàng chục km đê biển kiên cố ngăn nước biển dâng và chắn sóng mà có thể dùng số tiền đắp đê đó vào việc thuê các tàu hút cát để hút cát ở những nơi biển sâu khoảng 3 m đến 4 m phun vào những nơi biển nông hơn tạo thành vùng cát dài hình vòng cung lõm nổi cao hơn mực nước biển khoảng hơn 3 m so với khi thủy triều dâng lên đến mức cao nhất cho dân cư sinh sống, phía sau có thể tạo thành vùng nuôi trồng thủy sản.

6.3. Tính đa dạng sinh học sẽ được tăng thêm:

Với số lượng cột chống và phao dày đặc ở dưới khung đỡ thì các loài cá lớn rất khó bơi lội và kiếm ăn, nhưng các loài cá nhỏ và vừa thì vẫn dễ dàng hoạt động trong đó. Nó sẽ trở thành nơi trú ẩn an toàn cho các loài cá nhỏ và vừa, số lượng cá sẽ tăng lên nhanh chóng. Những con cá khá lớn, lớn đến mức độ nào đó cũng sẽ thấy vùng đó chật hẹp, cần phải ra ngoài để bơi lội và kiếm ăn, vùng gần khung đỡ sẽ có nhiều cá hơn. Những ống bê tông dự ứng lực nhỏ dài 10 m, có khoan nhiều lỗ nhỏ ở ngay sát đáy biển sẽ là nơi trú ẩn an toàn cho những đàn cá nhỏ và số lượng cá nhỏ sẽ tăng lên nhanh chóng. Các phao sẽ trở thành nơi các loài lưỡng cư nằm nghỉ trên cạn và phơi nắng. Các thanh liên kết sẽ là nơi các loài chim đến đậu để nghỉ ngơi và kiếm ăn. Tính đa dạng sinh học sẽ được tăng thêm.

6.4. Giảm áp lực của sóng vào bờ biển:

Nước ta đã phải xây dựng nhiều công trình đê kè biển hoặc trồng rừng ngập mặn để chống xói lở bờ biển tốn rất nhiều tiền, nhưng việc làm cho sóng biển yếu bớt từ xa trước khi tác dụng vào vùng bờ biển còn chưa được làm. Nếu lợi dụng năng lượng sóng biển để chạy máy phát điện thì một phần năng lượng của sóng biển đã bị tiêu hao và áp lực của sóng biển vào vùng bờ biển cũng sẽ bị giảm bớt.

6.5. Lượng phù sa màu mỡ có thể vẫn tiếp tục đổ về đồng bằng sông Cửu Long:

Do lợi ích đất nước họ, 11 nhà máy thủy điện sẽ dần dần được xây dựng trên dòng chính sông Mekong ở Lào và Căm Pu Chia. Như vậy đại bộ phận phù sa của sông Mekong sẽ bị lắng đọng xuống đáy các hồ thủy điện và sẽ không còn phù sa về đến vùng Đồng bằng sông Cửu Long, tình trạng sạt lở bờ sông sẽ tăng lên, cá sẽ không thể tự do di cư trên dòng sông Mekong,... Nếu nước ta xây dựng sớm điện sóng biển trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau, giá thành phát điện có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện và khi đưa sang đến Thái Lan vẫn còn rẻ hơn thủy điện thì các nhà đầu tư dại gì phải bỏ những số tiền khổng lồ ra xây dựng những nhà máy thủy điện trên sông Mekong để rồi không tiêu thụ được điện, họ sẽ thấy việc khởi công các nhà máy thủy điện là vô cùng lãng phí và lượng phù sa màu mỡ của sông sẽ tiếp tục về đến vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

6.6. Về an ninh, quốc phòng:

Tại khung đỡ ngoài cùng và ở ngay cạnh đường biển cho tàu thuyền đánh cá qua lại có thể dễ dàng nối dài ra khoảng vài chục mét để xây dựng đồn cảnh sát biển hoặc đồn biên phòng. Từ đây có thể theo dõi được tàu thuyền qua lại trong phạm vi mấy chục km.

7. Khó khăn trong việc triển khai thực hiện:

Điện gió và điện mặt trời đắt hơn những loại điện nước ta đang dùng hiện nay và có những nhược điểm như đã trình bày trong phần 1, nhưng nhiều nước đã làm nên ta chỉ việc làm những công trình nhỏ theo cách họ đã làm hoặc cho họ đầu tư vào để làm những công trình lớn, giá điện cao thì Nhà nước phải nâng giá điện, các sản phẩm khác sẽ bị nâng giá theo, sức cạnh tranh của nền kinh tế sẽ bị suy giảm và dân ta phải chịu. Còn điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam giá thành phát điện trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện là loại điện có giá thành phát điện thấp nhất ở nước ta hiện nay, trong các bài viết của tôi tuy có những bài đã được nhiều triệu lượt người xem như thế, nhưng khó là chưa có thử nghiệm vì muốn thử nghiệm phải đưa 1 cụm 4 cột chống với đĩa chống lún nhỏ có đầu đinh mũ ngắn nặng khoảng trên 40 tấn ra nơi biển sâu 5 m để cắm xuống đáy biển đã phải dùng sà lan tự hành lớn có cần trục lớn trên 45 tấn để nhấc chúng lên và thả xuống biển. Khi thử nghiệm thành công thì mới có người làm theo. Vậy ai sẽ là người phải tự bỏ tiền ra số tiền có thể lên đến khoảng 7 tỷ đồng để làm việc thử nghiệm đó?

Để việc thử nghiệm dễ làm hơn nên làm thử nghiệm ở nơi biển sâu khoảng 5 m, xa các cửa sông trên vùng biển từ Bến Tre đến Bạc Liêu vì ở đó dòng chảy biển và dòng chảy sông chưa tác động nhiều đến các phao. Nên làm thử với phao nửa nổi nửa chìm hình trụ tròn đường kính 6 m cao 1,6 m trước để xem ngoài lực tác động do mặt sóng nghiêng còn có lực nào khác tác động vào phao nữa hay không? Nếu có thì lực đó là bao nhiêu? Nếu chỉ dùng khung đỡ với các cụm 3 cột chống có khả năng chịu đựng được lâu dài không hay phải dùng các cụm 4 cột chống? Khi ta giảm độ cao của phao từ 2,6 m xuống còn 1,6 m thì các lực tác động vào phao chỉ còn bằng: 1,6x100/2,6 = 61,54% so với khi phao cao 2,6 m nhưng sản lượng điện vẫn còn bằng 73,89% như trong biểu sau:



Các tỷ lệ hàng tháng ở 2 hàng cuối cùng khác nhau do sóng càng lớn càng bị giảm nhiều năng lượng hơn.

Từ đó ta có thể dự đoán được việc dùng phao cao 2,6 m có được hay không để lắp thử vào, rồi tiến hành làm hàng loạt. Nếu thấy sóng đi qua 3 hàng phao vẫn còn rất mạnh thì có thể dùng khung đỡ gồm các cụm 4 cột chống và lắp thêm hàng khung đỡ có 3 cột chống ở phía trước rồi kết nối chúng lại thành khung đỡ có 5 hàng phao. Nếu thấy sóng đi qua 5 hàng phao vẫn còn rất mạnh thì có thể lắp thêm hàng khung đỡ có 3 cột chống ở phía sau rồi kết nối chúng lại thành khung đỡ có 7 hàng phao. Sơ đồ cắm từng cụm xuống biển để tạo thành khung đỡ có 7 hàng phao xin xem trong mục 2.1 trong bài: “Điện sóng biển gắn trên khung đỡ có giá thành phát điện rẻ hơn thủy điện khá nhiều hay không?” trên Diễn đàn Kỹ sư Công trình biển ngày 08/06/2017 http://offshore.vn/threads/dien-son...en-re-hon-thuy-dien-kha-nhieu-hay-khong.9456/.

Do thời gian thử nghiệm không dài nên phía dưới cụm 3 cột chống chưa cần đĩa chống lún lớn, thí dụ như chỉ cần đĩa có đường kính khoảng 2 m và đinh mũ ngắn khoảng 0,5 m. Khi thử nghiệm xong có thể tách phao riêng ra rồi thuê tàu có cần trục lớn nhấc cụm thử nghiệm đó lên và đưa ra thử nghiệm ở những nơi xa hơn trên vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau xem tác dụng của dòng chảy biển ra sao để tiếp tục lắp thêm các khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển ở ngoài xa hơn.

