›
›

Năng lượng sóng biển khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam (Phần 2)

pdf 149 trang ngocly 1080
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Năng lượng sóng biển khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfnang_luong_song_bien_khu_vuc_bien_dong_va_vung_bien_viet_nam.pdf

Nội dung text: Năng lượng sóng biển khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam (Phần 2)

  1. 119 Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG Chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng được thực hiện nhờ các thiết bị như động cơ, máy phát - các thiết bị này chuyển đổi một phần chuyển động quỹ đạo hình tròn của hạt nước trong sóng. Người lướt ván vùng sóng đổ cũng đóng vai trò chuyển đổi năng lượng sóng bao gồm cả thế năng và động năng của trường sóng khi sóng chuyển động vào bờ. Năng lượng sóng có thể được tách ra từ 3 vectơ chuyển động thành phần của trường sóng: 1. Thành phần chuyển động lên xuống; 2. Thành phần chuyển động ngang; 3. Thành phần chuyển động quay. Các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng được thiết kế để chuyển đổi một hoặc nhiều các vectơ chuyển động thành phần nêu trên. Một vài loại thiết bị được thiết kế để chuyển đổi thành phần chuyển động quay, chuyển động lên xuống hay chuyển động ngang. Có loại thiết bị được thiết kế để chuyển đổi cùng một lúc hai hay cả ba dạng chuyển động thành phần nêu trên. Trong thực tế, trạng thái mặt biển bao gồm tổng hợp của sóng gió và sóng lừng, tạo ra một trường sóng phức tạp bao gồm cả tương tác giữa sóng và gió, sóng gió hiện tại và sóng lừng từ xa truyền đến, do vậy việc tạo ra các thiết bị chuyển đổi năng lượng với trạng thái mặt biển hiện thực là một vấn đề rất phức tạp về công nghệ.
  2. 120 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác III.1. PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG Theo đánh giá của Trung tâm Năng lượng Tái tạo trên biển Châu Âu, hiện nay có khoảng 51 loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng [18]. Mặc dù vậy, số lượng thiết bị này có thể ít hơn hiện thực nhiều vì tác giả đã không thống kê hết các dạng thiết bị. Tuy chưa có được một tiêu chuẩn phân loại thống nhất, tất cả các dạng thiết bị này có thể được phân loại theo 3 tiêu chí: 1. Theo tiêu chí về vị trí lắp đặt thiết bị; 2. Theo tiêu chí về độ sâu lắp đặt thiết bị; 3. Theo tiêu chí về nguyên lý vật lý và công nghệ chuyển đổi năng lượng. Ngoài ra cũng có các phân loại khác, ví dụ như loại thiết bị sử dụng cơ chế dao động cột nước trong sóng và thiết bị sử dụng nguyên lý tràn nước trong sóng đôi khi được gọi là thiết bị “ngăn chặn” sóng vì các thiết bị này dựa trên nguyên lý chặn sóng để tạo ra năng lượng, trong khi đó các loại thiết bị dựa trên cơ chế trường sóng tắt dần và cơ chế hấp thụ điểm có thể được phân loại dưới dạng thiết bị “lựa theo chiều sóng”. Trên bảng III.1 thống kê các dạng thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng theo 3 tiêu chí: tiêu chí vị trí lắp đặt thiết bị, tiêu chí độ sâu và tiêu chí về nguyên lý vật lý và công nghệ chuyển đổi năng lượng. Bảng III.1. Phân loại các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng [16] Vị trí Độ sâu [m] Nguyên lý vật lý Nhà thiết kế Tên thiết bị Dao động cột nước Nhà máy PICO, Trên bờ 0 trong sóng Azores Sóng tràn Tapchan, Na Uy Dao động cột nước Oceanlinx Oceanlinx trong sóng Gần bờ 1 - 25 Nước dâng do sóng Aquamarine Oyster Sóng tràn/chặn sóng Wavedragon Wavedragon Sóng tắt dần Pelamis Pelamis Xa bờ >25 WavePower Sóng tắt dần C-wave C-wave Sóng tắt dần Raft design Matifer Hấp thụ điểm Ocean Power PowerbuOY Technology
  3. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 121 Hấp thụ điểm AWS II AWS II Hấp thụ điểm Finavera AquaBuOY Renewable Hấp thụ điểm Wavebob Wavebob Hấp thụ điểm Camegie Corp. CETO II Hấp thụ điểm WET-NZ WaveWobbler III.2. CƠ SỞ CÁC NGUYÊN LÝ VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG III.2.1. Nguyên lý sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao động của hệ phao nổi, biến chuyển động sóng thành sự thay đổi của áp suất không khí trong phao nổi Dựa trên nguyên lý này có thể có phương pháp tạo ra điện năng trên cơ sở biến dao động của phao để chạy máy phát điện. Trên hình III.1 vẽ sơ đồ hoạt động của phương pháp này. Phao nổi có đường kính r chuyển động lên xuống dọc theo một trục dẫn hướng (1) nhờ sóng biển. Trục dẫn hướng này được cố định với đáy biển bằng một khớp cầu đặc biệt gọi là hỗn hợp khớp nối (4). Trong phao nổi (2) được đặt một máy nén khí, máy nén chuyển động được nhờ dao động lên xuống của phao nổi dưới tác động của sóng. Khí nén tạo ra được điều chỉnh để chạy tuốc bin không khí cũng nằm trong phao nổi (2) và tạo ra điện năng. Dọc theo trục dẫn hướng (1), phao nổi được giữ bằng một hệ thống cáp kiểu lò xo có thể di động được (3) để điều chỉnh độ cao thấp của phao theo mức nước hoặc theo thuỷ triều. Hộp khớp nối (4) nối với một hệ thống gồm đường cáp nổi phụ (5), phao trợ giúp (9) và dây neo (8) được giữ bằng hệ thống neo rùa. Hệ thống phụ trợ này sẽ làm tăng độ ổn định vị trí cho phao nổi trên trục dẫn hướng. Toàn bộ hệ trục dẫn hướng, phao nổi được gắn với trụ giữ phao (6) và móng đế (7). Móng đế này được kết cấu bằng hệ neo cọc xuống đáy biển. Tuốc bin khí này có thể chạy với tốc độ 3.000 vòng phút với hiệu suất biến đổi năng lượng 45-60%. Trong thực tế với loại thiết bị biến đổi năng lượng sóng kiểu này có thể tạo ra dòng điện có công suất từ vài W đến vài ngàn kW.
  4. 122 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.1. Nguyên lý sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng [15] III.2.2. Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng Có hai dạng thiết bị để biến đổi năng lượng sóng thành điện năng làm việc theo nguyên lý này (xem hình III.2): - Máy phát cảm ứng ở dạng phao dao động theo sóng (nam châm vĩnh cửu dao động lên xuống, cuộn dây được cố định xuống đáy biển - hình 2a). - Máy phát gắn với hệ thống phao cố định có gắn nam châm cố định với máy phát cảm ứng (hình 2b). Hình III.2. Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng [15]
  5. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 123 III.2.3. Nguyên lý sử dụng phương pháp dao động thuỷ lực để biến đổi điện năng bằng cách tạo áp suất không khí Thiết bị này dựa trên nguyên lý bơm (xem hình III.3). Ngoại lực tác động là áp suất của sóng biển. Thiết bị bao gồm một ống biến đổi năng lượng (1), ống này có thể gọi là vỏ máy, sẽ được gắn với phao nổi. Trong ống đặt một máy phát (2) gắn với tuốc bin không khí phát điện (4). Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị chuyển đổi năng lượng này như sau: Hình III.3. Sử dụng dao động thủy lực để biến đổi năng lượng sóng sang điện năng [15]
  6. 124 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Cột sóng chuyển động nâng lên (đỉnh sóng) sẽ làm chuyển động cột nước trong ống như một pistông, làm không khí có sẵn trong ống (1) coi như là xilanh, tăng áp suất. Không khí trong ống bị nén tăng áp suất, khi đạt tới giá trị cực đại (hình trái) sẽ làm mở các van dẫn không khí đã được tăng tốc qua các cánh hướng dòng làm quay hệ thống cánh tuốc bin không khí (4), máy phát (2) sẽ làm việc. Đó là chu trình tạo điện năng khi phao ở trên đỉnh sóng. Mô hình được mô tả trên hình III.3. Khi sóng chuyển sang chu trình xuống (pha từ đỉnh sóng đến bụng sóng) không khí từ phía ngoài sẽ được hút vào phần ống trên của phao nhờ khi sóng hạ thấp vùng ống xi lanh dưới áp suất giảm (tạo chân không). Không khí được hút vào khoang phao qua bộ cánh hướng dòng và sẽ làm quay tuốc bin được kết cấu theo cánh hướng dòng. Các cánh hướng dòng được kết cấu sao cho tuốc bin có chiều quay trùng với chiều quay trong trường hợp phao lên đỉnh sóng. Tốc độ vòng quay của tuốc bin không khí sẽ được tính toán dựa vào bộ cánh điều chỉnh hướng của tuốc bin gió và sự điều tiết lượng gió phù hợp với chu kỳ và độ cao của sóng. Nếu thiết bị được sử dụng chỉ để tích điện ở điện áp thấp (không cần điện áp ổn định) thì thiết bị này sẽ đạt hiệu quả biến đổi năng lượng cao đối với mọi loại sóng. Ở Nhật đã sử dụng phương pháp này để tạo ra công suất 2MW trên một trạm nổi ngoài biển từ năm 1979 đến nay. III.2.4. Nguyên lý sử dụng phương pháp lắc có công suất lớn để biến đổi năng lượng sóng sang cơ - điện năng Hình III.4. Phương pháp lắc có công suất lớn để tạo điện năng từ năng lượng sóng [15] Nguyên lý làm việc của thiết bị này như sau: bộ phao “con vịt” có phần phao đối xứng được nối ghép với bộ truyền cơ năng và xoay dập dình quanh trục trụ (2) (hình III. 4). Sóng biển với độ cao khác nhau sẽ tạo ra dao động cho phao và tạo ra mô men đối với trục trụ và làm quay hệ cơ chứa trong trục trụ. Phần phao đối xứng tạo ra cho phao dao động liên tục dập dình theo các pha lên xuống của
  7. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 125 sóng. Với phương pháp này có thể biến đổi tới 80% năng lượng sóng ra cơ năng và xấp xỉ 60-70% ra điện năng. III.2.5. Nguyên lý tạo điện năng từ sóng với công suất nhỏ thông qua tuốc bin thuỷ lực Đây là phương pháp tạo ra điện năng khá đơn giản xong hiệu suất thấp và chỉ ở phạm vi công suất nhỏ. Nguyên lý này được mô tả trên hình III.5 với quy trình làm việc như sau: Thiết bị tạo điện năng gồm một phao nổi có hình trụ hoặc hình cầu được định vị và dẫn hướng theo trục định vị (4). Phần dưới đáy phao được lắp ghép một hệ máy tuốc bin thuỷ lực tốc độ chậm và hệ biến đổi điện năng công suất nhỏ (thường dùng bộ tích điện có công suất nhỏ). Khi phao chuyển động lên xuống theo sóng sẽ làm cho tuốc bin thuỷ lực quay và như vậy tạo ra cơ năng để chuyển sang điện năng nhờ bộ truyền và máy phát chứa trong phao nổi (3). Hình III.5. Máy phát điện bằng tuốc bin thuỷ lực [15] III.2.6. Nguyên lý tạo điện năng bằng guồng quay Phương pháp này dựa trên nguyên lý tác động của sóng lên guồng quay làm quay máy phát điện. Thiết bị gồm một phao nổi trên đó có đặt tuốc bin thuỷ lực và
  8. 126 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác máy phát điện. Nguyên lý làm việc của hệ thống phát điện theo nguyên lý guồng quay được vẽ trên hình III.6. Thiết bị làm việc theo nguyên lý này thường được sử dụng tại các vùng ven bờ có sóng thường xuyên với độ cao từ 0.5m trở lên. Hình III.6. Phương pháp tạo điện năng từ sóng biển bằng guồng quay [15] III.2.7. Phương pháp tích tụ năng lượng sóng biển để chuyển sang điện năng với công suất lớn Do trường sóng thực tế trên biển là một quá trình xác suất ngẫu nhiên nên tất cả các loại thiết bị làm việc dựa theo 6 nguyên lý tạo ra điện năng nêu trên đều gặp phải khó khăn là làm việc không đều, phụ thuộc trực tiếp vào độ cao và chu kỳ của từng sóng riêng biệt. Các nhà kỹ thuật đã nghiên cứu nhiều giải pháp để tập trung, tích trữ năng lượng sóng (giống như gương hội tụ ánh sáng mặt trời trong công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời). Một trong số các giải pháp tích tụ năng lượng sóng biển gọi là “Phương pháp nắn chỉnh PACCELA” được trình bày dưới đây: Sơ đồ làm việc của hệ thống nắn chỉnh PACCELA gồm (hình III.7): - Máy phát điện (1), - Tuốc bin thuỷ lực (2), - Bể chứa nước (3), - Hệ thống van lấy nước từ biển dưới tác dụng của sóng.
