+ Hoặc là năng lƣợng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục.
Việc sử dụng khái niệm tái tạo theo cách nói thông thƣờng là dùng để chỉ đến
các chu kỳ tái tạo mà đối với con ngƣời là ngắn đi rất nhiều (ví dụ nhƣ khí sinh học so
với năng lƣợng hóa thạch). Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lƣợng liên tục cho
nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể
cung cấp năng lƣợng cho con ngƣời và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái
tăng trƣởng. Luồng gió thổi, dòng nƣớc chảy và nhiệt lƣợng của Mặt Trời đã đƣợc con
ngƣời sử dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nƣớc
nhìn theo phƣơng diện sử dụng kỹ thuật và theo phƣơng diện phí tổn sinh thái.
2. Các nguồn năng lƣợng tái tạo
Trong đời sống và tự nhiên tồn tại rất nhiều loại năng lƣợng tái tạo. Cùng với sự
tiến bộ và phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng có thêm những loại năng lƣợng
tái tạo mới đƣợc nghiên cứu và phát triển để thay thế cho các nguồn năng lƣợng có
sẵn nhƣng đã và đang dần bị cạn kiệt:
 Năng lƣợng mặt trời
 Năng lƣợng gió
 Năng lƣợng thủy triều
 Năng lƣợng sóng
 Năng lƣợng nguyên tử
 Năng lƣợng thủy điện
 Năng lƣợng sinh khối
 Năng lƣợng địa nhiệt….

3. Tầm quan trọng của năng lƣợng tái tạo – tầm quan trong toàn cầu

a) Các mô hình tính toán trên lý thuyết
Năng lƣợng tái tạo có tiềm năng thay thế các nguồn năng lƣợng hóa
thạch và năng lƣợng nguyên tử. Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất chuyển đổi là

thể sử dụng. Khoan dƣới đáy đại dƣơng có thể dẫn đến tai nạn thảm khốc, chẳng hạn
nhƣ các công ty BP tràn dầu năm 2010. Năng lƣợng tái tạo, ngƣợc lại, là dễ dàng để
tìm thấy nhƣ gió và ánh sáng mặt trời
d) Độ tin cậy, ổn định và an toàn

Giá hàng ngày của dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm ổn định chính trị
trong khu vực biến động lịch sử. Xung đột chính trị đã gây ra cuộc khủng hoảng năng
lƣợng, bao gồm cả những ngƣời đã xảy ra trong năm 1973 và 1979. Năng lƣợng tái
tạo có thể đƣợc sản xuất trong nƣớc và do đó không dễ bị biến động chính trị xa
xôi. Nhiều ngƣời trong số những mối quan tâm an toàn xung quanh nhiên liệu hóa
thạch, chẳng hạn nhƣ các vụ nổ trên giàn khoan dầu và các mỏ than bị sụp đổ, không
còn tồn tại với năng lƣợng tái tạo.
e) Ô nhiễm Hình 1.1 Sự ô nhiễm môi trường do khí thải của các ngành công nghiệp

Năng lƣợng tái tạo là xanh sạch hơn so với nhiên liệu hóa thạch. Khai thác than
và dầu mỏ thăm dò và tinh chế sản xuất chất thải độc hại rắn, chẳng hạn nhƣ thủy
ngân và các kim loại nặng khác. Việc đốt than để sản xuất điện sử dụng một lƣợng lớn
nƣớc, thƣờng thải thạch tín và chì vào nƣớc bề mặt và phát hành carbon dioxide,
sulfur dioxide, nitrogen oxides và thủy ngân vào không khí. Xăng dầu và các sản
phẩm dầu mỏ gây ô nhiễm tƣơng tự. Các chất ô nhiễm gây ra các bệnh về đƣờng hô
hấp và tử vong ở ngƣời, tạo ra mƣa axit làm tổn hại tới các tòa nhà và phá hủy các hệ
sinh thái mong manh, và làm suy yếu tầng ozone.
f) Khí hậu thay đổi


dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo có sẵn trong thiên nhiên.
2. Việc sử dụng năng lƣợng tái tạo hiện nay trên thế giới
Cơ quan Năng lƣợng Quốc tế (IEA) vừa cho biết năng lƣợng tái tạo đang ngày
càng phát triển nhanh trên toàn thế giới và trong tƣơng lai sẽ thay thế khí đốt tự nhiên
trở thành nguồn tạo ra điện nhiều thứ hai thế giới, sau than đá vào năm 2016.