Kính mong Đảng, Nhà nước và ngành điện quan tâm đến vấn đề này để nước ta vừa có nhiều điện với giá thành rẻ, không phụ thuộc vào nước ngoài đồng thời thúc đẩy những ngành có liên quan như cơ khí, sản xuất thép chịu mặn, sản xuất máy phát điện một chiều dưới 200 KW, sản xuất ống bê tông dự ứng lực,... phát triển mạnh theo.

 

Phụ lục 1

Tính công của phao trong 1 chu kỳ sóng


Phần này đã có trong mục 1.5 và 1.6 của bài: “Phương pháp tính sản lượng điện sóng biển gắn vào khung đỡ" trên Diễn đàn Kỹ sư Công trình biển ngày 22/01/2018 http://offshore.vn/threads/phuong-phap-tinh-san-luong-dien-song-bien-gan-vao-khung-do.11043/.

1. Tính khoảng nâng lên, hạ xuống của phao so với độ cao sóng biển:

Đáy phao phẳng nhưng mặt sóng không phẳng nên khoảng nâng lên hạ xuống của phao phụ thuộc vào hình dạng của phao và chiều dài của bước sóng. Vì vậy ta cần tính xem sự phụ thuộc đó ra sao?

1.1. Phao hình hộp chữ nhật:

Trước hết ta xét trường hợp phao hình hộp chữ nhật nửa nổi nửa chìm và được đặt thẳng góc với hướng của sóng biển. Trong phao chiều dài và chiều cao đã được cố định, nên cần tìm khoảng nâng lên, hạ xuống theo chiều rộng của phao.

Khi không có sóng, phao nửa nổi nửa chìm. Khi có sóng, phao được nâng lên, hạ xuống theo sóng nhưng thể tích bị ngập nước của phao luôn bằng nửa thể tích của phao. Trong trường hợp sóng biển thẳng góc với phao, diện tích mặt cắt ngang của phao bị ngập nước cũng sẽ luôn luôn không đổi và luôn bằng nửa diện tích mặt cắt ngang của phao.

Gọi chiều dài của sóng biển là l và chiều rộng của phao là w. Tỷ số giữa chiều rộng của phao và chiều dài của sóng biển sẽ là: p = w/l.
Xét chuyển động của sóng theo hình sin có chu kỳ là 2∏. Trong chu kỳ này chiều rộng của phao sẽ chiếm phần là: 2u = 2p∏. Nửa chiều rộng của phao sẽ chiếm phần là: u = p∏.

Trong chu kỳ đó, đỉnh sóng sẽ nằm ở vị trí ∏/2. Khi đó phao sẽ nằm ở vị trí từ ∏/2-u đến ∏/2+u.

Diện tích phần hình sin nằm phía trên trục hoành từ vị trí ∏/2-u đến ∏/2+u bằng tích phân của sinx từ ∏/2-u đến ∏/2+u.

Gọi diện tích đó là S, sau khi tính tích phân ta có: S = -cos(∏/2+u) + cos(∏/2-u) = sinu+sinu = 2sinu.

Chiều cao của hình chữ nhật có diện tích bằng S là: r = S/2u = 2sinu/2u = sinu/u.

Ở đây ta đã coi đỉnh sóng là đơn vị tính nên chiều cao r đó chính là tỷ lệ chiều cao nâng lên tối đa của phao so với chiều cao của sóng.

Khi phao ở đáy sóng, việc tính chiều cao hạ xuống tối đa của phao cũng tương tự.

Kết quả tính toán cụ thể như sau:



Các tính toán ở trên được tính cho phao hình hộp chữ nhật và hướng của sóng thẳng góc với phao. Khi hướng của sóng không thẳng góc với phao, phần chiều dài của sóng nằm dưới phao sẽ dài hơn và khoảng nâng lên, hạ xuống của phao cũng giảm đi.

1.2. Phao hình trụ tròn:

Muốn cho phao không phụ thuộc vào hướng của sóng biển thì phao phải là hình trụ tròn. Vì thế tôi chia nửa hình tròn ra thành 100 phần nhỏ và tạm coi mỗi phần đó là một hình chữ nhật có chiều rộng bằng 1/100 bán kính hình tròn, chiều dài bằng chiều dài của đoạn thẳng được cắt bởi hình tròn đó. Khi đó ta sẽ có 100 hình hộp chữ nhật nhỏ và có thể dùng các công thức đã trình bày ở mục trên để tính cho từng hình hộp chữ nhật này.

Để có chiều dài của hình hộp chữ nhật nhỏ đó, trước hết ta phải dùng hàm cos để tính góc, gọi góc đó là α chẳng hạn, rồi mới dùng hàm sinα để tính chiều dài. Gọi ts là tỷ số giữa đường kính phao và chiều dài của sóng ta có chiều dài của hình hộp chữ nhật nhỏ đó chiếm phần trong chu kỳ 2∏là: 2u = 2∏tssinα hay u = ∏tssinα. Từ đó tính được diện tích mặt cắt của sóng lên hình hộp chữ nhật nhỏ đó là: S = 2sinα. Suy ra chiều cao của hình chữ nhật có diện tích S, đáy 2u là: r = S/2u. Ta phải tính 100 hình hộp chữ nhật nhỏ như thế rồi tính chiều cao bình quân. Vì thế ta phải lập biểu tính toán và lấy kết quả gần đúng cho cả nửa hình tròn đối với từng tỷ số ts cụ thể. Thí dụ như khi tỷ số ts = 0,25 được tính như trong biểu sau:



Biểu này chỉ là biểu tính toán trung gian để lấy kết quả ở cuối dòng cuối cùng đưa vào biểu sau, cụ thể là nó chỉ lấy 2 số là 0,25 và 0,9247 mà thôi. Do nó quá dài, không thể chụp ảnh hết được nên tôi đã phải ẩn rất nhiều dòng và cột số liệu đi.

Lần lượt thay đổi các tỷ số ts và ghi các kết quả vào biểu tính sẵn về tỷ số khoảng nâng lên, hạ xuống của phao hình trụ tròn so với độ cao sóng biển để sử dụng khi tính cho phao hình trụ tròn trong điện sóng biển như trong biểu sau:



Trong đó: ts là tỷ lệ của đường kính phao so với bước sóng và r là tỷ lệ của khoảng nâng lên, hạ xuống của phao so với độ cao sóng biển.

Phần này cũng đã được giới thiệu trong bài: “Chiều rộng của phao trong điện sóng biển nên là bao nhiêu?” trên Diễn đàn webdien.com ngày 14/11/2011, nhưng trong bài này tôi đã sửa lại cho gọn hơn.

2. Tính công của phao trong 1 chu kỳ sóng:

Khi biết độ cao của sóng, ta có thể nội suy được chiều dài của bước sóng và chu kỳ. Từ đó tính tỷ số giữa đường kính của phao và chiều dài của bước sóng, rồi tra biểu: “Khoảng nâng lên, hạ xuống của phao hình trụ tròn so với độ cao sóng biển” ở cuối mục 1.2 sẽ được tỷ số giữa khoảng nâng lên, hạ xuống của phao và độ cao của sóng. Sau đó, ta chỉ việc nhân độ cao của sóng với tỷ số này sẽ được khoảng nâng lên, hạ xuống của phao.

Ta xét trường hợp chiều cao của phao hình trụ tròn lớn hơn 2 lần khoảng nâng lên, hạ xuống của phao. Phao luôn chịu 2 lực tác động: Lực hút của trái đất và lực đẩy lên của nước do một phần của phao đã bị ngập chìm trong nước. Khi phao ở đỉnh sóng, phao sẽ cao hơn khi ở đáy sóng một khoảng cách là h.

So với phao ở vị trí đỉnh sóng, khi sóng đã chuyển sang vị trí đáy sóng thì nó sẽ bị tụt xuống 1 đoạn là h. Khi đó hiệu của 2 lực tác động trên vào phao sẽ là lực hút của trát đất với cột nước hình trụ tròn có tiết diện bằng tiết diện của phao và có chiều cao là h. Cột nước đó có thể tích là: V = Sh (m3), trong đó S là tiết diện của phao.

Nước biển có tỷ trọng lớn hơn 1 một chút, nhưng để cho đơn giản, ta cứ tạm coi tỷ trọng đó bằng 1. Vì thế khi cột nước có thể tích là V m3 thì nó cũng có khối lượng là m tấn, trong đó giá trị của m bằng giá trị của V= Sh. Lực hút của trái đất đối với cột nước đó sẽ là: F = mg = Shg = Sgh (1.000 N), trong đó g là gia tốc trọng trường và bằng 9,8 (m/s2).

