Hành trình đi tìm nguồn Tài nguyên và Công nghệ cho Diện hải lưu. KS Doãn Mạnh Dũng
Hình 1 : Nhà máy Điện hải lưu là những mô-đun bằng bê tông nối kết với nhau như con đê chắn sóng.
Nguồn Tài nguyên động năng của dòng hải lưu
Tháng 9 năm 2014, Bộ Giao thông vận tải tổ chức nghe giới thiệu về Cảng Trần Đề- Cảng cửa ngõ cho ĐBSCL Chủ trì Hội nghị là ông Nguyễn Văn Thể – Thứ trưởng Bộ GTVT. Tỉnh Sóc Trăng có ông Lâm Văn Mẩn- Bí thư tỉnh Sóc Trăng, ông Lâm Hùng Kiện-Trưởng Ban quản lý các khu Công nghiệp tỉnh Sóc Trăng.
Điều quan trọng nhất khi định vị cảng cửa ngõ Trần Đề là biết sử dụng con đê và luồng tự nhiên tại cửa sông Trần Đề để đưa tàu sông- loại xà lan tự hành 1 vạn tấn- ra cảng biển và cảng biển có thể tiếp nhận tàu biển loại 3 vạn tấn.
Việc nghiên cứu hoàn chỉnh cảng cửa ngõ Trần Đề vào cuối năm 2012 khi Bộ Tài nguyên Môi trường chính thác phát hành bản đồ Biển vùng bờ biển Sốc Trăng. Năm đó tôi đã 66 tuổi.
Thế hệ hiện nay lại đề xuất làm đường cao tốc từ Nam sông Trần Đề ra cảng nhân tạo được xây dựng giữa biển, với cách làm như trên là không sử dụng thế mạnh vận tải sông tại Nam Bộ và tăng chi phí chuyển tải khi hàng vào đường cao tốc.
Sau buổi trình bày trên, tôi tin rằng những thông tin về Cảng Trần Đề là đầy đủ và tôi muốn tập trung vào chương trình mới về năng lượng.
Dòng hải lưu tầng đáy Bắc-Nam
Thí nghiệm sau chỉ rõ sự tồn tại dòng hải lưu tầng đáy Bắc-Nam :
Hình 2: Thí nghiệm để tìm dòng hải lưu tầng đáy từ Bắc Cực về Xích Đạo.
Làm 2 bình nhựa có màu nước khác nhau, có mặt thoáng lớn C và X. Dùng 2 ống nhựa trong kết nối tầng nước trên của C và X và tầng nước đáy của C và X.
Chiếu đèn sinh nhiệt vào mặt thoáng X. Ta thấy xuất hiện dòng tầng mặt từ X đến C và dòng tầng đáy từ C đến X.
Khi nhiệt tăng, tốc độ dòng C đến X tăng.
Ta coi C là Cực trái đất, X là Xích đạo. Do chênh lêch nhiệt nên xuất hiện dòng tầng đáy từ Cực trái đất về Xích đạo.
Trong quá trình nghiên cứu hệ thống cảng biển ở bờ biển phía Đông Việt Nam, tôi phát hiện động lực chính làm cạn các vịnh ở bờ biển Đông Việt Nam là dòng hải lưu lạnh tầng đáy Bắc Nam.
Vì sự chênh lệnh nhiệt giữa Cực Bắc và Xích đạo tồn tại 365 ngày/ năm nên dòng hải lưu tầng đáy tồn tại 365 ngày/năm.
Dòng hải lưu tầng đáy di chuyển độc lập với sự quay của trái đất. Vì trái đất quay từ Tây sang Đông nên dòng hải lưu tầng đáy di chuyển từ Đông sang Tây.
Tổng hợp lại, dòng hải lưu lạnh tầng đáy vừa di chuyển từ Bắc xuống Nam vừa di chuyển từ Đông sang Tây.
Dòng hải lưu tầng mặt Bắc -Nam
Dòng hải lưu tầng mặt Bắc-Nam hình thành do gió Đông Bắc có hướng từ Đông Bắc xuống Tây Nam. Vì hướng của dòng hải lưu tầng mặt Bắc-Nam trùng với hướng dòng hải lưu tầng đáy Bắc-Nam nên có sự cộng hưởng của 2 dòng hải lưu trên và là nguyên nhân chính tạo ra sự sâu và nông ở các vịnh bờ biển Đông Việt Nam.