  9. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 127 III.3. CÁC LOẠI THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG ĐƯỢC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI Dựa trên các nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng, hiện nay trên thế giới có một loạt các loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng. Trên hình III.8 đưa ra một số phương pháp chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng thường được sử dụng tại các trạm phát điện từ năng lượng sóng trong thực tế. Bảng III.2 và hình III.9 – III.40 đưa ra các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng hiện đang được nghiên cứu và thử nghiệm áp dụng trong thực tế hoặc đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Hình III.7. Nguyên lý làm việc của hệ thống nắn chỉnh PACCELA [15] Hình III.8. Một số phương pháp chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng phổ biến đang sử dụng trong thực tế [3]
  10. 128 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  11. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 129
  12. 130 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  13. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 131
  14. 132 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  15. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 133
  16. 134 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  17. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 135
  18. 136 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  19. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 137
  20. 138 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.9. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wave Dragon Hình III.10. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Pelamis
  21. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 139 Hình III.11. Thiết bị chuyển đổi năng lượng McCabe Wave Pump Hình III.12. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Archimedes Wave Swing
  22. 140 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.13. Thiết bị chuyển đổi năng lượng AquaBuoy Hình III.14. Thiết bị chuyển đổi năng lượng PSP
  23. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 141 Hình III.15. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Floating platform Hình III.16. Thiết bị chuyển đổi năng lượng PowerBuoy
  24. 142 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.17. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Floating – buoy design Hình III.18. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Parabolic Wall & Denniss-Auld Turbine
  25. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 143 Hình III.19. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wavebob Hình III.20. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Sper buoy
  26. 144 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.21. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Sloped Buoy Hình III.22. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wave Rider
  27. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 145 Hình III.23. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Salter Duck Hình III.24. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Sea Clam
  28. 146 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.25. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Tapchan Hình III.26. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Pendulor
  29. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 147 Hình III.27. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wavegen Hình III.28. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Mighty Whale
  30. 148 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.29. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Backward Bend Duct Buoy Hình III.30. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Hosepump
  31. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 149 Hình III.31. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Limpet Hình III.32. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Ps Frog
  32. 150 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.33. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wave Energy Conversion Activator (WECA) Hình III.34. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Danish Point Absorber
  33. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 151 Hình III.35. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Seadog Pump Hình III.36. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Seapower
  34. 152 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình III.37. Thiết bị chuyển đổi năng lượng ORECon Hình III.38. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wavemill
  35. Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 153 Hình III.39. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Waveplan Hình III.40. Thiết bị chuyển đổi năng lượng ECOFYSE
  36. 154 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác III.4. Ma trận năng lượng của các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng Để đánh giá khả năng chuyển đổi năng lượng của các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng, người ta đưa ra ma trận năng lượng cho từng loại thiết bị. Ma trận năng lượng là bảng tra công suất đầu ra của mỗi loại thiết bị (bao gồm loại thiết bị và công suất phát điện của thiết bị) ứng với các điều kiện cụ thể của trường sóng gồm độ cao và chu kỳ sóng. Nhà sản xuất các thiết bị chuyển đổi năng lượng đưa ra các ma trận năng lượng của thiết bị dựa trên các kết quả thử nghiệm trên máng sóng hoặc các tính toán mô hình toán hoặc tổng hợp cả hai kết quả này. Bảng III.3 và bảng III.4 đưa ra hai ma trận năng lượng của các thiết bị Pelamis (xem hình III.10) 750kW và hấp thụ năng lượng điểm (xem hình III.34) 750kW. Bảng III.3. Ma trận năng lượng của thiết bị Pelamis 750kW [30 ] Bảng III.4. Ma trận năng lượng của thiết bị hấp thụ năng lượng điểm 750kW
  37. Bảng III.2. Thống kê các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng [16] Công ty Tên thiết bị Nước sản Dạng công nghệ chuyển đổi Hiện trạng phát triển Website khai thác xuất hoặc năng khu vực lượng áp dụng sóng Wave Wave Dragon Đan Kênh thu hẹp lại bằng các phao với hai Đã thử nghiệm tại cửa Nissum Dragon (xem hình Mạch cánh tay cong để thu sóng. Tạo ra sóng Bredning ở miền bắc Đan Wavedragon.net/ III.9) tràn qua các bụng của bậc thềm và nước Mạch. Thiết bị Wave Dragon có tích trữ được sử dụng để làm quay tuốc bin trọng lượng 237 tấn đã được với tốc độ khởi động thấp. lắp đặt ngày 10 tháng 3 năm 2003. Giữa tháng 3 năm 2003, Wave Dragon được vận chuyển đến trạm Nissum Bredning và bắt đầu đợt thử nghiệm khai thác năng lượng sóng đầu tiên. Ocean Pelamis Scốtlen Thiết bị Pelamis (tên loài rắn biển) là một Thử nghiệm với kích thước Power (xem hình loạt các ống hình trụ nối với nhau bằng các thực tế đầu tiên trên hiện Oceanpd.com/ Delivery III.10) bản lề. Khi sóng truyền qua chiều dài của trường được thực hiện tại Ltd. các ống trụ và tác động lên các bản lề, Orkney Liên hiện Anh vào năm (OPD) bơm dầu cao áp sẽ vận hành động cơ thủy 2003. Có thể dự đoán rằng các lực thông qua hệ thống điều hòa năng dự án “khu khai thác năng lượng và tạo ra điện năng. Điện năng thu lượng sóng - wave farm” sẽ được tại mỗi điểm nối được chuyển tải vào được nối với một đường dây bờ bằng một đường dây chung nằm dưới duy nhất chuyển tải điện vào đáy biển cho tất cả các điểm nối. bờ. Một “khu khai thác năng Thiết bị Pelamis với công suất 750 kW có lượng sóng” tiêu biểu với công kích thước thực tế là 120m chiều dài và suất 30MW và tạo ra điện năng 3,5m đường kính cho 20.000 hộ gia đình sẽ có 2 diện tích là 1 km trên biển.
  38. Hydam McCabe Wave Ailen Hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng Đã triển khai khai thác thiết bị Wave- Technology Pump thành điện năng gồm 3 xà lan bằng phao trong thực tế với kích thước là power. com/ Ltd. (xem hình nổi. Đây là một thiết bị độc nhất trong các 40m III.11) thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng ở chỗ là thiết bị này ban đầu được thiết kế để lọc nước biển thành nước ngọt sau đó mới được sử dụng để chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng. AWS BV Archimedes Hà Lan Phần trên (nổi trên mặt nước) của hệ thống Thử nghiêm với kích thước Wave Swing phao và bệ ngầm dưới nước sẽ chuyển thực tế của thiết bị Wave Swing Waveswing.com/ (xem hình động lên xuống khi có sóng đi qua trong khi có công suất 2MW tại Bồ Đào III.12) đó phần dưới (được cố định bằng bệ) sẽ Nha được tiến hành từ tháng 6 không chuyển động. Sự thay đổi tuần hoàn /2004. của áp suất do sóng tạo ra sẽ làm chuyển động phần trên. Cơ năng sẽ được chuyển đổi thành điện năng bằng hệ thống biến đổi năng lượng bên trong. AquaEner AquaBuoy Mỹ Gồm một phao nổi neo lỏng trên mặt biển, Năm 2003 công ty AquaEnergy đã gy Group, (xem hình một “ống gia tốc” và động cơ khởi động đề xuất với Ủy ban Năng lượng aquaenergygroup Ltd. III.13) thủy lực tại đáy biển. Khi sóng tác động lên Quốc Gia của Mỹ về Dự án thử .com phao sẽ làm chuyển động píttông trong ống nghiệm thiết bị tại vịnh Makah, và chuyển động của píttông sẽ khởi động Washinton. Dự án thử nghiệm bơm. Khi bơm chuyển động sẽ làm thay đổi hiện còn đang được xem xét về thể tích của ống và tạo ra dòng chảy nước khía cạnh môi trường và các ảnh biển do thay đổi áp suất làm quay bánh xe hưởng khác. Công ty đã ký với vận chuyển động cơ phát điện. công ty RAMBOL của Đan Mạch thỏa thuận hợp tác và đảm bảo rằng công nghệ tiền thương mại này sẽ phát triển rất nhanh và có triển vọng trong tương lai.
  39. Float. Inc. PSP Mỹ PSP (Pleumatically Stabilizied Platform - Đầu tiên sàn ổn định bằng khí (xem hình California Sàn ổn định bằng khí nén) sử dụng sự nén được thiết kế làm phương floatinc.com/ III.14) chuyển động gián tiếp của phao trong đó tiện để xây dựng sân bay mới dựa vào lượng khí thay thế nước bị dồn ra. tại San Diego, trên bờ Đại Tây Lực nổi ban đầu được tạo ra do không khí Dương. tác động lên phần dưới của sàn. Không khí được truyền giữa các ống tuýp thông qua các ống nối. Dòng khí sẽ làm giảm phân bố áp suất cực đại phía dưới sàn và làm cho sàn giữ trạng thái ổn định cũng như tạo cơ chế làm giảm năng lượng sóng. Thêm vào đó, sự tạo hướng của dòng khí đi qua mô tơ sẽ tạo ra điện năng. Ocean Sàn nổi Mỹ Một sàn bao gồm hệ thống các phao được Không có các thông tin về thử Motion Int’l (xem hình Oregon thiết kế để sản xuất nước ngọt, điện và khi nghiệm motion.net/ III.15) &Colorado hydro. Thiết bị được nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm tại Khoa kiến trúc và công nghệ Đại học California, Berkeley. Ocean PowerBuoy Mỹ PowerBuoy là thiết bị chuyển đổi năng Hải quân Mỹ đã thử nghiệm Power (xem hình NewJersey lượng sóng biển, được đặt chìm dưới mặt PowerBuoy vào các năm 2001 powertechnology. Tech. Inc. III.16) biển hơn một mét. Khi phao dao động lên và 2002. com/ xuống theo sóng sẽ làm chuyển động một bộ phận có cấu trúc như píttông ở phía bên trong của thiết bị chuyển động. Chuyển động này làm quay động cơ phát điện đặt tại đáy biển. Điện năng tạo ra được chuyển vào bờ qua đường dây nằm dưới đáy biển. Một nhà máy khai thác năng lượng sóng sẽ bao gồm một loạt các PowerBouy được nối đường dây tải điện với nhau tạo ra nguồn điện năng cần thiết.
  40. SARA Inc. Floating – Mỹ Thiết bị chuyển đổi năng lượng của SARA Hoàn thành việc thử nghiệm (Scientific buoy design California Inc. dựa trên việc chuyển đổi chuyển động giai đoạn R&D và hiện thiết bị com/energy Aplication (xem hình của sóng thành điện năng sử dụng động cơ đang được thử nghiệm trình /energy/htm/ thủy lực từ tính (MHD). Động cơ này cho diễn với công suất 50– 100kW. & III.17) Research phép loại bỏ những vấn đề gặp phải đối với Associa - các loại động cơ cơ học. Đây là loại thiết bị tion chuyển đổi trực tiếp từ dao động chất lỏng sang điện năng không qua các giai đoạn cơ học trung gian. Energetech Parabolic Wall Úc Một phần của sóng sẽ bị phản xạ do bức Dự án tạo dòng điện 500kW Australia & Denniss- tường parabol và hội tụ tại tiêu điểm của được đề xuất tại cảng Kembis. Energetech.com. Pty Ltd. Auld Turbine parabol. Tại đỉnh của vùng hội tụ sẽ có một Công ty Energetech đã được tài au/index.htm (xem hình khoang có vị trí thấp hơn các bụng sóng đi trợ để chế tạo máy tạo sóng III.18) qua thiết bị. Dòng khí đi qua điểm tiêu cự kích cỡ thực tế và vận chuyển trong khoang này sẽ làm quay tuốc bin hai máy đến cảng Kembis. Năm chiều để tạo ra điện năng. 2004 thiết bị tạo sóng này đã được hoàn thành. Duquesne Wavebob Ailen Thiết bị là một phao nặng, được neo lỏng Đang thử nghiệm Environ - (xem hình và có khả năng tự phản xạ. Phần dưới mặt eureka.ber/files/ mental III.19) nước dao động theo sóng. Wavebob được Limited thiết kế để chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng. Elbley Sperboy Liên hiệp Một phao nổi với thiết kế đặc biệt ở chỗ Thiết bị kích cỡ thưc tế có bán Energy (xem hình Anh được cấu tạo bởi các ống thẳng đứng có kính 45m và ngập xuống đáy echnoscan. com Ltd. III.20) đáy mở. Dưới tác động của sóng, nước biển 13m. Thiết bị này được biển trong các ống chuyển động thẳng neo tại cửa ra vào của đứng và tạo ra hiệu ứng píttông tạo ra dòng Plymouth Sound. khí phía trên píttông tác động lên một thiết bị đặc biệt để làm quay tuốc bin.
  41. Inter Mark IV Thụy Điển Thiết bị là một phao độc lập, không đối Đang thử nghiệm ở giai đoạn Project Sloped Buoy xứng, cộng hưởng, neo lỏng, chuyển đổi mô hình vật lý mech.ed.ac.uk Services (xem hình năng lượng sóng bằng dầu cao áp được (IPS) III.21) neo tại khu vực có độ sâu 10 – 40 mét nước. Phao này có khả năng tự tách ra khỏi đáy nếu quá giới hạn làm việc của phao. SeaVolt Wave Rider Mỹ, Thiết bị bao gồm một phao đặc biệt, phao Đã thử nghiệm trên máng sóng Technolog (xem hình California này chuyển động lên xuống trên mặt biển seapower.cc// ies III.22) dưới tác động của sóng. Điện năng được product.htm tạo ra bằng một tuốc bin nhỏ được cấp điện do một mạch điện thủy lực. Mạch thủy lực này thu năng lượng các hạt nước chuyển động cuộn tròn trong sóng và chuyển đổi thành dòng chất lỏng thủy lực cao áp làm quay tuốc bin phát điện. Edinburgh Salter Duck Liên hiệp Thiết bị tạo điện năng từ sóng biển – “Con Thiết bị “Con vịt salter” được Không có University (xem hình Anh vịt” bao gồm hộp phao nổi 300 tấn làm thử nghiệm vào những năm Website III.23) quay máy phát điện bằng chuyển động lên 1980. xuống do sóng giống như một con vịt. Thiết bị này được thiết kế vào các năm 70 của thế kỷ trước do nhóm các nhà thiết kế của giáo sư Stephen Salter thuộc Đại học Edinburgh Na Uy Sea Clam Phao nổi Thiết bị mang tên “Clam” là hệ thống bao Không có thông tin về các thử Không có (xem hình gồm 6 túi khí ghép lại trong một đai trũng nghiệm trong thực tế Website III.24) hình tròn. Sóng tác động lên thiết bị và ép không khí giữa 6 túi khí thông qua ống khí có gắn tuốc bin tự chỉnh lưu.
  42. Na Uy Tapchan Na Uy Một kênh thu hẹp dần (TAPCHAN) được Thử nghiệm trình diễn thiết bị Không có (xem hình thiết kế trong bể trữ nước xây trên bờ biển Tapchan có công suất 350kW Website III.25) dốc đứng. Kênh hẹp dần làm tăng biên độ được bắt đầu vào năm 1985. sóng tạo ra tích tụ nước tại các bậc thang Khả năng áp dụng Tapchan vào chảy vào khu vực bể trữ nước có độ cao thực tế bị hạn chế do thiết bị một vài mét so với mực nước biển. Động yêu cầu khu vực có biên độ năng của sóng được chuyển đổi thành thế triều nhỏ và bờ biển có các đặc năng của khối nước tại bể trữ nước và sau điểm phù hợp. Thường thường đó làm quay tuốc bin phát điện. thiết bị này phù hợp với các đảo, quần đảo. Trung tâm Pendulor Tại bờ Sóng gây ra dao động của tấm bản phẳng Thiết bị tạo điện năng từ sóng Nghiên (xem hình biển “con lắc” và ép chất lỏng trong tuốc bin thủy biển “con lắc” được nghiên cứu muroan-it.ac.jp cứu tại III.26) lực. Thiết bị con lắc thế hệ hai sử dụng hệ trong thời gian hơn 15 năm tại Viện điều chỉnh tác động nhằm nâng cao hiệu Viện Muroan Muroran quả tạo điện năng Wavegen OSPREY Vùng gần Thiết bị OWC được thiết kế đặt trực tiếp tại Không có các thông tin về thử OWC (xem hình bờ và ngầm đáy biển khu vực gần bờ với độ sâu nghiệm thiết bị muroan-it.ac.jp III.27) dưới nước khoảng 15m. Năng lượng khí nén của dao động sóng của cột nước (OWC) được chuyển đổi trực tiếp thành điện năng bởi máy phát điện turbo thiết kế đặc biệt. Trung tâm Mighty Whale Nhật Bản Thiết bị “Mighty Whale” chuyển đổi năng Thiết bị thử nghiệm trên hiện Khoa học (xem hình lượng sóng thành điện năng sử dụng dao trường có chiều dài 50m và Jamstec.go.jp và Công III.28) động của cột nước để làm quay tuốc bin chiều rộng 30m và gồm 3 tuốc nghệ Nhật không khí. Thiết bị này hấp thụ phần lớn bin không khí: tuốc bin đầu có Bản năng lượng sóng và tạo ra khu vực lặng công suất 50kW+10kW và hai sóng phía sau nó tuốc bin có công suất 30kW. Điện năng tạo ra trong thử nghiệm được sử dụng chạy các thiết bị trên tàu biển và sử dụng để nạp điện cho ắc quy.