So với vị trí đỉnh sóng, khi sóng đã chuyển sang vị trí thấp hơn một đoạn thì phao sẽ bị tụt xuống 1 đoạn là x. Khi đó hiệu của 2 lực tác động trên vào phao sẽ là lực hút của trái đất với cột nước hình trụ tròn có tiết diện tròn bằng tiết diện của phao và có chiều cao là x. Cột nước khi đó có thể tích là: v = Sx (m3). Trong đó x được tính bằng mét và có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến h. Tỷ trọng nước biển lớn hơn 1 một ít, để đơn giản ta tính tỷ trọng đó là 1 nên khối lượng cột nước là Sx (tấn).

Lực hút của trái đất đối với cột nước khi đó sẽ là: f = Sgx (1.000 N)

Công của lực hút trái đất đối với cột nước trong quá trình có chiều cao biến động từ 0 đến h đó bằng tích phân từ 0 đến h của hàm số f = Sgx. Tính ra nó sẽ là Sghh/2 = mgh/2 (KJ). Công đó chính là công của lực hút trái đất khi phao từ đỉnh sóng hạ xuống đáy sóng.

Nếu giữ phao ở vị trí đáy sóng, khi sóng chuyển động, lực đẩy lên của nước sẽ lớn hơn lực hút của trái đất đối với phao và ta cũng có công của lực đẩy lên của nước khi phao từ đáy sóng lên đỉnh sóng là mgh/2 (KJ).

Như vậy công của lực hút trái đất và lực đẩy lên của nước đối với phao hình trụ tròn trong 1 chu kỳ sóng sẽ là: A = mgh/2 + mgh/2 = mgh (KJ)

Ta xét trường hợp chiều cao của phao nhỏ hơn 2 lần khoảng nâng lên, hạ xuống của phao. Để lực nâng lên tối đa và lực hạ xuống tối đa của phao bằng nhau, ta phải cho thêm vật nặng vào phao cho đến khi nước biển ở ngoài ngập nửa phao. Khi đó, nếu phao ngập hoàn toàn trong nước biển thì lực đẩy lên của nước biển bằng lực hút của trái đất đối với phao khi phao nằm hoàn toàn phía trên mặt nước biển. Gọi a là nửa chiều cao của phao, ta có a < h.

Giữ phao ở vị trí đỉnh sóng và khi sóng đã chuyển sang vị trí thấp hơn một đoạn, nếu phao không bị giữ lại thì nó sẽ bị tụt xuống 1 đoạn là x. Khi đó hiệu của 2 lực tác động trên vào phao sẽ là lực hút của trát đất với cột nước hình trụ tròn có tiết diện tròn bằng tiết diện của phao và có chiều cao là x. Cột nước khi đó có thể tích là: v = Sx (m3). Trong đó x được tính bằng mét và có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến a.

Lực hút của trái đất đối với cột nước khi đó sẽ là: f = Sgx (1.000 N)

Nhưng sau khi đã xuống đến vị trí a rồi thì lực hút của trái đất không thể tăng thêm được nữa mà chỉ là: y = Sga. Lực hút như vậy kéo dài cho đến khi phao ở vị trí đáy sóng.

Tính tích phân từ 0 đến a của hàm f sẽ được: Sgaa/2.

Tính tích phân từ a đến h của hàm y sẽ được: Sga(h-a).

Công lực hút của trái đất trong nửa chu kỳ này sẽ là: Sgaa/2 + Sga(h-a) = Sga(h-a/2) = Sg(ah–aa/2).

Như vậy so với trường hợp chiều cao của phao lớn hơn 2 lần khoảng nâng lên, hạ xuống của phao, công của lực hút của trái đất trong nửa chu kỳ này sẽ giảm là: Sghh/2 - Sg(ah–aa/2) = Sg(hh/2–ah + aa/2) = Sg/2x(hh–2ha+aa) = Sg(h–a)(h–a)/2.

Như vậy mức giảm sẽ là: (Sg(h–a)(h–a)/2)/(Sghh/2) = (h–a)(h–a)/(hh).

Nếu giữ phao ở vị trí đáy sóng, khi sóng chuyển động, lực đẩy lên của nước sẽ lớn hơn lực hút của trái đất đối với phao và tính toán, ta cũng có kết quả về mức giảm như vậy.

Để dễ hình dung vấn đề này, ta có thể vẽ 2 đồ thị về công trong 2 trường hợp này như sau:

Đồ thị về công của lực hút trái đất đối với phao khi phao từ đỉnh sóng hạ xuống đáy sóng trong trường hợp chiều cao của phao lớn hơn 2 lần khoảng nâng lên, hạ xuống của phao:


Đồ thị về công của lực hút trái đất đối với phao khi phao từ đỉnh sóng hạ xuống đáy sóng trong trường hợp chiều cao của phao nhỏ hơn 2 lần khoảng nâng lên, hạ xuống của phao:


Phần này cũng đã được giới thiệu trong bài: “Tính khả năng phát điện của năng lượng sóng biển theo phương pháp mới” trên Diễn đàn webdien.com ngày 05/03/2013.


Phụ lục 2

Vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau hội tụ được những điều kiện đặc biệt thuận lợi cho điện sóng biển, điện gió và điện mặt trời


1. Sóng, gió và bức xạ mặt trời trên vùng biển này đều thuộc loại nhất ở nước ta:

Trong 1.293 bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương mà tôi đã thu thập được thì vùng biển này là vùng biển có sóng lớn nhất trong tất cả các vùng biển gần bờ của nước ta như trong biểu ở mục 2.1. Vùng biển này cũng là vùng có gió thổi mạnh nhất như trong sơ đồ tiềm năng gió ở mục 3.1. Về cường độ bức xạ mặt trời cũng là rất tốt ở nước ta như biểu trong mục 4.1.

2. Gió thổi song song với hướng của đường bờ biển (gió đông bắc và gió tây nam) trên vùng biển này chiếm tới 85,62%:

Có sóng mạnh quanh năm và sóng chỉ yếu đi trong thời gian giao mùa chuyển hướng gió từ đông bắc sang tây nam hoặc ngược lại, nên sản lượng điện của điện sóng biển vùng biển này trong cả năm rất cao.

3. Vùng biển này rất ít khi có gió từ đất liền thổi ra:

Sóng do gió sinh ra và phải qua quá trình tích lũy năng lượng thì sóng mới lớn dần lên, nhưng khi gió từ đất liền thổi ra, ngay gần bờ vẫn có sóng do sóng truyền từ ngoài biển xa vào, như vậy trong trường hợp này gió và sóng có thể ngược chiều nhau, sóng sẽ bị yếu hẳn đi. Trong 1.293 bản tin dự báo sóng biển mà tôi đã thu thập được thì vùng biển này gió từ đất liền thổi ra chỉ có 15 bản tin chiếm 1,16%, nhưng tại các vùng biển gần bờ khác của nước ta thì gió từ đất liền thổi ra nhiều hơn rất nhiều, cụ thể như sau: Thái Bình đến Ninh Bình: 41 bản tin (3,17%), Thanh Hóa đến Nghệ An: 130 bản tin (10,05%), Hà Tĩnh đến Quảng Bình: 315 bản tin (24,36%), Quảng Trị đến Quảng Nam: 352 bản tin (27,22%), Quảng Ngãi: 287 bản tin (22,2%), Bình Định đến Ninh Thuận: 371 bản tin (28,69%).

4. Đường đẳng sâu 20 m ở vùng biển này khá xa bờ rất thuận lợi cho các khung đỡ của điện sóng biển vươn ra xa hơn nữa để tăng thêm sản lượng điện:

Đường đẳng sâu 20 m ở vùng biển này khá xa bờ, có nơi xa đến vài chục km. Vùng biển phía đông nam tỉnh Bạc Liêu và phía đông tỉnh Cà Mau, đường này ra đến sát đảo Hòn Trứng Lớn. Ở phía đông nam của tỉnh Sóc Trăng, đường này gần bờ hơn, nhưng có chỗ lại ra tới gần Côn Đảo. Nên nếu cần ta có thể cho các khung đỡ của điện sóng biển với các phao thấp đặt theo hướng đông bắc – tây nam vươn ra hẳn ngoài xa để sóng từ gió đông bắc hoặc gió tây nam không phải đi qua nhiều hàng phao thì tiềm năng của điện sóng biển trên vùng biển này còn có thể tăng lên rất nhiều. 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 7 m đến 22 m. Với ống bê tông dự ứng lực dài 22 m, khung đỡ của điện sóng biển có thể vươn ra đến nơi biển sâu 16 m. Muốn vươn ra đến nơi biển sâu 20 m thì chỉ cần đặt hàng cho Công ty này hoặc Công ty khác sản xuất loại ống bê tông dự ứng lực dài 26 m. Nhưng tôi chỉ tính đến việc gắn thêm 5 hoặc 10 khung đỡ phía ngoài ở ngay gần bờ vì:

- Càng có nhiều khung đỡ gần bờ phía ngoài thì hao hụt năng lượng của sóng càng lớn, khi vào đến khung đỡ gần bờ nhất thì năng lượng của sóng không còn bao nhiêu.