Các quốc gia đang phát triển đang xây dựng thêm các nhà máy điện sử dụng
năng lƣợng gió, Mặt trời và thủy điện để đáp ứng nhu cầu về điện ngày một tăng cao
và giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng tại địa phƣơng.
Thêm vào đó, giá thành năng lƣợng tái tạo đang tụt xuống mức thấp hơn so với
chi phí sử dụng các nguồn nhiên liệu truyền thống nhƣ than, khí đốt tự nhiên và dầu
lửa tại một số thị trƣờng có giá trị điện cao.
Năng lƣợng tái tạo, trong đó có thủy điện, đang là lĩnh vực năng lƣợng phát
triển nhanh nhất và dự kiến sẽ tăng khoảng 40% trong năm năm tới.
Thủy điện hiện chiếm 80% năng lƣợng tái tạo trên toàn cầu, song việc xây dựng
các đập thủy điện có thể ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ sinh thái trên các dòng sông.
Các nguồn năng lƣợng khác nhƣ gió, năng lƣợng Mặt trời, địa nhiệt và nhiên
liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật cũng đƣợc dự kiến sẽ phát triển nhanh chóng,
song những nguồn này mới đóng góp một phần nhỏ cho thị trƣờng năng lƣợng toàn
cầu.
Những công nghệ sử dụng để tạo ra các nguồn năng lƣợng đó sẽ cung cấp 8%
tổng năng lƣợng toàn cầu vào năm 2018, tăng so với tỷ trọng 4% trong năm 2011 và
6% trong năm 2006.
Việc sử dụng nhiên liệu sinh học dự kiến sẽ tăng, mặc dù với tốc độ chậm hơn
so với năng lƣợng điện tái tạo, một phần vì các công ty đã không thành công trong
việc phát triển loại nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải thực vật và cây trồng mang
quy mô thƣơng mại.

ngƣời ta tiến hành xây dựng đập để chứa nƣớc khi thủy triều lên cao và xả đập khi

thủy triều hạ xuống để làm quay turbine của nhà máy phát điện nhờ vào động năng
của dòng nƣớc
Cả hai dang năng lƣợng thủy triều và thủy điện đã đƣợc ứng dụng vào sử dụng
từ nhiểu thế kỷ trƣớc.Vào thế kỷ 18, nhà máy năng lƣợng nƣớc đƣợc vận hành nhờ sự
lên xuống của thủy triều đƣợc xây dựng ở New England. Bơm nƣớc cống rãnh dùng
năng lƣợng thủy triều ở Hamburg (Đức) năm 1880.Đặc biệt bơm nƣớc hoạt động nhờ
năng lƣợng thủy triều lắp đặt dƣới cầu London đã hoạt động suốt 2,5 thế kỷ.
Nguồn năng lƣợng thủy triều này đƣợc đánh giá là rất có tiềm năng vì có khả
năng sản xuất ít nhất 1,3 tetra Walt (1300 tỷ Walt) tƣơng đƣơng với công suất của
toàn bộ ngành điện trên thế giới
Nhƣ vậy, sản xuất điện từ thủy triều có nhiều lợi thế rất lớn, chẳng hạn giúp cải
thiện giao thông (dập chắn dùng làm cầu) và không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà
kính. Tuy nhiên có một số tác động đã làm thay đổi môi trƣờng đã làm cho thủy triều
trở nên ích hấp dẫn :
 Làm thay đổi thủy triều ở khu vực cửa sông có dập chắn, sự thay đổi này khó có
thể dự đoán đƣợc làm cho mức thủy triều tăng hoặc giảm.
 Thủy triều thay đổi tác động rõ nét tới quá trình lắng đọng bùn cát, làm thay đổi
độ đục của nƣớc, hình thái lƣu vực cửa sông và biến hình đƣờng bờ ven biển.