  43. Yoshio Backward Phao nổi Thiết bị tạo điện năng dạng phao nổi. Thiết Không có thông tin về thử Không có thông Masuda Bend Duct gần bờ bị này sử dụng dao động cột nước dưới nghiệm tin về Website Nhật Bản Buoy dạng chữ L đảo ngược của khoang chứa (xem hình nước hoặc con vịt, sao cho miệng mở của III.29) con vịt luôn đón sóng. Cánh nằm ngang sẽ mở và chìm dưới mặt nước. Cánh thẳng đứng sẽ thu cột không khí ở phía trên của con vịt và một van điều khiển không khí đi vào và ra dưới áp suất dao động đều và một phần chân không tạo ra do dao động mặt nước. Thụy Điển Swedish Thụy Điển Công ty Hosepump đã hợp nhất với Vào những năm 1983 – 1984 Không có thông Hosepump Aquabouy. Phao nổi dưới tác động của một nhà máy gồm 3 phân tin về Website (xem hình sóng bơm nước biển chảy qua tuốc bin xưởng phát điện với tuốc bin và III.30) máy phát được lắp đặt tại Vigna. Wavegen Limpet Scốtlen Thiết bị đặt trên bờ biển, một cột nước dao Thử nghiệm đầu tiên được thực http//www.waveg (xem hình động nghiêng (OWC) thiết kế cặp liền với hiện trên đảo Islay của Scốtlen. en.com.uk III.31) cao độ mực nước dâng do sóng ngay sát Thử nghiệm đã được thiết kế bờ. Khoang không khí được thiết kế trong tối ưu với giá trị năng lượng đó đóng vai trò rất quan trọng trong việc sóng trung bình năm trong làm tăng cực đại hiệu quả thu năng lượng khoảng 15 đến 25 kW/m. Cột sóng và chuyển đổi năng lượng thành lực nước làm vận hành một cặp khí nén. Các tuốc bin được thiết kế phù tuốc bin quay theo chiều kim hợp với khoang không khí để tăng cực đại đồng hồ, mỗi tuốc bin quay một công suất đầu ra máy phát điện có công suất 250kW tạo ra dòng điện có công suất tổng cộng 500kW.
  44. Đại học PS Frog Liên hiệp Thiết bị là các cánh tay chèo đưa lên đưa Phần lớn các nghiên cứu lý Không có Lancaster (xem hình Anh xuống có kích thước khoảng 20m chiều thuyết về cơ sở khoa học và sự Website giáo sư III.32) rộng và 15m chiều sâu. Một “cánh tay” nối tiến triển của công nghệ đã French cánh tay đòn với cột cố định giữ thăng được tiến hành. Một số các thử bằng và lắp vào trục phía trên của cánh tay nghiệm trên máng sóng đã là khối lượng khởi động. “Cánh tay” và khối được thực hiện. Hiện chưa có lượng khởi động chuyển động gần như các kế hoạch áp dụng trong điều hòa và thu được năng lượng từ các thực tế. chuyển động tương đối của chúng. Daedalus Wave Energy Ai Cập Thích hợp khi lắp đặt trên các tường của kè Đã nghiên cứu về cơ sở khoa Không có Informatic Conversion chắn sóng hoặc các công trình cứng nổi học của công nghệ. Website s Ltd. Activator trên biển. Thiết bị này được thiết kế với (WECA) mục tiêu là làm tiêu năng lượng sóng tác (xem hình động lên công trình và biến đổi năng lượng III.33) này để nén không khí (các khí nén này thường được chuyển đổi thành điện năng hoặc phục vụ các mục tiêu khác). Chương Danish Point Đan Mạch Hệ thống hấp thụ năng lượng điểm được Thử nghiệm trong thưc tế đã trình năng Absorber xây dựng từ các pông tông nhỏ, mỗi chiếc thực hiện thành công tại biển lysningen.dk/Englis h/WaPo.htm lượng (xem hình có đường kính 10m. Các pông tông có thể Bắc. Trong đợt 1 (45kW vào sóng III.34) được chế tạo hàng loạt và mỗi chiếc hấp năm 1989), các van và dây nối Đan Mạch thụ năng lượng sóng cực đại đạt 100 – giữa các pông tông bị hỏng 140kW. Các bơm của pông tông đặt tại đáy gây trôi các pông tông. Thử biển và có thể chuyển đổi năng lượng nghiệm 1kW sau đó được thực thông qua hệ thống tuốc bin thủy lực và các hiện thành công vào năm 1994 động cơ phát điện nhưng sau 3 tháng 1 pông tông bị chìm do bị ăn mòn. Đợt thứ 3 được tiến hành vào tháng 5 năm 1995 và hệ thống này làm việc ổn định cho đến khi kết thúc thử nghiệm tháng 1/1996.
  45. Independent Seadog Pump Minnenota Bơm SEADOG là hệ thống hấp thụ điểm Sau khi thử nghiệm mô hình Natural (xem hình Mỹ năng lượng sóng. Hệ thống này sử dụng nguyên thủy của SEADOG, Resources III.35) lực nâng để chuyển đổi năng lượng sóng INRI đã thiết kế một mô hình có Inc. thành cơ năng bằng cách sử dụng lực kích thước 1/32 kích thước (INRI) chuyển động của khối nước để bơm ga, thực tế và thử nghiệm trên chất lỏng và hỗn hợp của ga và chất lỏng. máng sóng của trường Đại học Cơ năng được tạo ra do bơm có thể A&M Texas thử nghiệm này đã chuyển đổi thành điện năng hoặc sử dụng củng cố các đánh giá đầu tiên. với các mục đích tạo nước ngọt và nước Dự án thử nghiệm được thực cho sinh vật biển, hoặc nén không khí để hiện vào tháng 4 năm 2004 tại phục vụ các công việc khác như làm lạnh California. hoặc chạy các tuốc bin hoặc thiết bị chuyên dụng Seapower Floating Wave Thụy Điển, Cơ chế chuyển đổi năng lượng sóng dựa SeaPower đã ký một hợp đồng Power Vessel Liên hiệp trên một phao nổi luôn chuyển động theo 15 năm với công ty năng lượng wer.se (xem hình Anh sóng. Sóng sẽ đổ phía trước một bậc thềm Scốtlen để chuyển đổi năng III.36) (một bờ dốc nhân tạo) và dồn nước vào lượng sóng thành điện năng tại một bể chứa. Như vậy động năng của sóng Shetland. Trạm phát điện năng sẽ chuyển thành một khối nước tích trữ thế từ năng lượng sóng được lập năng tại bể chứa. kế hoạch hoạt động vào năm 2002. Giá thành tổng cộng của xây dựng và lắp đặt trạm năng lượng này trị giá là 40 MSEK và sản lượng điện hàng năm được ước lượng là 5.2 GWh. ORECon MRC 1000 Anh Sử dụng nguyên lý phao nổi để thu năng Thử nghiệm vào năm 2001. (xem hình lượng của sóng. .com/ III.37)
  46. Wavemill Wavemill Canada Thiết bị Wavemill là một thiết bị mới với Đã đưa ra các chương trình chế (xem hình công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng có tạo và thử nghiệm trình diễn mill.com III.38) hiệu quả cao. Thiết bị có khả năng hấp thụ thiết bị trong lĩnh vực sản xuất và chuyển đổi năng lượng đối với phía nước ngọt và phát điện. trước đỉnh sóng và phía sau đỉnh sóng, sóng lừng và nước dâng không bị ngắt quãng, biểu thị một phát minh trong công nghệ chuyển đổi năng lượng. WavePlane Waveplan Scốtlen Khu vực cửa sông được chia thành 4 đoạn Đã thử nghiệm trong điều kiện Solutions (xem hình hoặc nhiều hơn theo các tầng độ cao khác thực tế trên biển tại Nhật. Mặc plan.com III.39) nhau so với mực nước biển. Mỗi đoạn dù đã có kế hoạch xây dựng được nối với một đầu mở của ống dẫn với trạm khai thác năng lượng sóng các điểm và góc khác nhau. Tập hợp các với công suất 200kW nhưng đoạn sẽ chuyển đổi cả động năng và thế cho đến nay vẫn chưa được năng của sóng biển thành dòng chảy cuộn thực hiện. xoáy tại đầu ra của cả hệ thống ống. Cơ chế chuyển đổi này hiệu quả hơn so với thiết bị chuyển đổi thu nước theo các bậc thang. ECOFYSE Wave Rotor Đan Mạch Hai dạng rô-to gồm rô-to Darrieus và Well Một thiết bị kích thước thực tế (xem hình được kết hợp với nhau trên cùng một trục được Ecofys cùng hợp tác với ecofys.co.uk III.40) quay. Đây là loại rô-to hỗn hợp và rô-to đa Eric Rossen Đan Mạch thiết kế. hướng có thể làm việc với các dòng chảy Mùa hè năm 2002 đã thử có hướng thay đổi. Rô-to sóng thu nạp nghiệm thiết bị này tại cửa năng lượng sóng từ dao động quỹ đạo hạt Nissum Bredning tại bờ biển nước và tạo ra dòng chảy vòng tròn cục bộ. phía bắc của Đan Mạch. Rô-to Các nhà thiết kế phát hiện ra rằng các dòng sóng được gắn chặt lên sàn và chảy vòng tròn này có thể trực tiếp làm có thể cung cấp điện cho lưới quay rô-to và phát điện. điện.
  47. 155 Chương IV NĂNG LƯỢNG SÓNG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ VÙNG BIỂN VIỆT NAM Sóng là nguồn động lực tạo ra năng lượng, năng lượng sóng được chuyển đổi sang điện năng thông qua các loại thiết bị chuyển đổi năng lượng được trình bày tại chương III. Như vậy để nghiên cứu năng lượng sóng, trước hết cần nghiên cứu chế độ sóng trên vùng biển dự định khai thác năng lượng. Sau khi có được chế độ sóng, dựa theo các công thức tính năng lượng sóng trình bày tại chương II, có thể tiến hành thành lập các bản đồ tiềm năng năng lượng sóng cho từng khu vực ứng với các giai đoạn thời gian trong năm. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu chế độ sóng và tiềm năng năng lượng sóng, có thể lựa chọn các khu vực và các loại thiết bị thích hợp phục vụ khai thác năng lượng sóng. Trong nội dung chương này, đầu tiên chúng ta sẽ đề cập đến chế độ sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam, tiếp đó tìm hiểu về nghiên cứu năng lượng sóng ở Việt Nam và các kết quả tính toán năng lượng sóng cho vùng Biển Đông và vùng biển Việt Nam. IV.1. CHẾ ĐỘ SÓNG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG VÀ VÙNG BIỂN VIỆT NAM IV.1.1. Tổng quan chế độ khí tượng hải văn khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam Trường sóng được phát sinh và phát triển dưới tác động trực tiếp của trường gió, do vậy đặc điểm chế độ trường sóng là hậu quả trực tiếp của chế độ khí hậu và trường gió khu vực. Đặc điểm chung, khái quát nhất về chế độ khí hậu khu
  48. 156 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam là chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa cùng với ảnh hưởng của bão. Để phục vụ đánh giá các điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến trường sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam có thể đưa ra tổng quan các loại hình thời tiết sau đây: - Mùa gió mùa đông bắc: mùa gió mùa đông bắc bắt đầu từ tháng 11 và kéo dài đến tháng 3 năm sau. Trong mùa này, ảnh hưởng của áp cao châu Á thường gọi là áp cao Sibia phát triển mạnh khống chế toàn bộ vùng Biển Đông đến tận vĩ độ 10 độ bắc. Gió hướng bắc vào đầu mùa và hướng đông bắc vào giữa mùa thịnh hành trên toàn vùng Biển Đông, ổn định trong thời gian mỗi đợt khoảng 5-7 ngày tạo ra sóng rất lớn ở vùng ngoài khơi. Có thể phân chia mùa gió mùa đông bắc thành hai thời kỳ. Thời kỳ đầu với khối không khí thường là khối không khí biến tính qua lục địa nên thời tiết thường hanh khô, gió thịnh hành hướng bắc, đông bắc và mạnh, ổn định. Thời kỳ cuối mùa gió đông bắc, vào tháng 2 tháng 3 là mùa suy thoái của gió mùa đông bắc với sự xuất hiện của áp cao phụ khu vực Biển Đông Trung Hoa tạo ra loại hình thời tiết ẩm, mưa phùn với khối không khí biến tính qua biển. Gió thịnh hành trong thời gian này là gió đông bắc, đông đông bắc và kém ổn định cùng với tốc độ yếu hơn thời kỳ đầu. Về thời gian tác dụng, gió mùa đông bắc thuộc dạng hình thế thời tiết synnop tự nhiên với thời gian tác dụng liên tục mỗi đợt từ 5 đến 7 ngày, tuy nhiên rất thường xuyên có các đợt gió mùa bổ sung. - Mùa gió mùa tây nam: mùa gió mùa tây nam còn gọi là gió mùa mùa hè bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 9. Gió mùa tây nam hoạt động mạnh nhất tại khu vực phía nam Biển Đông với hướng thịnh hành là hướng tây nam, lên đến vùng giữa và bắc Biển Đông hướng gió thịnh hành trong gió mùa tây nam chuyển dần sang nam tây nam và nam. Tại khu vực ngoài khơi bắc vịnh Bắc Bộ, trường sóng trong gió mùa tây nam có hướng thịnh hành là hướng nam, đông nam truyền từ vùng cửa vịnh Bắc Bộ vào, có tác động rất mạnh đến các hoạt động tại khu vực ngoài khơi bắc vịnh Bắc Bộ và tác động đến chế độ sóng vùng ven bờ tại khu vực ven bờ châu thổ sông Hồng. Mùa gió mùa tây nam tại khu vực bắc vịnh Bắc Bộ trùng với mùa bão. - Mùa bão và áp thấp nhiệt đới: đối với khu vực nghiên cứu, mùa bão kéo dài từ tháng 5 đến tháng 12. Quy luật hoạt động của bão khá phức tạp và còn nhiều vấn đề hiện nay chưa lý giải được. Theo số liệu thống kê của khoảng 80 năm trở lại đây, hàng năm có khoảng 1-12 cơn bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào vùng biển và ven bờ nước ta. Tính trung bình mỗi năm có 6 cơn bão và áp thấp nhiệt đới, trong đó có khoảng 25-30% số cơn xuất hiện trong khu vực đông nam Biển Đông. Do sự xê dịch theo mùa của đường đi của bão, mùa bão có xu thế chậm dần từ bắc xuống nam.