- Nếu khung đỡ đã ra xa đến mức độ nào đó thì sóng không còn phải đi qua nhiều khung đỡ nữa, nhưng khi đó dòng chảy biển mạnh nên phải giảm độ cao của phao đi rất nhiều, nên cần tính toán xem xét kỹ và cần phải qua thử nghiệm.

5. Vùng biển này nằm trong vùng có dòng chảy biển chậm rất thuận lợi cho các khung đỡ của điện sóng biển vươn ra xa để tăng thêm sản lượng điện:

Xem các hình vẽ về dòng chảy biển Việt Nam trên mạng tôi có được một số hình sau:




Nhìn vào hình các dòng chảy biển ở Biển Đông ta thấy chúng đều song song với hướng của đường bờ biển nước ta. Do thường xuyên bị ma sát với đáy biển nông trên quãng đường dài làm cho năng lượng của dòng chảy biển gần bờ bị giảm sút rất nhiều và nơi nào càng gần bờ, càng nông tốc độ dòng chảy càng chậm. Khi đi tắm biển và đứng ở nơi biển sâu khoảng hơn 1 m, nếu ta thả một vật nhỏ và nhẹ xuống biển sẽ thấy nó không trôi vào bờ theo sóng, mà chỉ di chuyển rất chậm song song với bờ biển, hoặc thậm chí gần như đứng yên. Nên trong khung đỡ điện sóng biển gần bờ các phao có thể cao, nhưng càng ra ngoài biển xa, biển sâu hơn phao càng cần phải thấp hơn. Nhìn vào hình cuối cùng ta thấy vùng biển có màu xanh là vùng biển có dòng chảy chậm, vùng này từ Bình Thuận trở xuống và sang đến Vịnh Thái Lan. Vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau nằm trong vùng này và càng về phía nam vùng này càng mở rộng dần ra, nhờ vậy trên vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu đến Cà Mau ta đã dùng 10 khung đỡ phía ngoài và vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau phao ở phía ngoài cao hơn phao ở phía ngoài các vùng biển khác để tăng thêm sản lượng điện.

6. Phần lớn phần gần bờ của vùng biển này được bao phủ bằng lớp phù sa của sông Cửu Long, sông Đồng Nai và các sông nhỏ ở Bình Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu qua nhiều đời nay nên có khả năng khá bằng phẳng rất thuận lợi cho việc cắm các khung đỡ của điện sóng biển:

Vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau hàng năm nhận được 160 triệu tấn phù sa của sông Cửu Long, thêm vào đó là phù sa của sông Đồng Nai từ bao đời nay, lại thêm có dòng chảy biển dọc theo bờ khi suôi khi ngược nên phù sa sẽ lơ lửng theo dòng nước và lắng đọng xuống vùng đáy biển gần bờ. Vì vậy vùng đáy biển gần bờ có khả năng khá bằng phẳng và khó có khả năng còn đá ngầm. Phù sa có nhiều nhất vào mùa mưa, khi đó dòng chảy biển chảy theo hướng tây nam – đông bắc sẽ đưa một phần phù sa sang vùng biển Bình Thuận đến Vũng Tàu, năm này qua năm khác đất phù sa ở đây sẽ dày dần thêm và mở rộng dần ra. Thêm vào đó là phù sa của các sông ở Bình Thuận và Bà Rịa - Vũng Tàu chảy ra biển. Nên ta có hy vọng vùng đáy biển gần bờ của vùng biển Bình Thuận đến Vũng Tàu cũng có khả năng khá bằng phẳng.

Nếu phải xây dựng từ dưới đáy biển lên thì vốn đầu tư sẽ rất lớn, nhưng khung đỡ trong điện sóng biển chỉ cần gắn ngay trên bờ các thanh thép dài 12 m vào các ống thép của cột chống thành từng cụm 4 cột chống để cắm dần từng cụm xuống biển, đoạn đường đi lại và đứng làm việc của công nhân trong cụm cũng được gắn ngay trên bờ, rồi gắn tiếp những thanh thép dài 12 m để nối các cụm đó lại với nhau thành khung đỡ có 3 hàng phao. Dưới các cụm 4 cột chống của khung đỡ đều có gắn các bộ phận chống lún bằng bê tông cốt thép phía dưới có đinh để dễ cắm xuống đáy biển và khi đã cắm xuống hết đinh thì không thể xuống sâu thêm được nữa do vành bê tông cốt thép rộng hơn 50 m2 đã sát với đáy biển. Vì thế đáy biển khá bằng phẳng được bao phủ bằng lớp phù sa rất thuận lợi cho việc cắm các cụm 4 cột chống đó xuống biển và không sợ lún sâu thêm do đã có các vành rộng bằng bê tông cốt thép. Trong mỗi khung đỡ có 2 tầng liên kết, trong mỗi tầng thì các thanh liên kết tạo thành những tam giác đều nên khung đỡ rất vững chắc. Giá thành phát điện của điện sóng biển theo phương pháp hoàn toàn Việt Nam rẻ chính là nhờ việc làm này.

Phụ lục 3

Ước tính vốn đầu tư cho các khung đỡ gồm toàn các cụm 3 cột chống


2 loại khung đỡ đã nêu trong bài giống nhau ở chỗ cùng có: Số lượng cụm được lắp đặt trên bờ là 757 cụm rồi cắm xuống biển, số khung chịu lực trên khung đỡ là 2.268 khung, số bộ tạo nguồn lực để chạy máy phát điện là 2.267, 2.264 và 2.256 bộ, đoạn đường bằng thép tấm rộng 3 m chạy dọc theo khung đỡ có chiều dài là 8.932 m, đoạn kết nối cũng giống nhau... Nhưng số thanh liên kết trong khung đỡ dùng các cụm 3 cột chống chỉ còn 6.052 thanh nên ta có thể dùng các kết quả tính toán đã có trong mục 2.6.1 và chỉ cần tính toán những chỗ có thay đổi mà thôi.

1. Làm khung đỡ và đường ô tô trên khung đỡ:

Làm khung đỡ cần các loại thép như sau:

- Thép chịu lực trong 2.268 khung chịu lực đều bằng thép U400x100x10.5x12 cần 3x2.268 = 6.804 thanh, mỗi thanh thép nặng 708 kg, tổng trọng lượng thép: 6.804x708 = 4.817.232 kg.

- Thép U300x90x9x12 dùng cho các việc sau:

§ Thép dùng làm liên kết chéo trong 2 tầng liên kết cần 6.052 thanh.

§ Thép dùng trong khung chịu lực là: 3x2.268 = 6.804 thanh. Nhưng có ít nhất 1 khung chịu lực nằm trên đường đi, mỗi khung chịu lực này chỉ cần 2 nửa thanh thép để đỡ thanh thép chịu lực tầng liên kết dưới nên khung này giảm đi 2 thanh. Vì vậy số thanh thép loại này dùng cho khung chịu lực nhiều nhất là: 6.804-2 = 6.802 thanh.

Tổng cộng thép U300x90x9x12 là: 6.052+6.802 = 12.854 thanh, mỗi thanh thép nặng 457,2 kg, tổng trọng lượng: 12.854x457,2 = 5.876.848,8 kg.

- Ống thép của cột chống cần: 757x3 = 2.271 ống. Mỗi ống thép đường kính 219,1 mm, dày 32 mm, dài 12 m có trọng lượng là 1.771 kg. Tổng trọng lượng của 2.271 ống là: 1.771x2.271 = 4.021.941 kg.

- Cần làm đường ô tô bằng thép tấm rộng 3 m dài khoảng 8.932 m đã tính được trong mục 2.6.1.2 là 3.813.641,4 kg.

- Đường trên cầu vào khung đỡ rộng 6 m dài: 11,8+10,22 = 22,02 m. Để đỡ đường cần 5 thanh thép U400x100x10.5x12 và 5 thanh thép U360x96x9x12 có tổng trọng lượng là: 708x5+576x5 = 6.420 kg. Mặt đường cần: 22,02/1,5 = 14,68 tấm, tính tròn lên là 15 tấm với trọng lượng là : 706,5x15 = 10.597,5 kg. Tổng trọng lượng thép làm đường trên cầu vào khung đỡ là: 6.420+10.597,5 = 17.017,5 kg.

Như vậy tổng trọng lượng các loại thép cho làm khung đỡ và đường ô tô trên đó là:

4.817.232+5.876.848,8+4.021.941+3.813.641,4+17.017,5 = 18.546.680,7 kg.