Tất cả các vịnh ở bờ biển Đông Việt Nam sẽ sâu khi có cửa vịnh nhìn về hướng Nam và không có cửa sông lớn từ dãy Trường Sơn đổ vào vịnh. Nói cách khác, các vịnh ở bờ biển Đông Việt Nam sâu khi không cho dòng hải lưu tầng đáy Bắc-Nam và dòng hải lưu tầng mặt Bắc-Nam chảy vào vinh. Đây là nguyên tắc đi tìm vịnh sâu tự nhiên hay tạo ra vịnh sâu nhân tạo ở bờ biển Đông Việt Nam.
Vì bờ Tây Thái Bình dương ở Bắc bán cầu lệch dần về hướng Tây khi tiến về Xích Đạo. Bán kinh trái đất tăng dần khi tiến về Xích Đạo. Cả hai yếu tố trên đã giúp miền Trung Việt Nam là vị trí tập trung động năng dòng hải lưu lớn nhất trên trái đất này.
Bờ biển Đông nước Mỹ cũng có các dòng hải lưu tương tự như miền Trung Việt Nam, nhưng vì bán đảo Florida che chắn nên động năng các dòng hải lưu lạnh Bắc-Nam và dòng hải lưu tầng mặt Bắc-Nam đã tạo ra hiện tượng khí hậu bất thường tại Tam giác Becmuda.
Hình 3: Bán đảo Florida chặn dòng hải lưu Bắc-Nam và tạo ra “tam giác quỷ “ Bermuda.
Dòng hải lưu ở bờ biển Đông Việt Nam có 6 đặc điểm chính :
1/ Gần bờ – Cách bờ vài trăm mét vì Trái đất quay từ Tây sang Đông nên dòng hải lưu di chuyển từ Đông sang Tây.
2/ Vùng nước nông : với độ sâu từ 10-35 m
3/ Tốc độ cao nhất ở bờ Tây Thái Bình Dương. Hệ thống vệ tinh Mỹ cho biết tốc độ đạt đến 1.26 m/s ở khu vực cách bờ 33 km. Càng gần bờ tốc độ dòng chảy càng cao.
4/ Hướng dòng ổn định theo hướng Bắc Nam. Dòng tầng đáy tồn tại 365 ngày/năm do chênh lệch nhiệt giữa Xích Đạo và Bắc Cực. Dòng tầng mặt tồn tại 9 tháng/ năm do gió Đông Bắc tạo ra. Cả hai dòng trên cộng hưởng và mạnh nhất về mùa Đông khi có gió Đông Bắc.
5/ Độ rộng của dòng lớn, đạt đến 24 km tại cửa sông Gianh theo bản đồ mới nhất của Việt Nam.
6/ Độ dài của dòng đạt đến 1000 km từ Hòn La – Quảng Bình đến mũi Kê Gà- Bình Thuận.
Ngày 14/5/2015, Hội nghị Việt-Mỹ về năng lượng tái tạo, giải pháp thông minh cho Việt Nam tại Tp HCM. Tôi xin phát biểu vài phút về nguồn Tài nguyên động năng dòng hải lưu ở bờ biển miền Trung Việt Nam.
Ngày 2/6/2015, một công ty Mỹ muốn gặp lảnh đạo tỉnh Khánh Hòa để trao đổi. Nhóm doanh nghiệp Mỹ đã cung cấp kết quả nghiên cứu của Mỹ – Đài loan về nguồn Tài nguyên động năng dòng hải lưu ở miền Trung bằng phương pháp ảnh vệ tinh. Kết quả nghiên cứu của Mỹ – Đài Loan trùng khớp với kết quả nghiên cứu bằng lý thuyết của Ks. Doãn Mạnh Dũng.
Hình 4 : Theo tài liệu Mỹ-Đài Loan các điểm có dòng hải lưu mạnh nhất ở bờ Tây Thái Bình Dương đều nằm tại miền Trung Việt Nam.
Ngày 3/7/2015 tại Chủ tịch phủ, Chủ tịch nước Trương Tấn Sang đã lắng nghe về Tài nguyên Điện hải lưu và cảng Trần Đề.
Hình 5 : Báo cáo với Chủ tịch nước Trương Tân Sang tại Chủ tịch phủ về cảng Trần Đề và nguồn Tài nguyên Điện hải lưu.
Ngày 7/8/2015 Bộ Công thương tổ chức Hội nghị nghe chúng tôi báo cáo về Tài nguyên Điện hải lưu. Sau đó Bộ Công Thương có Thông báo hoan nghênh sự đề xuất trên.
Cánh quạt truyền thống trên thế giới được sử dụng để chuyển động năng dòng chảy tự nhiên thành điện năng.
Hình 6 : Các loại cánh quạt truyền thống trên thế giới đã được sử dụng để chuyển đổi động năng dòng chảy tự nhiên thành điện năng.