2. Thủy triều và nguyên nhân hình thành

a) Thủy triều

Hình 1.4 Hiện tượng thủy triều trong tự nhiên


Có hai hiện tƣơng triều
cƣờng và triều kiệt, nó xảy ra
theo chu kỳ 14 ngày.
Hình 1.5 Triều cường

 Triều cường:
Thủy triều cực đại xảy
ra khi ảnh hƣởng của lực hấp
dẫn là lớn nhất, khi đó mặt
trăng, mặt trời và trái đất gần
nhƣ thẳng hàng. Do đó thủy
triều xảy ra khi trăn tròn và
trăng non gây ra chênh lệch
lơn về độ cao của mực nƣớc
dâng mà nƣớc hạ. Cũng chính
vì nguyên nhân này nên ngƣời
ta mới ứng dụng sự chênh lệch
cột nƣớc đó để tạo ra điện
năng.
Hình 1.6 Triều kiệt
 Triều kiệt:
Thủy triều kiệt xảy ra khi ảnh hƣởng của sức hút là thấp nhất, khi đó đƣờng thẳng nối
từ trái đất và mặt trăng tạo thành góc 

so với đƣờng thẳng nối từ trái đất và mặt
trời.
Bình thƣờng, sự chênh lệch mực nƣớc giữa triều dâng và triều hạ khoảng 0,5m.

dụng turbine 1 chiều, theo chiều nƣớc xả ra từ hồ chứa vì khi ấy động năng của nƣớc
xả ra rất lớn.
+ Đập nƣớc phải có kết cấu tốt.
 Dòng chảy mang động năng làm cho turbine quay
Công ty Marine Current Turbines (Anh) cho biết turbine phát điện chạy bằng
sóng thủy triều đầu tiên trên thế giới đã đƣợc kết nối với đƣờng dây tải điện ở Anh và
trở thành một nguồn cung cấp năng lƣợng sạch cho nƣớc này.
Turbine này có tên là SeaGen, là một tháp đƣợc neo dƣới đáy biển, cách bờ
biển 400m. Lắp đặt tại vịnh Strangford ở Bắc Ireland,một trong những vùng biển có
dòng thủy triều nhanh nhất thế giới, với tốc độ có thể lên tới 15km/h.
Nguyên lý hoạt động của turbine này là phát điện khi có sự chuyển dộng lên
xuống của thủy triều bằng cách quay hai rotor đồng trục đƣờng kính 16m. Sẻ không
có năng lƣợng sinh ra nếu tốc độ chảy của nƣớc dƣới 3,5km/h. SeaGen hoạt động
tƣơng tự nhƣ nguyên lý hoạt động của các khối xay gió, chỉ khác ở chổ mỗi thứ
chuyển động điều dƣới nƣớc. Khi hoạt động đầy đủ, turbine này tạo ra năng lƣợng
1,2MW, gấp 4 lần so với các turbine khác và có thể cung cấp điện cho 100 hộ gia đình.
Nó có một số ƣu nhƣợc điểm sau:
 Không gây ô nhiễm mội trƣờng
 Không gây tiếng ồn
 Chỉ áp dụng đƣợc ở những nơi dòng chảy thủy triều có vận tốc tƣơng đối lớn
 Các thiết bị đặt hoàn toàn dƣới nƣớc nên nên quá trình lắp ráp, theo dõi bảo trì
củng nhƣ sửa chữa gặp nhiều khó khăn. Khi cột nƣớc đạt đến trạng thái điểm 2, các cửa cấp cho các turbine đƣợc mở ra
và nƣớc từ đại dƣơng đi qua các cửa này để chạy turbine. Điện năng đƣợc sản xuất
trong giai đoạn 

, đây cũng là giai đoạn mà mực nƣớc trong hồ chứa và mực nƣớc
thủy triều đều dâng cao.
Khi mực nƣớc thủy triều đạt đến đỉnh và bắt đầu giảm xuống, mực nƣớc trong
hồ chứa vẫn tăng cho đến khi đạt trạng thái 3, độ chênh lệch cột nƣớc là quá thấp để
có thể chạy turbine hiệu suất cao. Do đó, các cửa cấp nƣớc cho turbine đƣợc đóng lại,
nhƣng các cửa cấp nƣớc cho hồ chứa vẫn mở để lấy đầy vào hồ đến trạng thái 4 (giai
đoạn F).
Tại trạng thái 4, tất cả các cửa một lần nửa đƣợc đóng lại. Trong giai đoạn 


thì mực nƣớc thủy triều đang giảm dần, đến trạng thái 5 các cửa cấp nƣớc cho turbine
lại một lần nửa đƣơc mở để cho phép chạy turbine nhƣng theo hƣớng ngƣợc lại và
điện năng đƣợc sản xuất trong giai đoạn 

, đây cũng là giai đoạn mà mực nƣớc trong
hồ và mực nƣớc thủy triều đều giảm thấp.
Hình 2.2 Hoạt động ở nửa chu kỳ đầu của hệ thống
Khi mực nƣớc thủy triều đạt đến vị trí thấp nhất và bắt đầu dâng lên trong khi
mực nƣớc trong hồ chứa vẫn giảm cho đến khi đạt trạng thái 6, độ chênh lệch cột
nƣớc là quá thấp để có thể chạy turbine đạt đƣợc hiệu suất cao. Do đó, tất cả các cửa
nƣớc cấp đƣợc đóng lại để bắt đầu một chu kỳ làm việc mới.