Ngoài ra còn phải có thêm thép làm đường cho quay đầu xe và xe tránh nhau, lan can ở hai bên đường ô tô, đường nhỏ cho công nhân đi lại và làm việc trên khung đỡ, bu lông, đai ốc, vòng đệm thép, vận chuyển từ nơi mua nguyên liệu về nơi sản xuất, lắp ghép,... Nên số thép có thể lên đến 22.000 tấn và tổng số tiền mua tất cả các loại thép có khả năng chịu mặn để làm khung đỡ và đường trên đó khoảng: 22.000x30 = 660.000 triệu đồng.

Mua 2.271 ống bê tông dự ứng lực hết: 4x2.271 = 9.084 triệu đồng.

Phần chống lún của 757 cụm 3 cột chống hết khoảng: 21,18x757 = 16.033 triệu đồng.

Như vậy toàn bộ phần nguyên liệu của khung đỡ gần bờ là: 660+9,084+16,033 = 685,117 tỷ đồng.

Đoạn kết nối đã tính được hết 16,997 tỷ đồng, nên toàn bộ phần nguyên liệu của khung đỡ có thêm phần kết nối là: 685,117+16,997 = 702,114 tỷ đồng.

2. Dựng khung đỡ và gắn các cụm tạo nguồn điện trên khung đỡ:

Ta có thể tính tổng trọng lượng của 1 cụm 3 cột chống như sau:

- Thép U400x100x10.5x12: 708x3 = 2.124 kg

- Thép U300x90x9x12: 457,2x7 = 3.200,4 kg

- Ống thép cột chống: 1.771x3 = 5.313 kg

- Ống bê tông dự ứng lực: 2.500x3 = 7.500 kg

- Đường nhỏ rộng khoảng 1 m cho công nhân đứng làm việc khoảng 2.000 kg

- Các bánh răng, líp và các bánh lăn gắn trên khung đỡ 1.847,4 kg

- Phần chống lún nặng: 2.580x3x3,5+94,8x3 = 27.374, 4 kg.

Tổng cộng: 49.359,2 kg.

Nên cần trục trên sà lan tự hành phải có sức nâng trên 55 tấn và nâng cao được trên 30 m so với mặt biển. Nếu có sà lan tự hành chuyên dùng làm việc này để có thể lắp ghép phao vào cụm 3 cột chống ngay trên bờ thì cầu trục phải có sức nâng trên 95 tấn.

Việc gắn từng cụm 3 cột chống ở trên bờ bao gồm cả bộ phận chống lún, dùng sà lan tự hành trên có cầu trục để vận chuyển và cắm từng cụm đó xuống biển sao cho thẳng hàng và tâm 2 đĩa bê tông của 2 cụm cạnh nhau cách nhau 11,8 m hoặc gần 11,8 m để sau đó kết nối chúng lại với nhau rồi gắn các thiết bị và đường lên để chúng có thể hoạt động tốt đòi hỏi một công sức rất lớn vì thế tôi tạm ước tính phần này hết khoảng 550 tỷ đồng.

Đoạn kết nối cần cắm 30 cụm 3 cột chống xuống đáy biển đã tính được hết 13,852 tỷ đồng.

3. Vốn đầu tư cho khung đỡ:

Chi phí toàn bộ cho khung đỡ gần bờ là: 685,117+550 = 1.235,117 tỷ đồng.

Chi phí toàn bộ cho khung đỡ phía ngoài và đoạn kết nối là: 702,114+550+11,082 = 1.263,196 tỷ đồng.

Như vậy tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ gần bờ phía sau có đê và trên đó đã có 2.267 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện hết khoảng: 954,407+1.235,117 = 2.189,524 tỷ đồng, tính tròn lên là 2.190 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ gần bờ phía sau có đê và trên đó đã có 2.264 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện hết khoảng: 953,144+1.235,117 = 2.188,261 tỷ đồng, tính tròn lên là 2.189 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ gần bờ phía sau không có đê và trên đó đã có 2.256 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện hết khoảng: 949,776+1.235,117 = 2.184,893 tỷ đồng, tính tròn là 2.185 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ trên đó đã có 2.264 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện và đoạn kết nối hết khoảng: 953,144+1.263,196 = 2.216,34 tỷ đồng, tính tròn là 2.217 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho 1 khung đỡ trên đó đã có 2.267 bộ tạo nguồn lực cho chạy máy phát điện và đoạn kết nối hết khoảng: 954,407+1.263,196 = 2.217,603 tỷ đồng, tính tròn là 2.218 tỷ đồng.

Khi tiến ra ngoài biển thì chiều cao phao giảm bớt, nhưng ống bê tông dự ứng lực sẽ dài ra và việc cắm các cụm càng khó khăn hơn, vì thế chi phí sẽ tăng lên, tạm tính mỗi lần ra ngoài thêm như vậy thì chi phí cho khung đỡ phía ngoài tính cả phần kết nối sẽ tăng thêm khoảng 8 tỷ đồng thì vốn đầu tư của khung đỡ phía ngoài thứ nhất sẽ là: 2.217+8, khung đỡ phía ngoài thứ hai sẽ là: 2.217+8x2,... khung đỡ phía ngoài thứ tư sẽ là: 2.217+8x4,... khung đỡ phía ngoài thứ chín sẽ là: 2.217+8x9. Đây là những cấp số cộng nên:

Tổng vốn đầu tư các khung đỡ phía ngoài từ 1 đến 4 sẽ là: 2.217+8+2.217+8x2+...+2.217+8x4 = 2.217x4+(8+32)x4/2 = 8.948 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư các khung đỡ phía ngoài từ 1 đến 9 sẽ là: 2.217+8+2.217+8x2+...+2.217+8x9 = 2.217x9+(8+72)x9/2 = 20.313 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho cụm điện sóng biển trên vùng biển Bình Thuận là: 2.185+8.948+2.218+8x5 = 13.391 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho cụm điện sóng biển trên vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu là: 2.185+20.313+2.218+8x10 = 24.796 tỷ đồng.

Tổng vốn đầu tư cho cụm điện sóng biển trên vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau là: 2.189+20.313+2.218+8x10 = 24.800 tỷ đồng.

 

Phụ lục 4

Sóng, gió và dòng chảy biển tác động như thế nào đến phao và bộ phận giữ phao?

1. Momen lực do mặt sóng nghiêng tác động như thế nào đến phao và bộ phận giữ phao?

Trong mục 2.2 đã nói đến việc phao luôn luôn chịu 2 lực tác động ngược chiều nhau đều nằm thấp hơn mặt nước biển là lực hút của trái đất và lực đẩy lên của nước. Nhưng do mặt sóng thường nghiêng nên nó có thể tác động lớn đến phao, trụ đứng giữa phao và bộ phận giữ phao. Trong phụ lục này ta cần tính cụ thể lực đó mạnh nhất là bao nhiêu khi phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m nửa nổi nửa chìm? Đây là việc làm rất cần thiết vì sóng biển có sức tàn phá rất lớn như có thể làm chìm đắm những tàu thuyền lớn, có thể làm xói lở bờ biển, có thể làm cho những tảng đá lớn ngay cạnh bờ biển dốc đứng rơi xuống biển,... nên nhiều người còn nghi ngại bộ phận giữ phao có chịu đựng nổi lực tác động rất lớn của sóng hay không? Việc tính toán này khá phức tạp, tôi đã 80 tuổi rồi nhưng cũng xin cố sức tính toán, rất mong các bạn trẻ giỏi tính toán giúp đỡ và chỉ ra những sai sót để tôi sửa lại cho tốt hơn.

Muốn tính thử xem lực đó mạnh bao nhiêu ta cần phải tính được thể tích ngập nước của từng nửa phao là bao nhiêu và có thể dùng tích phân để tính các thể tích đó. Rất tiếc là các dấu tích phân, căn và số mũ không thể hiện được trên diễn đàn nên tôi đành phải viết trên file EXCEL rồi chụp ảnh lại. Còn dấu nhân phải thể hiện bằng dấu chấm (.) cho đỡ lẫn với biến số x.