Nhược điểm :
- Chỉ lấy được động năng dòng chảy di chuyển qua quỹ tích hoạt động của cánh quạt.
- Cánh quạt đều có trọng lượng nên chính trọng lượng cánh quạt làm giảm hiệu suất của máy phát điện.
- Cánh quạt có trục nằm ngang nên máy phát điện phải nằm trong nước nên cần kín nước. Vì vậy giá thành cao.
- Cánh quạt có trục nằm ngang, nên máy phát điện bị giới hạn khi tốc độ dòng chảy giảm.
Vấn đề còn lại là Công nghệ nào sẽ được sử dùng để chuyển đổi động năng dòng hải lưu thành điện năng ?
Công nghệ Việt Nam chuyển đổi động năng dòng hải lưu thành điện năng
Dòng chảy tự nhiên như dòng sông, dòng thủy triều, dòng hải lưu là khối nước có chiều sâu và chiều rộng. Dòng trên cùng là mạnh nhất và giảm dần theo độ sâu. Dòng chảy có thể 1 chiều như dòng sông, dòng hải lưu. Dòng chảy có thể 2 chiều như dòng thủy triều.
Một vật di chuyển trong nước,luôn luôn tạo khoảng chân không tại điểm cực đuôi của chính nó. Việc tạo ra khoảng chân không tại điểm cực đuôi đã ngăn vật di chuyển. Một hình trụ chuyển động quanh trục của chính nó thì tạo ra khoảng chân không phía sau nó là ít nhất. Đây là phát hiện quan trọng nhất và từ đó tư duy trống quay xuất hiện.
Khi trong hình trụ có độ rổng,nếu độ rổng vừa đủ để lực Archimedes đẩy trống nổi lơ lững trong nước, võ trống có gờ đặt lực và được che lại thích hợp, thì trống phải quay theo mô-men lực mà nó nhận được.
Trống quay trên được tác giả đặt tên “ Doan blade “ để tri ân dòng họ Doãn.
Tác giả tin rằng “ Trống quay” sẽ giúp loài người khai phá có hiệu quả năng lượng sạch từ động năng dòng chảy tự nhiên .
Như vậy trống quay sẽ có trục đứng. Trục đứng kéo máy phát điện trên mặt nước.
Trống quay có thể lấy hết năng lượng theo theo độ sâu của dòng hải lưu.
Khi sắp xếp các trống quay theo 2 hàng so le, ta có thể lấy hết năng lượng theo chiều ngang của dòng hải lưu.
Giản đơn hóa trong tính toán
Động năng của dòng chảy tự nhiên được tính theo công thức sau :
E= 0.5 m v2
Trong đó
- E là động năng của vật.
- m là khối lượng của vật di chuyển.
- v là tốc độ của dòng chảy.
Giải pháp trống quay, quan tâm lấy tối đa m của dòng chảy.
Ngày 22/6/2016 Liên hiệp các Hội KHKT Tp HCM tổ chức hội thảo giới thiệu về công nghệ Điện hải lưu.
Công nghệ trống quay đạt được cả 3 yếu tố cơ bản :
1/ Với từng chiếc máy riêng lẽ, chúng tối ưu, có hiệu suất cao nhất vì khử được trọng lượng của cách quạt.
2/ Khi tích hợp nhiều máy với nhau, có thể lấy được nhiều nhất nguồn động năng của dòng chảy theo chiều sâu và cả theo chiều ngang.
3/ Vì mô hình máy trục đứng ,máy phát điện nằm trên không khí nên giá thành thấp so với máy nằm trong nước.
Hình 7 : Mô hình trống quay.Trống quay có thể tăng độ sâu để lấy năng lượng tối đa theo chiều sâu.
Hình 8: Trống quay được đặt trong khung.
Hình 9 : Sắp xếp 7 trống quay thành 2 hàng để lấy được động năng dòng chảy tối đa theo chiều ngang.
Tính toán sơ bộ
Giả thiết tốc độ dòng chảy đồng nhất v= 1m/s, nên trong 1 giây có 2 m3 nước tác động vào trống với mô-đun nhỏ.
Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, động năng dòng chảy sẽ chuyển thành mô-ment quay.
Trong 1 giây, 1 trống nhận được nguồn năng lượng :
Hình 10 : Động năng dòng chảy tác động vào trống quay tạo ra mô-men quay.
En = 0.5 mv2 = 0.5 x 2000 kg x (1 m/ s )2= 1000 kg x 9.8 N = 9800 N/s =9800 w.