  49. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 157 4.1.2. Chế độ trường gió vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt Nam 1. Phân loại các loại trường gió điển hình Để tính toán trường sóng cần thiết phải có được trường gió, đặc biệt là các trường gió điển hình. Để tính toán phân loại các loại trường gió điển hình (trường gió cơ bản) thường sử dụng các phương pháp thống kê các kiểu trường áp điển hình. Các đặc trưng thống kê đối với các kiểu trường áp được coi là đặc trưng thống kê của các loại trường gió tương ứng. Phương pháp phân loại trường áp hiện nay thường được sử dụng là dựa theo phương pháp phân loại của Sorkina [12]. Phương pháp này coi nguyên nhân của sự hình thành các kiểu trường áp trên biển là do sự phân bố của các trung tâm tác động. Trên cơ sở các trung tâm tác động chính, việc phân loại các kiểu trường áp điển hình được tiến hành theo các chỉ tiêu sau: ƒ Hướng di chuyển và cường độ của các trung tâm tác động chính có ảnh hưởng đến sự phân bố trường áp trên Biển Đông. 0 ƒ Sự phân bố của các đường đẳng áp lệch nhau một góc không quá 50 . Theo các chỉ tiêu trên, toàn bộ Biển Đông và hai vịnh Bắc Bộ và vịnh Thái Lan được phân về một kiểu trường áp nhất định và từ đó tính ra các kiểu trường gió tương ứng. Việc phân loại các kiểu trường áp theo các chỉ tiêu đã nêu trên phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của người thống kê và mang tính chủ quan rõ rệt. Có nhiều trường hợp không thể phân loại được các hình thế trường áp, đặc biệt là các loại hình thế phụ. Trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Nhà nước 48B.01.02 và KT.03.04 đã sử dụng phương pháp nhận dạng để phân loại các kiểu trường áp trên Biển Đông. Sử dụng các thuật toán nhận dạng theo các chỉ tiêu cho trước trên máy tính, cho phép loại trừ một phần các yếu tố chủ quan của phương pháp phân loại nêu trên. Để tính toán các yếu tố động lực biển như sóng, dòng chảy theo gió, việc phân loại các kiểu trường áp và trường gió tương ứng với nó trên toàn bộ vùng biển như Biển Đông thành một kiểu đặc trưng thường gây sai số rất lớn, vì biến đổi của các yếu tố động lực biển phụ thuộc nhiều vào sự phân bố theo không gian của các kiểu trường áp trên toàn vùng biển. Trong trường hợp này cần thiết phải sử dụng phương pháp phân loại các kiểu trường áp, trường gió của Viện Hải dương học Nhà nước Liên Xô (cũ) [12]. Toàn bộ Biển Đông được chia ra thành nhiều vùng, tại mỗi vùng chọn ra các điểm đặc trưng và tiến hành phân loại theo số liệu áp, gió tại các điểm đặc trưng đó. Trên hình IV.1 vẽ vị trí các trạm ven bờ có số liệu đo gió, sóng và các vùng thống kê số liệu gió và
  50. 158 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác sóng quan trắc trên tàu biển (Obship) trên vùng khơi Biển Đông. Ngoài các số liệu gió thu thập theo số liệu quan trắc trên tàu biển, hiện nay một nguồn số liệu gió có độ tin cậy cao là số liệu gió phân tích của các trung tâm nghiên cứu khí tượng thủy văn trên thế giới. Đây là nguồn kết quả tính toán trường gió theo các mô hình hiện đại được cập nhật, hiệu chỉnh và đồng nhất với các số liệu gió quan trắc viễn thám. Ưu việt nổi bật của nguồn số liệu này là được cung cấp theo trường tại các điểm của lưới tính có độ phân giải khá lớn (các số liệu gió phân tích hiện nay được cung cấp 4 Obs trong ngày và với bước lưới là 0.250 x 0.250 kinh vĩ). Hình IV.1. Vị trí các trạm ven bờ có số liệu đo gió, sóng và các vùng thống kê số liệu gió và sóng quan trắc trên tàu biển (Obship) trên vùng khơi Biển Đông
  51. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 159 2. Trường gió trung bình trên Biển Đông Phân bố tốc độ gió trung bình trên Biển Đông và vùng ven bờ nước ta tuân theo các quy luật cơ bản sau: gió mạnh dần từ vùng ven bờ ra khơi và từ phía nam lên phía bắc. Theo các tháng trong năm, tốc độ gió cũng thay đổi theo hai mùa gió; mùa gió mùa đông bắc vào mùa đông và mùa gió mùa tây nam vào mùa hè. Chế độ gió mùa ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố tốc độ gió trung bình trên Biển Đông. Tại các trạm ven bờ, ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam đến sự phân bố tốc độ gió trung bình không rõ rệt, nếu so sánh với các vùng ngoài khơi Biển Đông. Vào mùa gió mùa đông bắc tốc độ gió trung bình ở phía bắc Biển Đông đạt tới 9m/s và cao hơn. Cũng tại các vùng này, tốc độ gió trung bình có một cực tiểu vào khoảng từ tháng 6 đến tháng 8. Điều này chứng tỏ ảnh hưởng của gió mùa tây nam tới các vùng ven biển phía bắc nước ta rất không đáng kể. Tại các vùng phía giữa Biển Đông (vùng 8,9,10 - hình IV.1), tốc độ gió trung bình có hai cực đại ứng với hai mùa gió và hai cực tiểu vào các tháng chuyển tiếp. Xu thế này còn xảy ra tại các vùng phía nam Biển Đông cho thấy ảnh hưởng của gió mùa đông bắc rất mạnh bao trùm toàn vùng Biển Đông. Gió mùa tây nam ảnh hưởng mạnh tại các vùng giữa và phía nam Biển Đông vào các tháng 6, tháng 7. Tốc độ gió trung bình tại các vùng này, dưới ảnh hưởng của gió mùa tây nam, đạt giá trị cực đại khoảng 7, 8m/s. So sánh tốc độ gió trung bình vùng Biển Đông với các vùng biển lân cận cho thấy tại Biển Đông gió khá mạnh và thay đổi nhiều theo không gian. Trường gió trung bình khá mạnh và hậu quả của nó là trường sóng mạnh hơn so với các vùng biển lân cận biểu thị tiềm năng khai thác năng lượng gió và năng lượng sóng vùng Biển Đông là khá lớn. Bảng IV.1 đưa ra các số liệu thống kê tốc độ gió trung bình theo số liệu đo gió tại các trạm khí tượng hải văn đặc trưng vùng ven bờ và theo số liệu Obship tại các vùng ngoài khơi Biển Đông. 3. Phân bố tốc độ gió cực đại vùng Biển Đông Tốc độ gió cực đại có thể được tính bằng hàm phân bố, dựa vào đường cong phân bố tốc độ gió sẽ tính được tốc độ gió cực đại xảy ra với các chu kỳ lặp khác nhau. Tốc độ gió cực đại cần thiết cho việc tính sóng cũng như đảm bảo an toàn cho các thiết bị khai thác năng lượng sóng trên biển và ven bờ biển. Hình thế gió mạnh với tốc độ gió cực đại thường xảy ra trong các hình thế gió mùa đông bắc, gió mùa tây nam và bão. Dựa vào thời gian xảy ra tốc độ gió cực đại có thể xác định được nguồn gốc của loại tốc độ gió đó là do loại hình thế nào gây ra. Tại bảng IV.2 đưa ra các số liệu thống kê tốc
  52. 160 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác độ gió cực đại theo số liệu đo gió tại các trạm khí tượng hải văn đặc trưng vùng ven bờ và theo số liệu Obship tại các vùng ngoài khơi Biển Đông. Tốc độ gió cực đại đo được trong thời gian thống kê 10 năm tại vùng 7 là 50m/s, xảy ra trong tháng 10 là gió do bão gây ra. Phân bố tốc độ gió cực đại tại vùng khơi Biển Đông tuân theo quy luật giảm dần từ giữa Biển Đông xuống phía nam. Tốc độ gió cực đại trong năm thường xảy ra trong các tháng từ tháng 8 đến tháng 11, là thời gian tác động của gió mùa đông bắc và bão trên Biển Đông. Càng xuống phía nam, tốc độ gió cực đại năm càng giảm dần. Đối với mọi hoạt động khai thác nguồn lợi trong đó có khai thác năng lượng sóng trên biển và các công trình trên biển, hình thế gió mạnh từ 11m/s trở lên có ý nghĩa hết sức quan trọng [10]. Đã thống kê tần suất xảy ra gió mạnh tại vùng Biển Đông vào các tháng 1, 4, 7, 10. Trên bảng IV.3 đưa ra các kết quả thống kê tần suất gió mạnh xảy ra tại vùng biển phía nam Biển Đông. Như vậy theo các số liệu thống kê trung bình năm, ở vùng biển phía nam Biển Đông mỗi năm có tới 131 ngày có gió mạnh, chiếm 36% tổng số ngày trong năm. Đối với vùng biển phía bắc, tần suất gió mạnh còn lớn hơn nhiều, đồng thời tốc độ gió cực đại xảy ra với các chu kỳ lặp khác nhau tại các vùng biển phía bắc cũng mạnh hơn so với các vùng biển phía nam. Điều này gây trở ngại rất lớn đối với các hoạt động khai thác dầu khí và nguồn lợi thủy sản trên vùng thềm lục địa phía nam. Tuy nhiên chế độ gió mạnh cũng cho phép chúng ta đánh giá được tiềm năng năng lượng sóng rất dồi dào trên vùng biển phía nam nói riêng và trên toàn vùng Biển Đông và ven bờ Việt Nam nói chung. 4. Đánh giá chế độ các trường gió vùng Biển Đông Các kết quả trên đây cho thấy chế độ gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam là đặc điểm nổi bật của chế độ gió trên vùng Biển Đông. Chế độ gió mùa đông bắc rất ổn định và chiếm tới 40% số thời gian trong năm. Gió mùa tây nam có tần suất xuất hiện ít hơn so với hình thế đường bất liên tục nhưng lại tập trung vào các tháng mùa hè và có tốc độ gió khá lớn, nên đóng vai trò quan trọng đối với các hoạt động trên biển, đặc biệt là ở vùng phía nam Biển Đông. Các thống kê chế độ trong 20 năm trên vùng Biển Đông cho thấy, xét trong các điều kiện gió mạnh V>11m/s hình thế gió mùa đông bắc chiếm trung bình 77 ngày từ tháng 11 năm trước đến tháng 2 năm sau và có thời gian tồn tại trung bình là 10 ngày. Hình thế gió mùa tây nam chiếm trung bình 50 ngày từ tháng 5 đến tháng 9 và có thời gian tồn tại liên tục trung bình là 4 ngày. Để đánh giá tần suất và cường độ của các trường
  53. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 161
  54. 162 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  55. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 163 gió mùa trên Biển Đông, đã tính tần suất và tốc độ gió trung bình của gió hướng đông bắc và gió hướng tây nam trong các mùa gió tương ứng. Các kết quả tính toán được nêu trên bảng IV.4. Hình thế gió mùa đông bắc xảy ra nhiều nhất trong các tháng 11, 11 và tháng 1. Trong thời gian này toàn bộ các vùng phía bắc và giữa Biển Đông có tần suất xuất hiện gió đông bắc lớn hơn 60% (cực đại tới 80.4%) với tốc độ gió trung bình là 9m/s. Trong các tháng 11, 12 ở các vùng 4, 5, 6 (giữa Biển Đông - xem hình IV.1) có tốc độ gió từ 11m/s trở lên. Gió mùa tây nam mạnh nhất xảy ra vào các tháng 6, 7 và tháng 8 với tần suất lớn hơn 50% (cực đại là 70.5%) trên các vùng biển phía nam Biển Đông. Tốc độ gió tây nam trung bình khoảng 7m/s và cực đại đạt 9m/s. Bảng IV.3. Tần suất P [%] và tốc độ gió trung bình V[m/s] của các hướng gió đông bắc, tây nam trên vùng khơi Biển Đông [10] Hướng gió NE SW Tháng/vùng 10 11 12 1 2 5 6 7 8 9 2 P 50.0 67.8 73.4 66.4 55.3 16.0 29.0 31.4 31.3 10.1 V 9.5 10.4 9.9 9.2 8.1 4.9 6.8 7.3 6.1 6.8 P 64.0 73.5 73.6 73.8 57.0 17.0 31.8 31.2 22.3 7.9 3 V 10.1 10.8 10.5 9.4 9.0 4.3 5.3 5.8 6.2 5.2 P 66.3 72.4 69.6 66.0 56.0 16.1 38.4 34.0 28.2 9.7 4 V 10.9 12.8 12.6 11.1 10.9 5.9 7.1 8.0 7.4 7.5 P 59.7 73.2 72.7 65.8 55.8 20.9 36.6 40.5 39.6 22.5 5 V 9.5 11.8 11.8 10.5 8.9 5.5 7.1 8.3 8.0 7.1 P 59.9 71.3 80.4 70.0 61.6 21.8 43.5 45.1 43.4 23.7 6 V 8.8 11.1 11.0 9.9 8.4 6.1 7.7 8.2 8.2 7.0 P 56.1 67.4 72.4 60.3 52.0 16.8 33.5 35.2 37.0 18.4 7 V 6.9 7.6 7.7 6.8 6.1 6.1 6.7 6.8 6.6 6.1 P 44.2 58.0 68.6 64.2 65.4 27.6 64.3 65.6 63.5 40.8 8 V 7.3 9.4 10.5 9.5 8.0 6.8 7.9 9.2 8.8 7.7 P 43.6 62.3 73.2 65.8 65.0 22.9 50.7 58.4 59.4 39.8 9 V 6.6 9.4 10.2 9.6 8.0 6.4 8.2 9.0 9.1 7.5 P 29.1 46.4 60.1 53.3 55.4 17.0 40.6 51.1 61.0 44.3 10 V 5.8 6.9 9.0 7.7 6.9 7.4 7.2 8.2 7.4 7.8 P 29.3 44.8 59.1 62.9 69.2 24.4 63.7 67.6 60.1 51.4 11 V 3.4 5.9 5.8 6.5 5.7 5.4 6.6 8.0 7.8 6.6 P 32.2 52.2 63.3 63.7 68.4 30.2 65.1 70.5 63.4 51.0 12 V 6.3 8.8 10.3 9.7 8.6 6.5 7.6 9.1 8.9 7.5 P 19.7 45.9 54.7 55.3 48.1 19.6 33.6 44.6 36.4 29.1 13 V 4.8 6.0 6.7 6.9 6.8 4.7 5.3 5.5 5.4 5.2 P 22.6 32.7 58.2 66.7 67.5 25.5 48.6 54.9 57.4 49.5 16 V 4.9 5.6 7.3 7.9 7.3 4.4 5.7 6.3 5.7 5.8
  56. 164 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Bảng IV.4. Số ngày trung bình và tần suất xuất hiện gió mạnh (V>11m/s) theo các tháng trên vùng biển phía nam Biển Đông Tháng Số ngày Tần suất % theo năm Tần suất % theo tháng 1 18.0 13.8 58.1 2 12.8 9.7 45.1 3 6.0 4.6 19.2 4 2.0 7.5 1.5 5 3.9 9.0 12.6 6 8.4 6.4 28.0 7 13.4 10.2 43.1 8 14.2 10.9 46.0 9 9.5 7.3 31.7 10 7.2 5.5 23.2 11 15.4 11.8 51.5 12 20.0 15.3 64.7 ∑ 130.8 100.0 IV.1.3. Chế độ trường sóng vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt Nam Nghiên cứu chế độ trường sóng vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt Nam có thể được tiến hành theo hai hướng. Hướng thứ nhất là tiến hành thống kê chế độ trường sóng theo các số liệu đo đạc ven bờ (tại các trạm khí tượng hải văn), và số liệu đo đạc trường sóng vùng khơi (số liệu Obship) hoặc số liệu đo đạc bằng các phương tiện hiện đại như số liệu trường sóng đo đạc từ vệ tinh. Hướng thứ hai là tiến hành tính toán trường sóng theo trường gió (có được theo các kết quả nghiên cứu hình thế trường áp như đã trình bày ở trên) hoặc theo trường gió phân tích, gió đo từ vệ tinh. Trong nội dung chương II chúng ta đã đề cập đến các phương pháp tính toán và đo đạc trường sóng ở Việt Nam, dưới đây đưa ra các kết quả nhận được về chế độ trường sóng là số liệu đầu vào để tính toán năng lượng sóng. 1. Chế độ trường sóng theo các số liệu đo đạc tại trạm ven bờ và số liệu Obship ngoài khơi vùng biển Việt Nam. Trên hình IV.1 đưa ra vị trí các trạm khí tượng hải văn của Việt Nam. Bảng IV.5 trình bày các giá trị độ cao sóng, chu kỳ và tốc độ gió với các suất đảm bảo chế độ khác nhau theo các mùa trong năm và trung bình năm tại các trạm khí tượng hải văn ven bờ, hải đảo của Việt Nam và theo số liệu Obship.