Mặt sóng nghiêng nhưng không phải hoàn toàn bằng phẳng, có khi hơi lồi lên, có khi hơi lõm xuống. Để cho đơn giản, xin phép tạm tính mặt sóng nghiêng đó là phẳng, khi đó phần ngập nước của phao sẽ là hình trụ tròn đường kính 6 m bị cắt vát ở phía trên. Gọi p là chiều cao của phao bị ngập nông nhất và p+q là chiều cao của phao bị ngập sâu nhất ta có thể biểu hiện dưới dạng toán học như sau:





Tỷ trọng nước biển lớn hơn 1 một chút, để đơn giản ta tạm coi tỷ trọng đó là 1, ta sẽ có lực đẩy lên của nước biển lên nửa trước phao lớn hơn nửa sau phao là 6q tấn, trong đó q là chênh lệch mức ngập nước biển giữa ngập nhiều nhất và ngập ít nhất của phao. Thí dụ như khoảng chênh lệch mực nước biển đó là 1 m chẳng hạn thì lực tác động lên nửa trước phao mạnh hơn nửa sau phao sẽ là 6 tấn, chênh lệch mực nước biển 1,5 m thì lực tác động lên nửa trước phao mạnh hơn nửa sau phao sẽ là: 6.1,5 = 9 tấn,...

Khi sóng đi qua nửa trước phao ngập ít hơn nửa sau phao, phao hạ xuống do trọng lực. Giả thử cũng có chỗ ngập nông nhất là p và chỗ ngập sâu nhất là p+q thì ta sẽ có lực đẩy lên ở nửa sau phao mạnh hơn nửa trước phao cũng là 6q tấn. Nhưng do trọng lượng phao lớn hơn nên lực hạ xuống của nửa trước phao mạnh hơn nửa sau phao cũng sẽ là 6q tấn.

Phao cao 2,6 m nên chênh lệch đó lớn nhất khi p = 0 m và q = 2,6 m, khi đó chênh lệch sẽ là: 6.2,6 = 15,6 tấn. Lưu ý đây chỉ là lực đẩy lên do phao ngâm trong nước biển, còn trọng lượng của phao là 36,76 tấn chia đều cho 2 nửa phao luôn luôn kéo phao xuống và hợp lực của nó ở trọng tâm của phao.

Tính được như vậy vẫn chưa đủ, ta cần phải tính xem momen lực lớn nhất là bao nhiêu và xảy ra khi nào? Khi đó lực tác động ngang vào các bánh lăn trong bộ phận giữ phao là bao nhiêu tấn? Ta có thể dễ dàng nhận thấy lực nâng lên của phao khi sóng đã đi qua nhỏ hơn trọng lực của phao nên momen lực chỉ rất lớn khi sóng đến và phao được nâng lên. Tôi đã dùng tích phân để tính thử trong nhiều trường hợp và thấy momen lực lớn khi lực đẩy lên lớn và lực đó ở xa tâm phao, còn khi phao bị ngập gần hết thì lực nâng lên rất lớn nhưng lại ở ngay gần tâm phao nên momen lực không lớn. Vì vậy xin phép giới thiệu kết quả tính toán momen lực lớn nhất trong trường hợp rất đặc biệt là nửa trước phao bị ngập hoàn toàn còn nửa sau phao chỉ bị ngập một phần. Để dễ hình dung, xin giới thiệu mặt cắt thẳng đứng nhìn ngang của mặt sóng và phao như trong hình vẽ sau:



Nhìn vào hình vẽ ta thấy có thể áp dụng tích phân trong trường hợp p = 0 và q = GE. 2 tam giác vuông ABC và EFG đồng dạng nên ta có: GE/CA = EF/AB. CA = 2,6 m do là chiều cao của phao, EF = ID = 6 m do là đường kính của phao. Vì thế q = GE = 6.2,6/AB và ta có thể tính được thể tích nửa trước bị ngập nước và nửa sau bị ngập nước bằng tích phân. Nửa trước bị ngập nước trong hình vẽ tuy có thể rất lớn nhưng trong đó nửa trước phao bị ngập nước chỉ là 36,76 m3. Nửa sau bị ngập nước trong hình vẽ gồm 3 phần: nửa sau phao bị ngập nước và 2 phần thừa, chiều cao của 2 phần thừa là h = q/2-2,6. Vì thế có thể tính phần phao ngập nước và tâm của nó khi sóng ngập nửa mặt trên và phần lớn mặt dưới phao như trong biểu sau:



Do biểu tính khá phức tạp nên cần giới thiệu cụ thể thêm một số chi tiết như sau:

- Đầu biểu có cột 3sinu chỉ điểm ngập của mặt dưới phao dùng cho hàng đầu tiên của nhóm để ghi điểm ngập đó nằm ở nửa sau phao và cách tâm của đáy phao bao nhiêu mét. Cuối biểu cũng có cột 3sinu tính tâm ngập dùng cho hàng cuối cùng của nhóm để ghi kết quả tính toán điểm đó cách tâm phao bao nhiêu mét về phía trước phao.

- Biết mặt dưới phao ngập cách tâm phao bao nhiêu mét ta có thể tính được q là khoảng bị cắt vát của hình trụ tròn đường kính 6 m.

- Khi tính được q và với giả thiết p = 0, ta có thể dùng tích phân để tính được thể tích nửa trước, nửa sau và toàn bộ hình trụ tròn đường kính 6 m bị cắt vát.

- Nửa trước của hình trụ tròn bị cắt vát có thể rất lớn nhưng thể tích nửa trước phao hoàn toàn bị ngập chỉ là 36,76 m3 và phần này được ghi vào dòng cuối của nhóm.

- Phần thừa 1 của nửa sau phao có thể tính được bằng tích phân từ u đến ∏/2 và phần này được ghi trong dòng đầu tiên của nhóm. Phần thừa 2 của nửa sau phao là một phần nửa hình trụ tròn đường kính 6 m cao h mét và nó có thể được tính bằng tích phân từ 0 đến u với p = h, q = 0 và phần này được ghi trong dòng thứ 2 của nhóm. Từ đó tính được thể tích nửa sau phao bị ngập và được ghi vào dòng cuối của nhóm.

- Thể tích phao bị ngập cũng được tính trong dòng cuối. Do nửa trước phao hoàn toàn bị ngập và nửa sau phao chỉ bị ngập một phần nên tâm ngập phải nằm trong nửa trước phao. Nửa trước phao là nửa hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m nên ta có thể dùng tích phân từ -∏/2 đến u với p = 2,6 và q = 0 để xác định mặt phẳng thẳng góc với hướng của sóng chứa điểm u chia thể tích phao bị ngập thành 2 phần bằng nhau và việc tính toán này cũng nằm trong phần cuối của nhóm. Trong bảng tính EXCEL việc này không khó gì vì chỉ cần điều chỉnh điểm u cho tích phân có giá trị bằng nửa thể tích phao bị ngập là xong. Như vậy lực đẩy lên nằm trong giao tuyến của 2 mặt phẳng thẳng đứng là mặt phẳng song song với hướng của sóng chia đôi vùng ngập trong phao thành 2 phần bằng nhau và mặt phẳng thẳng góc với hướng của sóng cũng chia đôi vùng ngập trong phao thành 2 phần bằng nhau.

Do có trụ đứng giữa phao, nên phải tính trụ đứng đó cách tâm phao là bao nhiêu cho có lợi? Nếu trụ đứng nằm giữa trọng tâm của phao và tâm ngập thì 2 cánh tay đòn của momen lực ở 2 phía khác nhau nên khi tính tổng momen lực phải cộng cả 2 phần với nhau, nếu trụ đứng nằm ở một bên thì 2 cánh tay đòn của momen lực ở cùng một phía nên khi tính tổng momen lực phải trừ 2 phần với nhau. Lực tác dụng dễ hiểu nhất là được tính bằng tấn, nhưng trong các tài liệu lại tính lực tác dụng bằng Newton và momen lực được tính bằng N.m. Vì vậy tôi cũng đành phải tính theo cách này và gia tốc trọng trường là 9,8 nhưng tạm tính bằng 10 cho đơn giản. Biết được thể tích ngập, tâm ngập và phao nặng nên có thể tính được momen lực trong từng trường hợp trụ đứng giữa phao đặt lệch so với tâm phao. Từ đó có thể tính được lực tác dụng tại từng địa điểm cụ thể của trụ đứng giữa phao. Các biểu đó khá dài nên trong phụ lục này tôi chỉ lấy kết quả tính toán để đưa vào biểu phía dưới. Trọng tâm của phao nằm dưới tâm phao. Nếu nước ngập hết phao thì tâm ngập mới nằm ở tâm phao, bình thường thì tâm ngập luôn thấp hơn tâm phao. Nhưng rất tiếc rằng tâm ngập luôn biến động nên ta phải tạm tính lực tác động lớn nhất vào các điểm cách tâm phao 2 m, 3m và 11 m như trong biểu sau:



Cần lưu ý một số vấn đề trong biểu này như sau:

- Các lực lớn nhất đều tính bằng 1.000 N nên muốn dễ hình dung xem nó khoảng bao nhiêu tấn chỉ việc lấy số đó chia cho 10, thí dụ như lực lớn nhất của momen lực tác động vào nơi cách tâm phao 11 m (bộ phận giữ phao) khi trụ đứng giữa phao đặt lệch về phía trước 0,2 mét là: 40,5/10 = 4,05 tấn.