 Mô hình tính toán
Ta cũng đả biết thủy triều lên xuống theo thời gian và mức thủy triều củng
không ổn định lúc cao lúc thấp, vì vậy dẫn đến chiều cao của cột nƣớc chứa trong hồ
chứa cũng sẽ không ổn định.
Hình 2.3 Mô hình nhà máy phát điện thủy triều
Ta gọi
  là khoảng cách dao động lên xuống của thủy triều hay là khoảng cách
giữa mức triều cƣờng khi nƣớc dâng và mức triều kiệt khi nƣớc hạ xuống.

  mực nƣớc biển trên đƣờng trung bình. Vì mực nƣớc biển luôn dao động
lên xuống theo thời gian  nên ta có



  mực nƣớc hồ chứa trên đƣờng trung bình. Khi mực nƣớc biển trên đƣờng
trung bình luôn dao động và phụ thuộc vào thời gian  thì cũng tƣơng tự đối với
mực nƣớc trung bình trong hồ



+  


 là gia tốc trọng trƣờng
+ 


có thể bỏ qua.
+ ….

2. Xác định công của turbine sinh ra (năng lƣợng tổng cộng)  tại một thời
điểm có chiều cao cột nƣớc là 
Thực tế ở đây năng lƣợng do turbine sinh ra chủ yếu chỉ là do sự biến thiên
năng lƣợng của mực nƣớc chứa trong hồ, từ năng lƣợng ban đầu hoàn toàn là thế năng
(lúc nƣớc đƣợc chứa trong hồ) đến khi năng lƣợng đƣợc biến đổi hoàn toàn thành
động năng (nƣớc đập vào cánh turbine làm quay turbine).
Vậy sự biến thiên năng lƣợng hay công sinh ra:

Tại thời điểm  đang xét với khối lƣợng nƣớc  qua turbine thì sẽ sinh ra
đƣợc một lƣơng công là 
Theo phƣơng pháp phân tích thừ nguyên thì phƣơng trình trên có vế trái không
bằng vế phải. Vì vậy để phƣơng trình trên có nghĩa thì ta cần có thêm hệ số chuyền
đổi 

vào vế phải:





Tại thời điểm đang xét thì
+ 

 






 












Để giải đƣợc phƣơng trình này ta cần phải tìm đƣợc nghiệm của hai phƣơng
trình 

 và 

 là hàm phụ thuộc vào thời gian.

Năng lƣợng của turbine không đƣợc phát ra liên tục trong suốt thời gian dừng.
Theo thuyết năng lƣợng trung bình ta có thể xác định đƣợc công suất khi chia nhỏ


 là hằng số.
+ 



mực nƣớc hàm chứa trên đƣờng trung bình.
Theo hàm quan hệ đối với  và  ta có:











  





 









 

 




























 











 









3. Chênh lệch giữa triều cƣờng và triều kiệt (khoảng cách )
Dòng thủy triều thay đổi từ nơi này đến nơi khác trên trái đất. Các dòng thủy
triều chịu sự ảnh hƣởng của các điều kiện tự nhiên và độ sâu của dòng nƣớc. Các ảnh
hƣởng này sẽ tạo ra chi phí rất lớn cho việc xấy dựng đập và nhà máy phát điện.


là công suất trung bình thực tế của nhà máy phát đi. Vậy



+ 

là công suất trung bình của nhà máy hoạt động trong một chu kỳ thủy
triều.
+  hiệu suất của hệ thống, là tỷ lệ giữa công suất tạo ra của các turbine so với
công suất phát đi của nhà máy.
Thƣờng thì    đối với nhà máy thủy triều loại một hồ chứa có điều tiết.
Ta chọn .
Từ định nghĩa trên ta có:

















+ 


+


+  


khối lƣợng riêng của nƣớc biển.
Ta có mối quan hệ giữa diện tích mặt hồ chứa  và tổng năng lƣợng :














 






 












 