  57. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 165 Bảng IV.5. Độ cao sóng H[m], chu kỳ sóng T[s] và tốc độ gió V[m/s] theo mùa và trung bình năm tại các trạm Hải văn ven bờ và theo số liệu Obship [14] Trạm Cô Tô Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm XI-I II - IV V - VII VIII - X bảo chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.4 3.3 4.8 0.3 3.2 3.7 0.5 3.5 4.3 0.5 3.5 4.5 0.42 3.4 4.3 20 0.5 3.5 6.5 0.4 3.3 5.5 0.6 3.8 6.5 0.7 4.0 6.0 0.55 3.6 6.1 5 0.7 4.0 10.0 0.5 3.5 7.0 0.8 4.1 11.0 0.9 4.3 10.0 0.72 4.0 9.5 1 0.9 4.3 13.0 0.7 4.0 10.0 1.2 4.7 16.0 1.3 5.0 15.0 1.02 4.5 13.5 Trạm Hòn Gai Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm XI-I II – IV V – VII VIII – X bảo chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.1 1.5 3.0 0.1 1.5 3.0 0.1 1.5 3.2 0.1 1.5 3.2 0.10 1.5 3.1 20 0.1 1.5 5.5 0.1 1.5 5.5 0.2 2.0 6.0 0.1 1.5 5.5 0.12 1.6 5.6 5 0.2 1.9 8.5 0.2 1.9 8.5 0.3 2.4 9.0 0.3 2.4 9.0 0.25 2.2 8.7 1 0.3 2.2 12.0 0.3 2.2 12.0 0.5 3.0 14.0 0.4 2.6 13.5 0.38 2.5 12.9 Trạm Hòn Dấu Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II – IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.5 3.5 5.0 0.5 3.5 4.5 0.6 3.8 6.0 0.6 3.8 6.0 0.55 3.7 5.4 20 0.7 4.0 7.0 0.7 4.0 6.5 0.7 4.1 8.0 0.7 4.1 8.0 0.70 4.1 7.4 5 0.8 4.1 9.5 0.8 4.1 9.0 1.1 4.3 13.0 1.1 4.3 12.0 0.95 4.2 10.9 1 0.9 4.2 12.0 0.9 4.2 11.5 1.4 4.5 17.0 1.4 4.5 17.0 1.15 4.4 14.4 Trạm Bạch Long Vĩ Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II – IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.6 3.7 6.5 0.5 3.5 5.5 0.6 3.7 6.5 0.5 3.6 7.0 0.55 3.6 6.4 20 0.8 4.0 11.0 0.7 3.9 9.0 0.8 4.0 11.0 0.8 4.0 12.0 0.78 4.0 10.7 5 1.2 4.7 15.0 1.0 4.4 13.0 1.2 4.7 15.5 1.2 4.7 16.0 1.15 4.6 14.9 1 1.6 5.5 18.0 1.3 4.8 17.0 3.6 5.4 19.0 1.7 5.7 21.0 2.05 5.2 18.8
  58. 166 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Trạm Văn Lý Suất đảm Các tháng trong năm Trung bình năm bảo XI-I II – IV V - VII VIII - X chếđộ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.4 3.0 3.5 0.4 3.0 3.5 0.5 3.5 4.0 0.5 3.5 4.0 0.45 3.2 3.8 20 0.5 3.5 5.5 0.6 3.5 5.5 0.8 4.0 6.0 0.7 4.0 6.0 0.65 3.7 5.8 5 0.8 4.0 7.5 0.9 4.0 10.5 1.1 4.4 9.0 1.1 4.4 9.0 0.98 4.2 9.0 1 1.0 4.3 10.0 1.1 4.4 15.7 1.5 5.5 12.0 1.5 5.5 13.0 1.28 4.9 12.7 Trạm Hòn Ngư Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II – IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.5 3.5 4.2 0.5 3.5 3.5 0.4 3.2 3.8 0.6 4.0 4.0 0.50 3.6 3.9 20 0.7 3.7 7.0 0.6 3.6 6.0 0.5 3.5 6.5 0.8 4.4 7.0 0.65 3.8 6.6 5 1.0 4.5 10.0 0.7 3.7 9.0 0.7 3.7 10.0 1.2 4.7 11.0 0.90 4.2 10.0 1 1.3 5.1 13.0 1.0 4.5 12.0 0.9 4.0 13.0 1.5 5.5 16.0 1.20 4.8 13.5 Trạm Cồn Cỏ Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II - IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.9 4.0 5.0 0.7 3.5 3.5 0.7 3.5 3.8 1.0 4.5 4.0 0.82 4.0 4.1 20 1.1 4.6 8.0 0.9 4.0 5.5 0.9 4.0 6.0 1.3 5.0 6.5 1.05 4.4 6.5 5 1.4 5.4 11.3 1.3 5.1 7.5 1.1 4.6 8.5 1.8 5.6 11.0 1.40 5.2 9.6 1 1.7 6.2 14.0 1.6 5.9 10.0 1.2 5.0 11.0 2.6 7.5 15.0 1.78 6.1 12.5 Trạm Sơn Trà Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II - IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.3 3.0 2.0 0.2 2.4 2.0 0.3 3.0 1.5 0.4 3.5 2.0 0.30 2.9 1.9 20 0.4 3.2 4.0 0.3 2.8 3.8 0.4 3.0 4.0 0.5 3.7 4.2 0.40 3.2 4.0 5 0.6 3.7 7.5 0.5 3.3 6.0 0.5 3.3 7.5 0.7 4.0 7.5 0.60 3.6 7.1 1 0.8 4.2 11.0 0.6 3.7 8.0 0.6 3.5 11.0 0.9 4.4 12.0 0.72 4.0 10.5
  59. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 167 Ngoài khơi Quy Nhơn – Nha Trang (số liệu Obship) Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II - IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 1.2 5.8 6.0 0.8 4.8 4.5 0.8 4.8 4.5 0.9 5.1 5.0 0.92 5.1 5.0 20 1.6 6.3 9.5 1.2 5.6 7.0 1.2 5.6 7.0 1.3 5.7 8.0 1.32 5.8 7.8 5 1.9 6.5 14.0 1.6 6.3 10.0 1.6 6.3 10.0 1.7 6.4 11.5 1.70 6.4 11.4 1 3.1 8.2 18.0 2.1 7.0 13.0 2.1 7.0 13.0 2.3 7.2 15.0 2.40 7.4 15.5 Trạm Phú Quý Suất đảm Các tháng trong năm Trung bình năm bảo chế XI-I II - IV V - VII VIII - X độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.9 4.7 8.0 0.7 4.5 4.5 0.8 4.6 7.5 0.8 4.7 6.0 0.80 4.6 6.5 20 1.1 5.0 11.0 0.9 4.9 6.0 1.1 5.0 11.0 1.2 5.4 8.3 1.07 5.1 9.1 5 1.6 5.8 14.0 1.3 5.7 8.5 1.4 5.4 14.0 2.9 5.8 12.0 1.80 5.7 12.1 1 2.0 6.4 17.0 1.7 6.4 11.5 1.7 5.8 18.0 3.6 6.2 15.0 2.25 6.2 15.4 Ngoài khơi Vũng Tàu – Côn Đảo (số liệu Obship) Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II - IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 1.2 6.0 5.5 0.8 5.0 4.0 0.8 5.0 4.0 0.9 5.2 4.3 0.92 5.3 4.4 20 1.6 6.4 8.8 1.2 5.6 6.8 1.2 5.6 7.0 1.3 5.8 7.5 1.32 5.8 7.5 5 2.1 7.0 13.0 1.6 6.3 9.5 1.6 6.3 10.0 1.7 6.4 11.0 1.75 6.5 10.8 1 3,2 8.5 17.0 2.0 6.8 13.0 2.1 7.0 13.0 2.3 7.2 14.0 2.40 7.4 14.2 Trạm Côn Đảo Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm XI-I II - IV V - VII VIII - X bảo chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.5 2.8 4.5 0.4 2.7 3.5 0.4 2.7 4.0 0.4 2.7 4.0 0.42 2.7 4.0 20 0.7 3.2 8.5 0.7 3.2 7.0 0.6 3.2 8.0 0.7 3.2 8.0 0.67 3.2 7.9 5 1.0 4.5 12.0 1.0 4.5 11.0 0.9 4.5 11.5 1.0 4.5 11.5 0.98 4.5 11.5 1 1.5 5.1 16.0 1.5 5.0 13.0 1.4 5.0 16.0 1.4 5.0 15.0 1.45 5.0 15.0 Trạm Vũng Tầu
  60. 168 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm bảo XI-I II - IV V - VII VIII - X chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.3 2.5 3.5 0.4 2.8 2.5 0.4 2.8 3.0 0.3 2.5 2.3 0.35 2.7 2.8 20 0.4 2.8 6.0 0.5 3.1 5.5 0.5 3.1 5.5 0.4 2.8 5.0 0.45 3.0 5.5 5 0.5 3.1 9.0 0.6 3.6 8.0 0.7 3.6 8.5 0.5 3.1 8.5 0.55 3.4 8.5 1 0.6 3.3 12.0 0.7 3.8 10.0 0.9 4.0 12.0 0.7 3.4 12.0 0.73 3.6 11.5 Trạm Phú Quốc Suất Các tháng trong năm Trung bình năm đảm XI-I II - IV V - VII VIII - X bảo chế độ [%] H T V H T V H T V H T V H T V 50 0.2 2.2 3.5 0.2 2.3 2.5 0.5 3.8 4.0 0.4 3.2 4.0 0.32 2.9 3.5 20 0.3 2.4 6.5 0.3 2.5 4.5 0.8 4.4 7.0 0.7 4.1 7.0 0.52 3.3 6.2 5 0.5 3.2 9.0 0.5 3.3 7.0 1.2 5.2 11.0 1.1 5.0 10.0 0.83 4.3 9.2 1 0.7 3.5 11.5 0.6 3.6 9.5 1.5 5.7 14.0 1.3 5.4 13.5 1.02 4.6 12.1 Suất đảm bảo chế độ 50% gần tương ứng với các giá trị trung bình của độ cao và chu kỳ sóng. Theo các kết quả thống kê trên bảng IV.5 chúng ta thấy rằng chế độ của các yếu tố sóng biến đổi khá mạnh dọc theo vùng biển Việt Nam. Hai khu vực có các yếu tố sóng nhỏ nhất là khu vực Hòn Gai và Phú Quốc. Khu vực Hòn Gai do nằm sâu trong vịnh Hạ Long, được các đảo che chắn không bị ảnh hưởng của trường sóng vùng nước sâu truyền vào nên có chế độ trường sóng yếu trong tất cả các tháng trong năm. Khu vực Phú Quốc nói riêng và khu vực ven bờ biển vịnh Thái Lan nói chung có chế độ trường sóng yếu trong mùa đông và mùa xuân, tuy nhiên vào mùa hè khi gió mùa tây nam hoạt động mạnh trường sóng và gió ở đây khá mạnh. Kết quả thống kê trên bảng IV.5 cũng cho thấy sự thay đổi rất mạnh của các yếu tố sóng theo vị trí của các vùng ven bờ. Tại trạm khí tượng hải văn Sơn Trà, do vị trí trạm đặt sâu trong vịnh Đà Nẵng nên không chịu ảnh hưởng trực tiếp của trường sóng ngoài khơi Đà Nẵng truyền vào, do vậy các yếu tố sóng không lớn (độ cao và chu kỳ sóng trung bình năm khoảng 0.4 mét và 3 giây). Trong khi đó các số liệu thống kê tại các trạm khí tượng hải văn lân cận cho thấy độ cao và chu kỳ sóng trung bình đặc trưng cho khu vực ven bờ miền Trung nước ta dao động trong khoảng 0.8m -1.0m và 4 giây -5 giây. Đối với khu vực ngoài khơi miền Trung, các yếu tố sóng tương đối mạnh, theo số liệu Obship, độ cao và chu kỳ sóng trung bình năm khoảng xấp xỉ 1m và 5 giây. Các giá trị thống kê chế độ của các yếu tố sóng và tốc độ gió tại các trạm khí tượng hải văn ven bờ và theo số liệu Obship cũng cho thấy trường sóng và gió vùng
  61. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 169 ven bờ và ngoài khơi nước ta chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam. Vào mùa gió mùa đông bắc (từ tháng VIII đến tháng X và từ tháng XI đến tháng I) tại các khu vực bờ biển phía bắc trường sóng và tốc độ gió thường đạt giá trị mạnh nhất trong năm, tuy nhiên tại các vùng ven bờ phía nam do ảnh hưởng của gió mùa tây nam các giá trị mạnh nhất của các yếu tố sóng và tốc độ gió lại xảy ra vào các tháng từ tháng V đến tháng VII và từ tháng VIII đến tháng X (trạm Phú Quốc). Hạn chế lớn nhất của các số liệu đo đạc trường sóng tại các trạm khí tượng hải văn là các số liệu này phần lớn là các số liệu đo bằng phương pháp quan trắc bằng mắt (kính ngắm sóng) nên trong 4 Obs sin-nốp (1h, 7h, 13h và 19h) mỗi ngày chỉ có 3 Obs đo (Obs 1h trời tối không quan trắc được). Ngoài ra các số liệu này chỉ đặc trưng cho vị trí đặt phao ngắm sóng (có độ sâu khoảng 7m) nên việc sử dụng số liệu rất hạn chế trong một giới hạn nhất định (ví dụ như đối với số liệu tại trạm khí tượng hải văn Sơn Trà nêu ở trên). 2. Chế độ trường sóng theo các số liệu Obship vùng Biển Đông Trên hình IV.1 đưa ra 10 vùng thống kê chế độ sóng vùng khơi Biển Đông. Theo các số liệu Obship trong 23 năm, đã tiến hành thống kê phân bố chế độ độ cao sóng và phân bố chu kỳ sóng ứng với đỉnh phổ và chu kỳ sóng trung bình. Bảng IV.6 đưa ra các giá trị độ cao sóng cực đại H1% , độ cao sóng cực đại H3% , chu kỳ đỉnh phổ ứng với độ cao sóng cực đại quan trắc được cho các vùng thống kê ngoài khơi Biển Đông. Tuy nhiên các giá trị thống kê được tại bảng IV.6 chỉ có giá trị trong việc thiết kế và xây dựng các công trình khai thác nguồn lợi biển nói chung và năng lượng sóng biển nói riêng, không có giá trị trong việc đánh giá tiềm năng năng lượng sóng vùng Biển Đông. 3. Chế độ trường sóng theo các kết quả tính toán mô hình sóng vùng biển Việt Nam và vùng Biển Đông Mặt dù trong những năm gần đây, nhờ các phương tiện đo đạc bằng phương pháp viễn thám từ vệ tinh đã cho phép chúng ta có được các số liệu thực đo đồng bộ của trường sóng trên toàn vùng Biển Đông nhưng do hạn chế về tần suất đo đạc và về độ dài của chuỗi số liệu, trừ một số điểm cụ thể có các số liệu đo đạc nhiều năm, các nghiên cứu chế độ trường sóng dựa trên các tính toán mô hình vẫn đóng vai trò chính trong nghiên cứu chế độ trường sóng vùng Biển Đông và ven bờ biển Việt Nam.