- Tâm ngập và trọng tâm của phao đều nằm ở phía dưới tâm phao nên các lực lớn nhất đều nhỏ hơn các số liệu tính toán được trong biểu.

- Phao chỉ ngập hoàn toàn nửa trước và hoàn toàn nửa sau không ngập là điều không thể xảy ra nên các số liệu tính toán được về momen lực trong dòng cuối là những giới hạn lớn nhất không thể vượt qua.

- Nhìn vào phần tính momen lực của biểu ta thấy trừ dòng cuối cùng, ở các dòng trên các số liệu đều tăng dần, vì thế trụ đứng giữa phao nên đặt lệch về phía trước. Nhưng cũng không nên đặt xa quá nhiều vì đây là trường hợp rất đặc biệt, tâm ngập trong các trường hợp khác ở gần giữa phao hơn rất nhiều.

- Nơi cách tâm phao 2 m, lực tác động vào vỏ phao và trụ đứng giữa phao rất lớn nhưng bề mặt của vỏ phao rất rộng nên bình quân tác dụng vào 1 cm2 vỏ phao không lớn, nhưng cần lưu ý là mặt trên của phao cần dày để gắn trụ đứng giữa phao cho thật chắc chắn.

- Nơi cách tâm phao 3 m là phần thấp nhất của thanh thép có răng tiết diện hình chữ T vì vậy cần lưu ý tính toán để phần này chịu đựng được lực tác động lớn nhất gần 15 tấn.

- Bộ phận giữ phao nằm cách mặt biển trên 11 m nên lực lớn nhất tác động ngang vào nó nhỏ hơn lực lớn nhất tác động vào nơi cách tâm phao 11 m, nhưng ta vẫn tạm lấy theo số này.

Do phải chạy máy phát điện nên chuyển động nâng lên hạ xuống của phao sẽ bị cản lại rất lớn, vì thế phao sẽ phải ngập sâu hơn khi sóng đang lên, dẫn đến hiện tượng mặt dưới phao không bị ngập hết khi sóng đang lên rất khó xảy ra và tâm ngập sẽ vào gần tâm phao hơn, momen lực do mặt sóng nghiêng sẽ giảm đi rất nhiều. Nhưng dù sao ta cũng nên xem các bánh lăn trong bộ phận giữ phao có chịu đựng nổi lực 4,05 tấn tác động vào nó hay không? Đây là một lực lớn, bánh xe của các xe vận tải bình thường cũng không phải chịu một lực lớn như vậy. Nhưng bài: “Belaz 75131 - siêu xe tải lớn nhất Việt Nam” đăng trên vnexpress.net ngày 04/04/2019 cho biết: “Xe siêu tải Belaz 75131 lần đầu đặt chân đến Việt Nam, đây là dòng xe tải trọng lớn có khả năng vận chuyển từ 130 đến 136 tấn và thường sử dụng trong khai thác mỏ.” và “Belaz 75131 có trọng lượng không tải 107,1 tấn”. Như vậy tổng trọng lượng lớn nhất khi xe vận chuyển đầy hàng là: 136+107,1 = 237,1 tấn. Nhìn vào hình trong bài vừa nêu ta thấy xe có 6 bánh, nên mỗi bánh xe phải chịu sức nặng tối đa là: 237,1/6 = 39,5 tấn, tức là gần gấp 10 lần số 4,05 tấn. Như vậy các bánh lăn trong bộ phận giữ phao có thể chịu đựng được tốt tác động do mặt sóng nghiêng của sóng vào phao nhưng cần phải làm cho thật chắc chắn.

2. Gió tác động như thế nào đến phao và bộ phận giữ phao?

Trong bài: “Cách để Tính tải trọng gió” trên trang web wikiHow.vn, tải trọng gió tác động vào vật cản được tính theo công thức: F = APC, trong đó F là lực gió hay tải trọng gió tính bằng N (Newton), A là diện tích hình chiếu của vật cản tính bằng m2, P là áp lực gió tính bằng N/m2, và C là hệ số cản bị chi phối bởi hình dạng, độ gồ ghề bề mặt và nhiều yếu tố khác thí dụ như hệ số cản của ống trụ dài là 1,2, ống trụ ngắn là 0,8,...
Áp lực gió được tính theo công thức: P = 0,613vv (do trên Diễn đàn v bình phương sẽ bị biến thành v2 nên tôi phải dùng vv), trong đó v là tốc độ gió tính bằng m/giây. Hệ số 0,613 là kết quả của một phép tính dựa trên các giá trị điển hình của mật độ không khí và gia tốc trọng trường.
Phao hình trụ tròn đường kính 6 m, cao 2,6 m, nửa nổi nửa chìm có hình chiếu nửa trên là: 6x1,3 = 7,8 m2, có lúc phao nổi cao hơn, có lúc phao nổi thấp hơn, nhưng ta cứ tính hẳn trường hợp rất đặc biệt gần như không thể có là phao ở hoàn toàn trên mặt nước là: 7,8x2 = 15,6 m2.
Vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau ít khi có bão, nếu có bão thì khi vào đến vùng ven bờ, bão đã trở thành áp thấp nhiệt đới nên tốc độ gió chỉ còn dưới 63 km/giờ tức là dưới: 63.000/3.600 = 17,5 m/giây, không những thế ở sát mặt biển gió ma sát với mặt nước biển gồ ghề sẽ yếu bớt đi nhiều. Như vậy áp lực tối đa của gió trên vùng biển ven bờ này chỉ là: 0,613x17,5x17,5 = 187,731 N/m2.
Phao là ống trụ ngắn nên tạm tính có hệ số cản là 0,8.
Như vậy khi có áp thấp nhiệt đới thì tác động của gió vào phao chỉ dưới: 15,6x187,731x0,8 = 2.342,88 N. Bình thường ta ít nói đến Newton, mà chỉ hay nói đến kg hoặc tấn, để cho dễ hiểu ta phải quy đổi: 2.342,88/9,8 = 239,07 kg.
Bộ phận giữ phao cách mặt biển trên 11 m, ta tạm tính bánh lăn giữ phao phía dưới cách tâm phao 11 m, bánh lăn giữ phao phía trên cao hơn bánh lăn giữ phao phía dưới 4,2 m nên chịu lực tác động là: 239,07x11/4,2 = 626,14 kg, tính tròn lên là 630 kg. Bánh lăn giữ phao phía dưới là điểm tựa của đòn bảy nên chịu lực tác động của gió là: 239,07+626,14 = 865,21 kg, tính tròn lên là 870 kg. Các bánh lăn và bánh răng giữ thanh thép có răng từ 4 phía, nên lực tác động của gió vào từng bánh lăn hoặc bánh răng còn nhỏ hơn.