  62. 170 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Bảng IV.6. Độ cao sóng cực đại H1% [m], độ cao sóng H3% [m], chu kỳ đỉnh phổ tương ứng quan trắc được tại các vùng ngoài khơi Biển Đông theo số liệu Obship [10] Các yếu tố Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng Vùng sóng 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 * H1% [m] 10.5 10.5 14.5 13.2 14.5 13.2 10.5 14.5 11.0 10.5 H3% 8.0 8.0 11.0 10.0 11.0 10.0 8.0 11.0 9.0 8.0 Tp [s] 16 16 20 16 19 19 14 20 20 17 * Hn% ở bảng IV.6 ứng với suất đảm bảo tức thời: trong một trăm sóng có n sóng với độ cao lớn hơn hoặc bằng độ cao xác định. - Chế độ trường sóng vùng ven bờ biển Việt Nam Kết quả nghiên cứu chế độ trường sóng theo phương pháp tính toán trường sóng gần đây nhất là các kết quả nghiên cứu thuộc đề tài cấp Nhà nước KHCN 06-10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ yêu cầu xây dựng công trình biển ven bờ” [1]. Trên hình IV.2 đưa ra các điểm tính toán trường sóng dọc bờ biển Việt Nam với bước lưới 0.250 x 0.250 kinh vĩ. Tại mỗi điểm tính đã tiến hành tính toán trường sóng theo số liệu trường gió trong thời gian 20 năm và kết quả đã thống kê và đưa ra các loại bảng thống kê chế độ trường sóng bao gồm: a) Bảng tính các yếu tố sóng theo các chu kỳ lặp từ số liệu thống kê 20 năm theo các hướng sóng nguy hiểm; b) Bảng phân bố 2 chiều giữa độ cao và chu kỳ sóng theo tháng và năm; c) Bảng tính độ cao sóng theo các chu kỳ lặp 25, 50 và 100 năm theo quy luật hàm phân bố chế độ của độ cao sóng. Trong các kết quả nêu trên các kết quả tính sóng nêu tại bảng phân bố hai chiều giữa độ cao và chu kỳ sóng theo tháng và năm tại các điểm tính nêu trên hình IV.2 sẽ cho phép chúng ta tính được năng lượng sóng và xây dựng bản đồ tiềm năng năng lượng sóng. Dựa theo các kết quả nhận được đã tiến hành phân vùng chế độ sóng vùng biển ven bờ biển Việt Nam. - Phân vùng chế độ sóng vùng ven bờ biển Việt Nam Tuy mới chỉ bắt đầu trong một vài năm gần đây, nhưng do tầm quan trọng và ý nghĩa thiết thực đối với thực tế, các nghiên cứu phân vùng dải ven bờ biển nước ta theo các yếu tố động lực biển nói chung và sóng, nói riêng đã có được một số các kết quả đáng kể. Để phân cấp hoạt động của tầu biển đã tiến hành phân vùng thống kê các số liệu sóng và gió vùng ven bờ và biển khơi trên toàn khu vực Biển Đông ra thành 15 vùng trong đó có 4 vùng bao
  63. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 171 quát toàn dải ven biển Việt Nam [10]. Trên cơ sở các vùng đó đã tiến hành thu thập số liệu sóng và gió và lập các bảng tần suất, vẽ hoa sóng, hoa gió. Một trong những kết quả phân vùng chi tiết trường sóng ven bờ bao gồm cả sóng gió, sóng lừng và sóng xô bờ là bản đồ phân vùng phục vụ chế độ khí hậu biển của Mỹ. Đã chia toàn dải ven bờ biển thành 6 vùng đối với các loại sóng gió, sóng lừng và 12 vùng đối với sóng xô bờ. Tại mỗi vùng đưa ra các số liệu thống kê tần suất theo các khoảng độ cao [12]. Hai nguyên tắc cơ bản được sử dụng để tiến hành các phân vùng động lực sóng biển dưới đây là nguyên tắc đồng nhất và nguyên tắc nguồn gốc phát sinh. Theo nguồn gốc phát sinh có thể thấy rất rõ là các trường sóng là do các hình thế gió mùa đông bắc, gió mùa tây nam và bão gây ra. Mức độ tác động của 3 loại hình thế này đối với từng vùng phụ thuộc vào không gian và thời gian tạo nên građien tự nhiên của trường sóng và dựa vào građien này có thể xác định được kích thước tối ưu cho từng vùng. Đã xác định được kích thước tối ưu cho 6 vùng ven bờ theo các số liệu sóng quan trắc trên các trạm khí tượng hải văn ven bờ. Tuy nhiên như đã nêu trên, các kết quả này khó có thể tin cậy được nếu chỉ dựa vào số liệu trường sóng tại các trạm. Các kết quả phân vùng dưới đây tiến hành theo các số liệu trường sóng tại các điểm tính dọc bờ biển nước ta với bước lưới 1/4 độ kinh vĩ. Đối với trường sóng cũng tính đến tính đại diện của từng điểm tính có nghĩa là chỉ lấy các kết quả tính tại các điểm có độ sâu khoảng 20m trở ra vì đối với các điểm quá sát bờ hoặc các điểm chịu ảnh hưởng mạnh của địa hình đường bờ, các kết quả tính toán hoàn toàn mang tính chất địa phương, không đại diện cho toàn vùng. Có thể đưa ra một loạt các điểm tính hoàn toàn mang tính địa phương chỉ đúng với vị trí điểm đó tại các khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ và vịnh Thái Lan. Các điểm này đã được loại ra khi tiến hành phân vùng. Khi phân vùng, ngoài đặc tính chung của toàn vùng, cũng tính toán đến mức độ khác biệt của bản thân từng vùng. Đối với các vùng có sự thay đổi các yếu tố sóng khá mạnh đã chia thành các vùng phụ có cùng một quy luật thay đổi các yếu tố sóng. Theo hai nguyên tắc như đã nêu đã tiến hành phân vùng các yếu tố sóng biển dựa vào các yếu tố như sau: ƒ Tính đồng nhất của độ cao sóng hữu hiệu cực đại năm tại các trạm. ƒ Hướng thịnh hành của trường sóng quyết định đến nguồn gốc của sóng trong các hình thế thời tiết. Đã thống kê theo hai hướng: hướng bắc đến đông đông bắc đại diện cho sóng trong hình thế gió mùa đông bắc và hướng đông nam đến hướng tây nam đại diện cho sóng trong hình thế gió mùa tây nam. Riêng đối với khu vực ven bờ vịnh Thái Lan, do chỉ có sóng thịnh hành trong gió mùa tây
  64. 172 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Hình IV.2. Các điểm tính sóng và từ kết quả tính thống kê chế độ sóng khu vực ven bờ biển Việt Nam.
  65. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 173 nam nên đã lấy theo hai hướng sóng nguy hiểm là hướng tây bắc đến hướng bắc và hướng tây đến hướng tây nam. Đối với sóng trong bão, đã đưa ra kết quả độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 20 năm một lần cho từng vùng. Ngoài ra cũng dựa vào các kết quả tính toán phân bố hai chiều giữa độ cao và chu kỳ sóng. - Kết quả phân vùng các yếu tố sóng biển [1] Kết quả đã phân ra 6 vùng dọc theo dải ven bờ biển nước ta đó là các vùng sau đây: ƒ Vùng 1 từ khu vực ven bờ Móng Cái - Quảng Ninh đến khu vực ven bờ Cửa Vạn, Diễn Châu - Nghệ An. Các yếu tố sóng biển được lấy tại các trạm đại diện sau: 2, 7, 9, 18, 19, 24, 27 và trạm 29 (xem hình IV.2). Với hai vùng phụ: - Vùng phụ 1.1 từ Móng Cái đến Cửa Hới Thanh Hoá . - Vùng phụ 1.2 từ Cửa Hới đến Cửa Vạn. ƒ Vùng 2 từ Cửa Vạn - Thanh Hoá đến vịnh Dung Quất - Quảng Ngãi. Các yếu tố sóng biển đặc trưng cho vùng này là số liệu tại các trạm: 32, 37, 42, 44, 46, 47, 49, 51, 53, 55, 58 và 59. Tại vùng này cũng đưa ra hai vùng phụ: - Vùng phụ 2.1 từ Cửa Vạn Thanh Hoá đến Cửa Tùng - Quảng Trị. - Vùng phụ 2.2 từ Cửa Tùng - Quảng Trị đến Dung Quất - Quảng Ngãi. ƒ Vùng 3 từ vịnh Dung Quất - Quảng Ngãi đến vịnh Phan Rang - Ninh Thuận. Trường sóng tại các trạm 61, 63, 65, 66, 67, 68, 69, 71, 72, 73, 74 và 75 được đại diện cho vùng này. ƒ Vùng 4 từ vịnh Phan Rang - Ninh Thuận đến đông mũi Cà Mau bao gồm các trạm sau: 77, 79, 81, 83, 85, 86, 87, 88, 89, 91, 92 với hai vùng phụ: - Vùng phụ 4.1 từ vịnh Phan Rang đến cửa Định An. - Vùng phụ 4.2 từ nam cửa Định An đến đông mũi Cà Mau. ƒ Vùng 5 là vùng ven bờ vịnh Thái Lan gồm các trạm: số 2, 4, 7, 9, 11, 13, 15, 17 và 19 trong đó có hai vùng phụ: - Vùng phụ 5.1 gồm khu vực từ Hà Tiên đến Rạch Giá - Vùng phụ 5.2 gồm khu vực ven bờ phía tây Phú Quốc và khu vực từ rạch Cá Ngát đến Vũng Cà Mâu. - Các đặc điểm đường bờ và trường sóng tại các vùng • Vùng 1: Đặc điểm đường bờ của vùng 1 là có định hướng theo hướng đông bắc tây nam. Trường sóng trong gió mùa đông bắc ở đây thịnh hành và chiếm tần
  66. 174 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác suất rất lớn nhưng không mạnh do ảnh hưởng che chắn của bờ biển phía bắc (ven bờ tỉnh Quảng Đông, Trung Quốc). Sóng cực đại năm theo hướng đông bắc đạt khoảng 2,5-3m trong khi đó theo hướng nam, đông nam khoảng 3-3.5m. Sóng trong gió mùa đông bắc chiếm 45%, trong gió mùa tây nam (với hướng thịnh hành là hướng nam, đông nam) chiếm 29% còn lại 26% tổng số trường hợp là lặng sóng. Các hướng sóng nguy hiểm là các hướng NE, ENE và SE, SSE. Trường sóng trung bình thịnh hành trong các hình thế gió mùa ứng với độ cao 1- 1.5m và chu kỳ sóng 5-7s. Trường sóng bão tại vùng 1 không lớn do bão thường bị yếu khi đi qua khu vực đảo Hải nam và bị đà sóng hạn chế. Sóng với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần khoảng 5,5 đến 6.5m với chu kỳ trung bình là 10s. Sóng trong bão tại vùng này thường hay gặp vào tháng 7, tháng 8. - Có sự khác biệt rõ ràng về đặc điểm trường sóng tại hai vùng phụ 1.1 và 1.2. Tại vùng phụ 1.1 trường sóng hướng đông bắc yếu hơn nhiều so với vùng phụ 1.2. Trong khi đó tại vùng này sóng hướng nam lại rất mạnh thường đạt tới 3-3.5m. Tại vùng phụ 1.2 do đặc điểm định hướng đường bờ quay gần theo hướng bắc nam nên sóng hướng đông bắc tăng đáng kể (đạt tới 3.5-4m) trong khi đó sóng thịnh hành vào mùa hè lại giảm và có hướng SE thay vì hướng S như ở vùng 1.1. • Vùng 2: vùng này bắt đầu từ khu vực đảo Hòn Ngư và kết thúc tại vịnh Dung Quất với định hướng cơ bản cửa đường bờ theo hướng tây bắc đông nam là hướng vuông góc với hướng năng lượng chính trên toàn dải ven bờ, hướng gió đông bắc. Độ cao sóng cực đại năm trung bình trong gió mùa đông bắc tại vùng 2 là 5-5.5m và trong gió mùa tây nam là 3.5-4m. Các hướng sóng nguy hiểm chính là N, NE,E trong mùa đông và SE trong mùa hè. Tần suất các hướng sóng nêu trên trong gió mùa đông bắc là 47%, trong gió mùa tây nam là 20% và lặng sóng là 33% trong đó một phần thời gian trong gió mùa tây nam cũng tạo ra lặng sóng vì mùa này gió thường thổi từ bờ ra. Phân bố hai chiều giữa độ cao và chu kỳ sóng trong các hình thế gió mùa nằm trong khoảng 1.5-2m ứng với chu kỳ sóng 5-7s. Vùng này cũng là vùng chịu ảnh hưởng mạnh nhất của sóng bão với tần suất trung bình chế độ khoảng 1 cơn bão trong 1 năm và thời gian thường hay xảy ra nhất là vào tháng 9 cho khu vực vùng phụ số 1 và tháng 10 cho khu vực vùng phụ số 2. Sóng cực đại với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần là 6.5m -7.5m với chu kỳ 11s - 13s. Khác biệt lớn nhất giữa hai vùng phụ 2.1 và 2.2 của vùng này là sự thay đổi tần suất của các hướng gió thịnh hành trong mùa gió đông bắc. Nếu như ở vùng phụ 2.1 hướng gió thịnh hành trong mùa gió đông bắc là hướng NNE, NE thì
  67. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 175 xuống đến vùng phụ 2.2 hướng gió thịnh hành chuyển dần thành hướng N, NNE và thậm chí tần suất của sóng hướng NNW cũng trở nên đáng kể. Cả độ cao sóng cực đại trong gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam đều tăng khi chuyển từ vùng phụ 2.1 sang 2.2. Nếu chi tiết hơn có thể phân vùng phụ 2.2 thành 2 vùng nhỏ trong đó lưu ý đến vùng từ bán đảo Sơn Trà xuống phía nam với độ cao sóng trong gió mùa đông bắc tăng đáng kể vì đã thoát khỏi vùng ảnh hưởng của đảo Hải Nam. • Vùng 3: Có định hướng đường bờ theo hướng bắc nam, nhìn thẳng ra Biển Đông không bị giới hạn đường bờ theo các hướng NE, E, SE và địa hình đáy khá dốc. Đây là vùng có động lực sóng khốc liệt nhất so với các vùng ven bờ khác. Sóng cực đại năm trong mùa gió đông bắc là khoảng 6-7m và trong mùa gió tây nam là 5-6m. Các hướng sóng nguy hiểm trong vùng này là hướng N, NE và S, SE. Tần suất của các sóng trong gió mùa đông bắc là 40%, gió mùa tây nam là 23%, còn lại tần suất lặng sóng chiếm 37% tổng số trường hợp. Phân bố hai chiều giữa độ cao và chu kỳ sóng trung bình của vùng này khoảng 2-3m với chu kỳ 5-7s. Tần suất bão tại vùng này khoảng 05 cơn bão trong một năm, tuy không nhiều bằng vùng số 2 nhưng độ cao sóng trong bão lớn hơn nhiều do không bị ảnh hưởng của khu vực vịnh Bắc Bộ (với độ sâu 50-60m của vịnh Bắc Bộ, sóng bão có chu kỳ >10s đã bị tác động của các hiệu ứng khu vực biển ven bờ như hiệu ứng biến dạng, khúc xạ). Sóng trong bão thường xuất hiện vào tháng 10 và tháng 11. Độ cao sóng hữu hiệu và chu kỳ sóng với chu kỳ lặp 20 năm một lần khoảng 8 - 9m và chu kỳ 12-14s. • Vùng 4: Định hướng đường bờ của vùng này gần như tương tự như đối với vùng 1 đó là theo hướng đông bắc tây nam do vậy động lực sóng trong các hình thế gió mùa giảm đáng kể so với vùng số 3 nhưng so với vùng số 1 thì lớn hơn vì vùng này là vùng ven bờ biển khơi không bị giới hạn đà sóng. Độ cao sóng trung bình trong mùa gió đông bắc là 4-4.5m và trong mùa gió tây nam là 3.5-4m. Các hướng sóng nguy hiểm là hướng NNE-ESE vào mùa đông và SE-SSW vào mùa hè. Sóng trong gió mùa đông bắc chiếm 42%, tây nam chiếm 15% và 43% số trường hợp còn lại là lặng sóng. Phân bố hai chiều giữa độ cao và chu kỳ sóng trung bình của vùng này khoảng 1.5-2m với chu kỳ 5-7s. Tần suất sóng bão trung bình tại vùng 4 rất nhỏ, trung bình trong năm năm mới có một đợt sóng bão và thường hay xảy ra nhất vào tháng 11, tháng 12. Độ cao sóng hữu hiệu và chu kỳ sóng với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần là khoảng 5.5-6m và chu kỳ là 11s. Sự khác biệt giữa hai vùng phụ 4.1 và 4.2 là ở xu thế biến đổi của độ cao sóng. Ở vùng phụ đầu độ cao sóng giảm dần từ phía bắc xuống phía nam do ảnh hưởng của khu
  68. 176 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác vực ven bờ các cửa sông Cửu Long, nhưng tại khu vực vùng phụ 4.2 - Gành Hào đến đông mũi Cà Mau độ cao sóng tăng đáng kể. Hướng sóng thịnh hành tại vùng phụ 4.2 cũng chuyển thành ENE-ESE thay vì cho hướng NNE-NE như tại vùng phụ 4.1. • Vùng 5: Đặc điểm trường sóng của vùng ven bờ vịnh Thái Lan khác hẳn so với các vùng ven bờ Biển Đông và vịnh Bắc Bộ ở hai điểm sau: - Tại vùng này không chịu ảnh hưởng của trường sóng trong gió mùa đông bắc. Gió mùa tây nam và bão là hai nguồn động lực sóng duy nhất tác động đến vùng ven bờ vịnh Thái Lan. - Đây là một vùng động lực sóng yếu do đặc điểm địa hình đáy biển rất nông. Độ dốc trung bình cho toàn vùng (trừ khu vực ven bờ phía tây Phú Quốc) chỉ khoảng 0.00007. Độ cao sóng hữu hiệu cực đại năm khoảng 2.5-3m với hai hướng sóng nguy hiểm là hướng SW và NW. Hai tháng có sóng mạnh nhất là tháng 7 và tháng 8. Tần suất các sóng trong khoảng hướng S-W chiếm 39% và theo các hướng WNW-N chiếm 19% còn lại 42% tổng số trường hợp là lặng sóng. Phân bố hai chiều trung bình năm giữa độ cao và chu kỳ sóng là 0.5-0.75m và 3-5s. Tần suất sóng bão tại khu vực này rất hiếm và độ cao sóng trong bão cũng không lớn. Trong vòng 40 năm thống kê chỉ có 7 cơn bão đi qua và gây sóng trực tiếp tại khu vực vịnh Thái Lan. Sóng trong bão tại vùng ven bờ vịnh Thái Lan chỉ có thể có vào tháng 11- 12. Độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần tại vùng 5 là 4.5m và chu kỳ sóng 10s. Vùng 5 bao gồm hai vùng phụ. Vùng phụ 5.1 là khu vực ven bờ từ Hà Tiên đến Rạch Giá với đặc điểm được đảo Phú Quốc và các đảo lân cận che chắn khá tốt theo cả hai hướng sóng nguy hiểm là hướng SW và NW. Vùng phụ 5.2 là khu vực còn lại có đặc điểm đường bờ theo hướng bắc nam và đón sóng trực tiếp theo các hướng thịnh hành trong gió mùa tây nam truyền vào. Càng xuống phía nam trường sóng theo hướng NW càng mạnh do thoát khỏi ảnh hưởng của đảo Phú Quốc. Bảng IV.7 đưa ra kết quả tổng kết phân vùng trường sóng biển dải ven bờ Việt Nam.
  69. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 177
  70. 178 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
  71. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 179 IV.2. NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG SÓNG Ở VIỆT NAM IV.2.1. Nghiên cứu, khai thác năng lượng sóng ở Việt Nam Trong nội dung của chương I đã tổng quan các kết quả nghiên cứu và áp dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam, tại chương này sẽ tập trung cụ thể vào các kết quả nghiên cứu và khai thác năng lượng sóng. Do đặc điểm phức tạp về chế tạo các thiết bị tạo và biến đổi năng lượng biển thành các nguồn năng lượng khác nói chung và điện năng nói riêng nên việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo trên biển vào thực tế ở Việt Nam vẫn còn đang ở giai đoạn nghiên cứu đánh giá tiềm năng. Năm 2000, Cục Hàng hải đã đặt mua bộ máy phát điện bằng năng lượng sóng (Model TGW-3A - wave activated generator) với giá 2.917 USD của Nhật Bản và lắp đặt thiết bị này để chạy đèn tín hiệu báo luồng ra vào cảng tại phao số “0” tại cảng Cửa Lò. Cho đến nay, thiết bị này đang hoạt động tốt, đạt hiệu quả rất cao trong các điều kiện thời tiết nguy hiểm. Nguyên nhân chính gây hạn chế việc sử dụng các nguồn năng lượng biển nói chung và năng lượng sóng biển nói riêng so với các nguồn năng lượng tái tạo truyền thống khác như năng lượng mặt trời, năng lượng gió là việc chế tạo các thiết bị phức tạp hơn, do vậy giá thành các máy phát điện cao hơn nhiều lần (giá bộ máy phát điện bằng năng lượng sóng nêu trên cao hơn 5 lần so với giá giàn pin mặt trời trang bị cho các phao tiêu). Tuy nhiên, từ thực tế sử dụng cho thấy trong các điều kiện thời tiết gió mùa đông bắc, có sương mù các giàn pin mặt trời thường làm việc kém hiệu quả. Trong khi đó, các động cơ phát điện bằng năng lượng sóng lại có thể làm việc suốt ngày đêm trong mọi điều kiện về thời tiết. - Một trong các kết quả nghiên cứu khoa học về sử dụng năng lượng sóng ở nước ta là đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu sử dụng năng lượng sóng biển làm nguồn chiếu sáng phao tín hiệu hoạt động ngoài khơi biển Việt Nam” [5]. Đề tài được thực hiện trong năm 2000, 2001 do Bộ Giao thông Vận tải là cơ quan chủ quản và Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải làm cơ quan chủ trì với sự hợp tác của Khoa Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội và Cục Hàng hải Việt Nam. Kết quả của đề tài là đã chứng minh được khả năng sử dụng năng lượng sóng để tạo ra nguồn điện thắp sáng đèn trên phao tín hiệu và chế tạo thử nghiệm được một mô hình hệ thống thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển. Đề tài đã được Hội đồng cấp Bộ nghiệm thu loại xuất sắc và được đề nghị cho tiến hành dự án sản xuất thử nghiệm phao tín hiệu thắp sáng bằng năng lượng sóng.
  72. 180 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác - Đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Đánh giá tiềm năng năng lượng biển Việt Nam” do PGS. TS. Đỗ Ngọc Quỳnh, Viện Cơ học chủ trì đã được tiến hành trong các năm 2002-2003 [6]. Kết quả chính của đề tài là đã đưa ra được bức tranh tổng hợp của tiềm năng năng lượng thủy triều, sóng và dòng chảy ở vùng biển Việt Nam. Kết quả nghiên cứu tính toán năng lượng sóng cho dải ven biển Việt Nam của đề tài được báo cáo tại hội nghị khoa học toàn quốc “Năng lượng biển Việt Nam – Tiềm năng, công nghệ và chính sách” [3] với các nội dung chính như sau: Dòng năng lượng sóng được tính theo phổ sóng của Davidan. Đã xây dựng chương trình tính dòng năng lượng sóng theo các công thức tính năng lượng sóng nêu tại chương 1. Số liệu đưa vào là các kết quả tính toán chế độ trường sóng ven bờ phục vụ xây dựng công trình biển của đề tài cấp Nhà nước KHCN-06-10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ xây dựng công trình biển ven bờ” [1] bao gồm phân bố độ cao và chu kỳ sóng. Đã tính toán theo phương pháp thống kê chế độ với tất cả các tổ hợp độ cao và chu kỳ sóng lớn hơn 0.5m và 5 giây. Sau đó tính tổng dòng năng lượng sóng cho các tổ hợp nêu trên với tần suất xuất hiện của từng tổ hợp. Kết quả đã tính toán năng lượng sóng cho 83 điểm dọc bờ biển Việt Nam. Các kết quả tính toán là dòng năng lượng sóng kW/m cho từng tháng và trung bình năm tại các điểm tính cho mỗi mét chiều dài bờ biển vuông góc với đường bờ. Trên bảng IV.8 đưa ra kết quả tính dòng năng lượng sóng cho một số điểm đặc trưng trên dải ven biển Việt Nam. Bảng IV.8. Kết quả tính dòng năng lượng sóng (kW/m) tại một số trạm dải ven biển Việt Nam Cả Độ sâu - H Tháng năm Tọa độ: Φ ; λ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII H= 25m Φ=21015 E 10,6 9,8 13,4 12,4 17,2 27,1 33,5 16,8 10,2 10,0 9,6 8,0 14,9 λ =108015 N H= 30m Φ=21015 E 16,8 15,5 18,4 16,0 21,1 32,4 42,0 19,7 13,8 15,4 15,3 12,6 19,9 λ =108000 N H= 46m Φ=21015 E 23,2 20,1 22,6 18,0 22,0 33,0 42,7 20,4 18,0 22,9 22,8 18,5 23,7 λ =108015 N H= 25m Φ=20045 E 8,5 7,8 13,0 14,1 19,4 28,5 36,3 18,1 11,7 10,9 9,9 7,4 15,5 λ =108015 N
  73. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 181 H= 25m Φ=21015 E 11,6 10,3 14,4 13,9 18,4 27,1 34,1 17,2 11,3 12,1 11,1 9,1 15,9 λ =108040 N H= 24m Φ=20032 E 7,6 7,2 11,9 12,7 17,6 26,5 33,5 16,9 10,2 9,0 7,9 6,1 13,9 λ =107000 N H= 30m Φ=20015 E 19,6 17,3 20,3 16,8 20,8 28,5 36,8 18,8 14,8 18,4 18,6 15,3 20,5 λ =107000 N H= 29m Φ=20015 E 15,3 13,8 17,2 15,5 19,9 28,1 35,4 18,1 13,6 15,4 15,1 12,1 18,3 λ =106045 N H= 30m Φ=20000 E 22,9 20,2 22,3 17,9 21,3 28,6 35,2 18,4 16,7 21,5 22,5 18,1 22,1 λ =106047 N H= 26m Φ=20000 E 20,9 18,1 19,7 15,9 18,6 24,8 30,2 16,2 14,8 19,1 20,9 17,0 19,7 λ =106030 N Các kết quả tính toán cho thấy tiềm năng năng lượng sóng dọc dải ven bờ nước ta tương đối phong phú và phụ thuộc trực tiếp vào hai mùa gió đông bắc và tây nam. Ở các vùng thoáng, có đà sóng lớn theo các hướng đông bắc, tây nam và nam đều nhận được dòng năng lượng sóng khá lớn. Dựa theo các kết quả tính toán đã tiến hành phân vùng tiềm năng năng lượng sóng dọc dải ven biển Việt Nam, theo đó được phân thành 6 vùng với các đặc trưng tiềm năng năng lượng sóng như sau (xem hình IV.3): • Vùng 1: Bắc vịnh Bắc Bộ từ Móng Cái đến Thanh Hóa: Tại vùng này, do đặc điểm rất thoáng đối với sóng từ phía nam – là trường sóng chiếm ưu thế trong gió mùa tây nam tại khu vực vịnh Bắc Bộ nên năng lượng sóng chiếm ưu thế vào các tháng 6 – 7 – 8 với giá trị từ 16 kW/m trở lên vào thời gian này. Vào mùa gió đông bắc, trường sóng tại khu vực này bị giới hạn bởi đà sóng ngắn nên năng lượng sóng không lớn. Tại các trạm phía nam của vùng này (từ trạm 7 đến 11) năng lượng sóng khá đều, quanh năm đạt từ 15kW/m trở lên. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 15kW/m. • Vùng 2: Từ Thanh Hóa đến Quảng Bình là vùng phía nam vịnh Bắc Bộ với đặc điểm là dòng năng lượng sóng trong gió mùa đông bắc chiếm ưu thế. Tại vùng này, từ tháng 10 năm trước đến tháng 2 năm sau, dòng năng lượng sóng đạt giá trị 30 kW/m trở lên. Trong mùa gió mùa tây nam, vào các tháng mùa hè, năng lượng sóng tại khu vực này nhỏ hơn 20kW/m. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của khu vực này đạt khoảng 25 kW/m.
  74. 182 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác • Vùng 3: Quảng Bình đến Quảng Nam là khu vực bắc miền Trung. Đây là khu vực có dòng năng lượng sóng khá nhỏ quanh năm vì mùa gió mùa đông bắc trường sóng bị đảo Hải Nam che chắn trong khi đó trong mùa gió tây nam thì gió thường thổi từ trong bờ ra. Tuy nhiên vào mùa đông, dòng năng lượng sóng tại vùng này cũng khá mạnh. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 10 kW/m. • Vùng 4: Từ Quảng Ngãi đến Ninh Thuận – khu vực nam Trung Bộ. Đây là vùng có dòng năng lượng sóng mạnh nhất trên toàn dải ven bờ Việt Nam vì là vùng tiếp xúc trực tiếp với biển thoáng và có đà sóng gần như không bị giới hạn trong cả hai mùa gió thịnh hành. Trong gió mùa đông bắc, năng lượng sóng tại vùng này đạt khoảng 30 kW/m trở lên. Đặc biệt tại các vùng ven bờ Phú Yên, Ninh Thuận, dòng năng lượng sóng có thể đạt xấp xỉ 100 kW/m. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 30 kW/m. • Vùng 5: Từ Bình Thuận đến mũi Cà Mau – khu vực đồng bằng Nam Bộ. Dòng năng lượng sóng tại vùng này không lớn vì ở đây tác động của trường sóng trong gió mùa đông bắc đã bị yếu đi. Dòng năng lượng sóng trung bình năm của vùng này đạt khoảng 18 kW/m. • Vùng 6: Ven bờ phía tây từ Cà Mau đến Kiên Giang - khu vực biển phía tây nam. Đây là vùng có dòng năng lượng sóng yếu nhất trên toàn dải ven biển Việt Nam. Có những trạm quanh năm độ cao sóng nhỏ hơn 0.5m và chu kỳ sóng nhỏ hơn 5 giây do vậy không tính năng lượng sóng. Dòng năng lượng sóng lớn nhất tại các khu vực phía tây đảo Phú Quốc với khoảng 15 kW/m và xảy ra vào thời gian tháng 8 – thời gian hoạt động mạnh của gió mùa tây nam. Dòng năng lượng sóng trung bình của vùng này khoảng 5 – 6 kW/m. - Trong “Sổ tay tra cứu các đặc trưng khí tượng thủy văn vùng thềm lục địa Việt Nam” [14], Nguyễn Doãn Toàn và các cộng tác viên đã tính toán mật độ năng lượng sóng (theo công thức 51 chương II) theo số liệu các tham số sóng thống kê chế độ tại các trạm khí tượng hải văn ven biển Việt Nam. Các kết quả tính toán được đưa ra tại các bảng IV.9.1 - IV.9.14.