3. Dòng chảy biển tác động như thế nào đến phao và bộ phận giữ phao?

Chất lưu bao gồm cả chất lỏng và chất khí, nên nước biển và không khí cũng đều thuộc chất lưu.
Định luật Bernoulli cho chất lưu như sau: p+ρvv/2+ρgh = Hằng số.
Trong đó: p là áp suất tĩnh của khối chất lưu, ρvv/2 là áp suất động của khối chất lưu và ρgh là áp suất thủy lực của khối chất lưu.
Trở lại công thức áp lực gió P = 0,613vv, ta thấy tỉ trọng không khí ρ ở mực nước biển khoảng 1,225 do 1 m3 không khí nặng khoảng 1,225 kg, ta tính thử: 1,225/2 = 0,613. Như vậy ta đã tính áp lực gió theo công thức P = ρvv/2 chính là tính áp suất động của gió.
1 m3 nước biển nặng từ 1.020 kg đến 1.030 kg, nước ta là nước nhiệt đới nên xin tạm tính là 1.030 kg và ta có áp suất động của dòng chảy biển là: P = 1.030vv/2 = 515vv. Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia hàng ngày cũng có các bản tin về dòng chảy biển, từ ngày 01/01/2018 đến ngày 30/06/2018 tôi cũng sưu tập số liệu về dòng chảy biển, sau thấy không dùng đến nó nên tôi không thu thập thêm nữa. Trong các số liệu đã thu thập được thì số liệu lớn nhất trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau là 0,6 - 0,8 m/giây vào ngày 26/06/2018. Đây là số liệu phục vụ cho các hoạt động ở ngoài biển xa, còn điện sóng biển làm ở ngay gần bờ nên tốc độ của dòng chảy biển thấp hơn rất nhiều do bị ma sát với đáy biển nông trên quãng đường rất dài. Nhưng ta cứ lấy hẳn số cao nhất là 0,8 m/giây để tính thử xem khung đỡ của điện sóng biển để ngoài biển xa có chịu được lực đẩy vào phao của dòng chảy biển hay không? Với số liệu rất cao đó ta có: P = 515x0,8x0,8 = 329,6 N/m2.
Cũng tính với trường hợp rất đặc biệt là phao chìm hoàn toàn trong nước biển, tức hình chiếu của phao là 15,6 m2 và hệ số cản là 0,8 ta có lực tác động của dòng chảy biển vào phao là: 15,6x329,6x0,8 = 4.113,41 N. Tính cho dễ hiểu theo kg là: 4.113,41/9,8 = 419,74 kg.
Tính tương tự như ở cuối phần 2 ta có: Bánh lăn giữ phao phía trên chịu lực tác động là: 419,74x11/4,2 = 1.099,31 kg, tính tròn lên là 1.100 kg. Bánh lăn giữ phao phía dưới chịu lực tác động là: 417,7+1.100 = 1.517,7 kg, tính tròn lên là 1.520 kg.
Các bạn làm về công trình biển và thủy lợi chắc là biết rất rõ cách tính dòng chảy biển và dòng sông tác động vào vật chắn như thế nào, rất mong các bạn chỉ bảo giúp về phương pháp tính và dùng thử phương pháp đó để tính thử xem kết quả tính toán có sai khác nhiều với kết quả tôi vừa mới tính được hay không?
Bờ biển vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau chạy theo hướng đông bắc - tây nam, khung đỡ của điện sóng biển và dòng chảy biển cũng chạy theo hướng này, khi ở nơi biển xa thì sóng biển cũng cùng hướng với dòng chảy biển, gió của áp thấp nhiệt đới thổi theo chiều quay ngược với kim đồng hồ nên cũng có lúc theo hướng đông bắc - tây nam. Vì thế cũng có lúc bánh lăn giữ phao phía dưới chịu lực tác động là: 4.050+870+1.520 = 6.440 kg. Bánh lăn giữ phao phía trên chịu lực tác động ít hơn nên ta không cần tính đến.
Cuối phần 1 đã tính được mỗi bánh xe Belaz 75131 phải chịu sức nặng tối đa là 39,5 tấn khi đã chất đầy hàng, tức là gấp hơn 6,1 lần số 6,44 tấn, khi xe chạy lực nén trên mỗi lốp còn lớn hơn nhiều. Như vậy các bánh lăn trong bộ phận giữ phao có thể chịu đựng được tốt các lực tác động vào phao của cả sóng do mặt sóng nghiêng, gió của áp thấp nhiệt đới và dòng chảy biển ở nơi biển xa nhưng cần phải làm cho thật chắc chắn.
Lưu ý là 3 lực trên đều là những lực tối đa và gần như không thể xảy ra nên trong thực tế tổng của 3 lực đó sẽ ít hơn rất nhiều. Những lực đó tác động vào những bánh lăn và bánh răng của bộ phận giữ phao như sau: Do sóng khi còn xa bờ thì đi theo hướng gió, gặp bờ biển nông sóng mới dần dần đổi hướng để lao thẳng vào bờ nên lực tác động do mặt sóng nghiêng chủ yếu tác động vào 4 bánh lăn ép vào 2 bên thanh thép có răng khi ở gần bờ, còn khi đã ra xa bờ thì lực này lại chủ yếu ép vào 2 bánh răng tiếp xúc với răng của thanh thép có răng và 2 bánh lăn ép vào phía sau của thanh thép này. Dòng chảy biển song song với bờ và gió cũng thường song với bờ nên lực của nó chủ yếu ép vào 2 bánh răng tiếp xúc với răng của thanh thép có răng và 2 bánh lăn ép vào phía sau của thanh thép này. Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới thì gió theo chiều ngược kim đồng hồ nên hướng của lực thay đổi nhưng trường hợp tác động chủ yếu vào 4 bánh lăn ép vào 2 bên thanh thép có răng ít xảy ra hơn.
Qua số liệu tính toán được ta thấy tác động của dòng chảy biển vào các bánh lăn và bánh răng của bộ phận giữ phao không quá lớn, nên ta không cần thiết phải đối phó với nó bằng cách quay ngược hẳn khung đỡ lại, thả vài tấm tôn xuống ở 2 đầu khung đỡ, phao càng ra ngoài biển xa càng phải thấp dần, phao ở 2 hàng ngoài phải để thấp hơn hàng giữa và mới chỉ tính toán đến 11 hàng khung đỡ song song với nhau. Ta có thể bỏ hết những thứ đó đi, mà cứ để các phao đều cao 2,6 m trong tất cả các hàng phao và có thể tính toán với nhiều hàng khung đỡ hơn để tăng thêm rất nhiều sản lượng điện. Khung đỡ điện sóng biển càng ra ngoài biển xa càng tăng thêm sản lượng điện do sóng không bị ma sát với đáy biển nông, sóng không bị yếu đi do phải qua các khung đỡ phía ngoài mới vào đến khung đỡ phía trong.
Tôi chỉ cần sửa lại chương trình tự động tính toán một chút là có ngay sản lượng điện sóng biển khi vẫn sử dụng 11 hàng khung đỡ gần bờ song song với nhau trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau như sau:

So với cách tính cũ sản lượng điện sóng biển tăng thêm 7,38%, nếu so với sản lượng điện sản xuất và mua năm 2018 thì sản lượng này cao gấp 1,82 lần. Vốn đầu tư cũng thấp hơn do khung đỡ làm đơn giản hơn.

Khi dùng 11 khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển thì khung đỡ ngoài cùng mới cách bờ khoảng hơn 4 km. Đường đẳng sâu 20 m trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau có nơi xa đến vài chục km, thậm chí có nơi ra đến tận gần Côn Đảo. Lực đẩy của dòng chảy biển vào phao không lớn đến mức các bánh lăn và bánh răng giữ cho thanh thép có răng luôn luôn thẳng đứng không chịu đựng nổi. Vì vậy ta có thể đưa khung đỡ của điện sóng biển ra rất xa và tiềm năng của điện sóng biển sẽ lớn hơn nhiều lần so với khi chỉ tính 11 khung đỡ.
Rất mong mọi người kiểm tra giúp và góp ý với tôi về vấn đề này để tôi sửa lại bài cho tốt hơn.

 

Khi thu thập được 1.415 bản tin dự báo sóng biển thì tiềm năng điện sóng biển như sau:

 

Tôi vừa mới đưa thêm phần: Gió và dòng chảy biển tác động như thế nào đến phao và bộ phận giữ phao vào trong Phụ lục 4. Phụ lục này đã đưa lên Diễn đàn từ ngày 10/07/2019, xin mời các bạn xem lại giúp và giúp đỡ để tôi sửa lại cho tốt hơn. Xin chân thành cám ơn.

 

Lưu ý khi vận chuyển cả cụm 4 cột chống đã lắp sẵn phao ra biển


Trong bài đã viết về việc cần thuê tàu để vận chuyển cả cụm 4 cột chống đã lắp sẵn phao đưa ra hiện trường để thả xuống biển. Nếu tàu cứ thả cả cụm xuống nước để kéo ra biển thì sẽ ra sao? Ta cần tính thử lực tác động vào phao trong trường hợp này xem sao?

Chỉ cần tàu chạy với tốc độ rất chậm là 30 km/giờ tức 8,33 m/giây, đã có áp lực của nước biển là: P = 515x8,33x8,33 = 35.764 N/m2. Nếu phao nằm hoàn toàn trong nước biển sẽ phải chịu lực tác động ngang là: 35.764x15,6x0,8 = 446.333 N. Nếu tính ra kg cho dễ hiểu sẽ là: 446.333/9,8 = 45.544 kg tức 45,544 tấn. Nếu tàu chạy với tốc độ 40 km/giờ tức 11,11 m/giây, cũng tính toán theo cách này sẽ có lực tác động ngang vào phao là 80,967 tấn. Theo nguyên tắc đòn bảy, lực tác động vào các bánh lăn và các bánh răng của bộ phận giữ phao sẽ chịu lực tác động lớn gấp mấy lần lực đó và chúng sẽ bị hỏng ngay lập tức. Vì vậy khi thuê tàu vận chuyển phải nêu rõ tuyệt đối không được làm việc này mà phải cẩu cả cụm từ bờ biển để đặt lên tàu, khi ra đến hiện trường tàu phải dừng lại rồi mới cẩu cả cụm từ tàu lên và thả xuống biển.