  75. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 183 Hình IV.3. Sơ đồ các điểm tính dòng năng lượng sóng và phân vùng tiềm năng năng lượng sóng dải ven biển Việt Nam [7]
  76. 184 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Bảng IV.9-1. Phân bố mật độ năng lượng sóng E (kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Trạm: Cô Tô Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.13 0.14 0.5 0.09 1.18 0.15 0.54 0.49 0.60 0.22 45 0.50 24.09 0.39 11.17 0.42 2.29 0.53 10.95 0.48 11.96 90 0.43 45.42 0.36 33.37 0.48 13.64 0.47 31.06 0.43 30.17 135 0.50 0.50 0.26 3.53 0.37 12.24 0.43 7.01 0.37 5.96 180 0.28 0.30 0.32 4.46 0.54 27.48 0.39 7.27 0.49 10.23 225 0.34 0.08 0.28 1.94 0.58 7.61 0.47 2.57 0.52 3.14 270 0.14 0.03 0.63 0.05 0.49 0.02 305 0.49 0.08 0.54 0.02 Σ 0.45 70.54 0.35 54.56 0.50 63.45 0.46 60.13 0.45 62.25 Bảng IV.9-2. Phân bố mật độ năng lượng sóng E (kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Hòn Gai Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.10 8.01 0.12 2.67 0.11 1.08 0.10 11.23 0.10 5.69 45 0.09 2.15 0.08 0.45 0.35 0.24 0.08 1.46 0.10 1.06 90 0.11 0.45 0.10 0.48 0.12 0.21 135 0.09 1.79 0.10 4.79 0.11 9.46 0.06 0.49 0.10 4.15 180 0.09 3.11 0.10 2.56 0.09 8.38 0.06 0.36 0.09 3.59 225 0.06 0.12 0.11 0.11 0.17 3.00 0.06 0.24 0.16 0.85 270 0.10 0.97 0.10 0.24 305 0.06 0.11 0.09 0.72 0.08 0.97 0.08 0.44 Σ 0.10 15.20 0.10 11.14 0.11 23.35 0.09 15.77 0.10 16.26
  77. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 185 Bảng IV.9-3. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Hòn Dấu Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.28 11.39 0.26 4.22 0.28 1.80 0.35 8.84 0.30 6.67 45 0.29 13.53 0.27 7.05 0.33 2.25 0.41 8.00 0.32 7.67 90 0.38 33.90 0.33 34.73 0.43 10.59 0.42 18.53 0.38 24.35 135 0.25 21.2 0.34 31.62 0.39 27.11 0.35 21.75 0.34 25.44 180 0.32 2.08 0.51 5.07 0.60 31.69 0.42 12.00 0.54 12.85 225 0.33 0.27 0.74 0.32 0.64 9.21 0.50 4.73 0.60 3.68 270 0.08 0.09 0.06 0.03 0.21 0.88 0.28 0.67 0.24 0.40 305 0.18 0.70 0.20 0.20 0.33 0.93 0.23 1.94 0.23 0.88 Σ 0.314 83.73 0.337 83.26 0.495 84.47 0.390 76.45 0.388 81.95 Bảng IV.9-4. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Bạch Long Vĩ Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.44 3.79 0.35 7.44 0.52 2.17 1.66 8.96 0.77 4.77 45 0.88 67.45 0.72 35.93 0.53 3.63 0.99 52.94 0.88 40.17 90 0.33 18.77 0.19 8.22 0.65 2.77 0.44 19.26 0.38 11.8 135 0.30 2.93 0.26 14.95 1.07 10.77 0.32 7.05 0.44 8.59 180 0.50 1.97 0.75 25.10 0.53 65.87 0.23 6.10 0.65 22.35 225 0.11 0.25 0.27 0.71 0.45 11.44 0.31 0.37 0.46 3.29 270 0.28 0.05 0.17 0.14 0.41 3.04 0.21 0.32 0.31 1.11 305 0.25 0.15 0.35 0.14 0.24 2.71 0.50 0.85 0.34 1.26 Σ 0.275 95.4 0.576 91.64 0.620 94.11 0.832 96.13 0.868 93.38
  78. 186 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Bảng IV.9-5. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Văn Lý Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 45 0.24 18.61 0.35 6.52 0.22 1.66 0.41 18.43 0.32 11.55 90 0.41 55.85 0.33 35.75 0.65 11.92 0.38 48.56 0.40 38.58 135 0.29 11.51 0.32 26.00 0.51 25.81 0.34 18.07 0.38 20.18 180 0.62 3.51 0.41 15.83 0.43 48.19 0.37 8.72 0.41 18.49 225 0.77 3.91 0.53 0.45 0.75 1.04 270 305 Σ 0.37 98.48 0.43 84.08 0.49 91.50 0.38 94.25 0.39 89.84 Bảng IV.9-6. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Hòn Ngư Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.72 12.76 0.14 14.12 0.28 3.07 0.76 17.96 0.63 11.1 45 0.44 45.47 0.42 27.44 0.49 6.40 1.15 35.21 0.70 27.9 90 0.49 16.57 0.29 16.12 0.26 6.00 0.50 17.21 0.33 13.99 135 0.24 5.58 0.26 26.49 0.25 32.16 0.24 8.35 0.24 18.63 180 0.32 0.54 0.29 2.84 0.21 5.24 0.28 1.22 0.23 2.27 225 0.33 0.32 0.19 1.17 0.19 19.04 0.68 0.61 0.19 5.05 270 0.28 0.21 0.15 0.67 0.16 4.23 0.13 0.50 0.18 1.48 305 0.40 3.32 0.23 1.90 0.23 1.71 0.42 6.36 0.33 3.64 Σ 0.47 84.77 0.32 82.86 0.25 78.22 0.78 87.57 1.57 84.21
  79. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 187 Bảng IV.9-7. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Cửa Tùng Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.63 0.015 45 1.54 2.34 0.43 3.27 0.23 1.25 0.87 5.74 1.13 9.86 90 0.86 76.44 0.42 41.32 0.23 17.20 0.78 71.27 0.64 52.93 135 0.54 21.22 0.23 55.10 1.26 64.70 0.57 22.80 0.26 33.64 180 0.14 3.38 0.09 8.96 1.89 0.18 0.13 1.55 225 0.08 5.13 0.10 0.31 270 0.08 1.97 0.09 0.46 305 0.14 0.18 0.06 0.074 Σ 0.81 100 0.31 100 0.87 100 0.74 100 0.56 98.83 Bảng IV.9-8. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Sơn Trà Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.19 22.2 0.20 15.60 0.10 6.90 0.15 14.70 0.18 14.80 45 0.84 6.30 0.13 2.80 0.09 0.80 0.21 7.70 0.16 4.40 90 0.13 4.80 0.06 0.40 0.09 0.50 0.08 2.20 0.13 2.00 135 0.09 15.20 0.09 32.8 0.09 13.40 0.10 6.90 0.10 16.94 180 0.10 0.50 0.09 0.60 0.09 1.60 0.09 0.68 225 0.09 0.30 0.09 0.10 0.09 7.40 0.09 2.20 0.09 2.51 270 0.13 4.80 0.09 0.10 0.20 5.00 0.15 7.50 0.16 4.40 305 0.33 7.00 0.30 2.60 0.38 0.38 0.63 14.9 0.50 7.10 Σ 0.24 61.16 0.13 55.00 0.13 39.38 0.28 55.91 0.19 52.84
  80. 188 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Bảng IV.9-9. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Ngoài khơi Quy Nhơn – Nha Trang Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 4.08 21.32 2.07 8.24 1.32 2.01 1.71 9.05 3.01 11.50 45 0.00 66.40 1.70 55.31 0.90 4.03 1.14 24.63 2.82 41.56 90 1.95 9.33 0.91 2.16 0.45 4.47 2.00 5.43 1.34 10.50 135 0.68 5.68 0.90 5.14 1.09 2.90 0.86 3.05 180 0.60 0.40 1.09 6.77 0.98 21.47 1.14 9.05 1.03 8.10 225 3.25 0.40 1.31 0.55 1.73 48.32 1.49 31.16 2.33 17.17 270 0.41 0.40 0.83 0.36 1.77 12.75 1.81 13.04 1.73 5.84 305 1.94 1.73 1.82 0.91 0.85 1.79 1.49 4.71 1.51 2.26 Σ 2.97 100 1.27 100 1.42 100 1.45 100 2.30 000 Bảng IV.9-10. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Phú Quý Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 1.06 1.33 0.15 0.12 0.88 1.82 0.96 0.79 45 1.87 92.93 1.43 49.49 0.38 3.38 0.89 16.87 2.22 31.43 90 0.38 0.53 0.28 14.80 0.15 2.17 0.16 1.33 0.26 5.00 135 1.49 0.53 0.15 3.95 0.09 1.93 0.19 0.48 0.24 1.77 180 0.45 0.40 0.11 3.50 0.16 2.29 0.13 0.48 0.15 1.75 225 0.11 0.40 0.42 5.76 1.22 24.99 1.49 18.91 1.23 12.68 270 0.35 1.47 0.10 0.68 1.66 49.65 1.89 42.35 1.74 23.67 305 0.50 0.11 0.67 0.72 0.48 2.18 0.53 0.76 Σ 1.81 97.6 1.00 78.31 1.36 85.27 1.49 84.47 1.51 85.99
  81. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 189 Bảng IV.9-11. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Vũng Tàu Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.09 0.04 0.09 0.20 0.09 1.10 0.09 0.43 45 0.11 55.90 0.13 23.60 0.09 0.09 0.09 21.7 0.11 25.53 90 0.13 12.9 0.17 19.8 0.09 0.20 0.09 1.90 0.15 8.62 135 0.17 10.80 0.15 21.30 0.09 0.20 0.09 1.90 0.15 8.45 180 0.09 0.40 0.15 8.00 0.12 8.20 0.09 3.40 0.13 4.98 225 0.09 14.40 0.26 61.7 0.18 18.9 0.19 23.85 270 0.09 0.70 0.17 17.8 0.13 13.5 0.15 8.07 305 0.32 3.20 0.10 4.10 0.20 1.84 Σ 0.12 80.0 0.14 88.2 0.23 92.5 0.12 66.70 0.15 81.79 Bảng IV.9-12. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Ngoài khơi Vũng Tàu – Côn Đảo Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 3.24 16.7 1.58 6.90 2.22 14.9 2.89 8.20 45 2.63 74.1 1.26 50.8 1.00 0.83 1.63 37.4 2.31 44.1 90 2.60 7.40 0.82 26.0 1.00 0.20 1.23 9.80 1.22 9.30 135 1.54 1.10 0.39 7.50 0.50 0.20 0.83 2.30 0.66 1.70 180 1.12 1.80 8.00 1.64 1.25 6.90 1.10 3.20 225 0.33 5.80 64.0 1.36 1.50 12.0 1.46 21.8 270 0.83 0.60 24.6 1.74 1.01 6.30 1.66 9.70 305 0.47 0.70 2.31 0.60 1.00 0.52 0.93 10.3 1.05 2.00 Σ 2.70 100 1.05 100 1.45 100 1.51 100 1.92 100
  82. 190 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác Bảng IV.9-13. Phân bố mật độ năng lượng sóng E (kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Côn Đảo Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.05 0.13 0.17 0.78 0.16 0.25 45 0.46 76.16 0.66 47.67 0.41 1.40 0.26 9.10 0.46 31.53 90 0.22 8.49 0.45 25.58 0.25 3.82 0.25 4.68 0.34 9.82 135 0.18 1.78 0.20 15.11 0.31 9.41 0.31 4.29 0.26 7.07 180 0.16 0.82 0.22 3.29 0.35 13.23 0.19 6.98 0.28 6.43 225 0.20 0.55 0.50 0.19 0.53 27.86 .41 24.84 0.47 14.82 270 0.16 0.41 0.00 0.00 0.48 31.17 0.49 31.91 0.49 18.07 305 0.19 1.51 0.00 0.00 0.70 1.02 0.41 3.12 0.41 1.54 Σ 0.42 89.71 0.51 91.47 0.45 88.04 0.39 87.51 0.42 89.00 Bảng IV.9-14. Phân bố mật độ năng lượng sóng E(kW/m2) tại các trạm khí tượng hải văn theo các hướng α(o) và tần suất P(%) Vùng: Phú Quốc Tháng trong năm Năm α0 XI – I II – IV V – VII VIII - X e p e p e p e p e p 0 0.16 0.81 0.60 1.08 1.22 0.46 0.39 0.93 45 0.22 15.86 0.09 0.48 0.13 0.27 0.10 1.23 0.31 6.23 90 0.10 2.96 0.13 3.17 0.00 0.00 0.08 0.31 0.13 2.19 135 0.12 2.42 0.09 2.86 0.00 0.00 0.08 0.15 0.10 1.46 180 0.12 4.17 0.15 6.83 0.18 2.69 0.44 1.08 0.16 3.97 225 0.15 6.85 0.15 25.56 0.56 15.99 0.39 9.06 0.39 14.31 270 0.11 7.39 0.22 21.43 0.70 56.72 0.45 31.64 0.56 31.3 305 0.10 0.94 0.85 1.75 0.74 6.85 0.79 5.38 0.64 4.41 Σ 0.14 41.41 0.42 62.06 0.66 83.60 0.47 49.31 0.45 64.81
  83. Chương IV. Năng lượng sóng khu vực Biển Đông và vùng biển Việt Nam 191 - Trong báo cáo “Khai thác năng lượng sóng trên thế giới và sơ bộ đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng này ở Việt Nam” [3] các tác giả đã đưa ra cơ sở lý thuyết của năng lượng sóng trong đó có toán đồ tính sóng dựa trên phổ mật độ của Davidan (xem hình IV.4) Hình IV.4. Toán đồ tính dòng năng lượng sóng [15] Dựa trên toán đồ nêu tại hình IV.4, đã tiến hành đánh giá dòng năng lượng sóng trung bình, cực đại cho các biển khu vực Thái Bình Dương [15], kết quả được nêu tại bảng IV.10. Nguồn năng lượng sóng chính tại vùng Biển Đông là năng lượng sóng trong các mùa gió mùa. Biển Đông nằm trong vùng ảnh hưởng của hai chế độ gió mùa đông bắc và tây nam. Trong các đợt gió mùa tốc độ gió rất lớn và đà sóng cũng như thời gian gió thổi cũng rất lớn do vậy trường sóng luôn đạt trạng thái phát triển hoàn toàn (FAS) và tạo ra năng lượng sóng rất lớn. - Các tác giả Harald E. Krogstad và những người khác [19] đã tiến hành tính toán năng lượng sóng theo các số liệu quan trắc từ vệ tinh cho các vùng biển và đại dương trên thế giới. Trong báo cáo “Năng lượng sóng ở Việt Nam” đăng
  84. 192 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác trong tuyển tập Hội thảo chuyên đề “Phát triển nguồn năng lượng thân thiện môi trường ở nước ta”, Hà Nội ngày 19 tháng 12 năm 2008 [4] đã đưa ra các kết quả tính toán năng lượng sóng nêu trên cho vùng Biển Đông. Kết quả được nêu tại hình IV.5 cho thấy tiềm năng năng lượng sóng khu vực Biển Đông thuộc loại trung bình trên thế giới và thuộc loại mạnh so với các nước trong khu vực. Bảng IV.10. Dòng năng lượng sóng kW/m trung bình (tử số) và cực đại (mẫu số) cho một số biển vùng Thái Bình Dương Tháng Biển Năm Tháng 12 – Tháng 3 – Tháng 6 – Tháng 9 – tháng 2 tháng 5 tháng 8 tháng 11 Biển Bering 58/415 43/355 26/411 54/465 45/465 Biển Ôkhốt 34/351 31/294 18/351 32/189 29/355 Biển Nhật Bản 49/355 40/355 17/189 37/355 36/365 Biển Đông Trung Hoa40/411 29/351 27/351 37/415 33/411 Biển Đông 56/351 40/411 43/451 67/415 52/455 - Thạc Sĩ Nguyễn Thị Kiều Duyên, trong luận văn thạc sĩ khoa học với tiêu đề “Tính toán tiềm năng năng lượng sóng vùng biển khơi và ven bờ Việt Nam” [2] đã tiến hành tính toán năng lượng sóng theo hai phương pháp: sử dụng số liệu gió của Sở Khí tượng Nhật để làm đầu vào cho mô hình SWAN và sử dụng số liệu sóng quan trắc trực tiếp từ vệ tinh. Phương pháp đầu có thế mạnh là hiện đã có bộ số liệu gió đủ dài để tính toán chế độ trường sóng trong khi đó nếu sử dụng số liệu sóng quan trắc trực tiếp từ vệ tinh thì chuỗi số liệu này chưa đủ dài về thời gian ngoài ra khoảng cách giữa các Obs số liệu cũng khá lớn do vậy có thể bỏ qua các nhiễu động trường sóng với chu kỳ cỡ ngày. Đã sử dụng số liệu gió quan trắc từ vệ tinh của Sở Khí tượng Nhật (JMA) để tính trường sóng. Lưới tính sóng cho toàn vùng Biển Đông với giới hạn từ -10N đến 230N theo vĩ tuyến và từ 990E đến 1190E theo kinh tuyến tương ứng với 97 bước lưới theo vĩ tuyến và 81 bước theo kinh tuyến. Phổ sóng được tính với bước là 0.1Hz gồm 40 tần số từ 0.0459 Hz tới 1.0 Hz (tương ứng với chu kỳ sóng từ 1 giây đến 22 giây). Hướng sóng được tính với bước là 50 gồm 72 hướng trong các hướng truyền từ 00 đến 3600. Các kết quả tính sóng được sử dụng làm đầu vào để tính năng lượng sóng và đồng thời cũng tính năng lượng sóng từ trường sóng quan trắc trực tiếp từ vệ