Giả thiết hiệu suất khoãng 71% ,
Công suất 1 trống : 7000 W= 7 KW/s (1)
Một mô đun nhỏ có 2 trống nên tạo ra nguồn năng lượng trong 1 giây :
Pn/s = 7000 w x 2 = 14 Kw/s (2)
Công suất 1 mô -đun nhỏ trong 1 giờ :
Pn/h = 14 Kw/s x 3600 s = 50 400 Kw/h = 50.4 Mw/h
Mô-đun lớn tích hợp với hàng 1 có 4 mô-đun nhỏ , hàng 2 có 3 mô-đun nhỏ , khai thác 5 tầng trống với độ sâu 10 m . Như vậy 1 mô-đun lớn tích hợp (3 x 4 x 5 = 35) mô-đun nhỏ.
Một mô-đun lớn có công suất 50.4 MW/h x 35 = 1764 MW/h
Hình 11 : Tích hợp 7 mô-đun nhỏ trong 1 mô-đun lớn – hình 3 chiều bên trong
Hình 12 : Tích hợp 7 mô-đun nhỏ trong 1 mô-đun lớn khai thác độ sâu 10 m-hình 3 chiều bên ngoài.
Nếu Nhà máy tích hợp 52 mô-đun lớn, sẽ dài 39,4 m x 52 = 2.048.8 m, rộng 26 m cao 22.4m
Tổng cống suất nhà máy 1764 MW /h x 52 = 91.728 MW.
Thủy điện Tam Hiệp có Tổng công suất 22.500 MW.
Như vậy 1 nhà máy với 52 mô-đun lớn có công suất gấp 4 lần thủy điện Tam Hiệp.
Dòng hải lưu ở miền Trung dài 1000 km. Nếu cách 10 km xây 1 nhà máy thì chúng ta có thể xây 100 nhà máy.
Như vậy loài người có nhà máy Điện hải lưu tốt hơn Thủy điện Tam Hiệp mà không cần thay đổi nhiều đến môi trường sống.
Khi hệ thống mạng lưới điện tiêu thụ còn khó khăn thì dùng điện để điện phân sản xuất hydro lõng đóng chai và ô-xy.
Theo công nghệ hiện nay trên thế giới, dùng 55 kwh điện phân được 1 kg hydro lõng và khoãng 0.5 kg ô-xy lõng. Giá thành hydro lõng tại Nhật 10 USD /1 kg. Tại Việt Nam giá ô-xy lõng 1USD/1 kg.
Tác giả tin rằng, một nước nghèo như Việt Nam cần sử dụng tối đa thế mạnh công nghệ sản xuất động cơ đốt trong của thời đại cùng với Hydro lõng điện phân từ nguồn Điện hải lưu để thực hiện chiến lược cách mạng xanh.
Xây dựng và thanh lý khi hết thời gian khai thác
Mô-đun lớn như caisson là bê tông cốt thép được đúc ở ụ khô hoặc ụ nổi. Sau khi sản phẩm đúc xong và khô sẽ thả nổi trên mặt nước. Khi dùng, caisson được kéo đến nơi khai thác và đánh chìm. Dùng cọc ghim caisson gắn kết với đáy biển.
Trống được sản xuất tại nhà máy. Sản phẩm được đưa vào công-ten-nơ để vận chuyển đến nơi sử dụng.
Khi khai thác, trống được thả xuống biển.
Hết thời gian khai thác khoãng 30 năm, mô-đun lớn được rút cọc, bơm nước ra và nổi lên mặt nước, được kéo đến nơi thanh lý làm nơi trú ẩn cho sinh vật biển.
Mô hình đơn giản cho máy thí nghiệm chạy trong tự nhiên
Để tiết kiệm trong quá trình chạy thí nghiệm trong tự nhiên, tác giả đưa ra mô hình đơn giản với chi phí tối thiểu.
Sử dụng khung di động trượt trên hệ thống cọc. Giải pháp có thể thử nghiệm với nhiều độ sâu khác nhau. Có thể di chuyển với giá thành thấp.
Hình 13 : Mô hình khung trượt.
Hình 14 : Mô hình cọc
Kết luận
Biển Đông ở miền Trung Việt Nam may mắn là nơi hội tụ các dòng hải lưu mạnh nhất trên trái đất vì đặc điểm địa lý hiếm có.
Công nghệ Điện hải lưu của Việt Nam khai thác được tối đa động năng dòng chảy theo chiều sâu và chiều ngang khử được trong lực cánh quạt nên tính ứng dụng rất lớn.
Công nghệ Điện hải lưu của Việt Nam sử dụng vật liệu có sẵn ở miền Trung là cát, đá, sỏi và phụ hợp với thực tiển công nghệ hiện nay của Việt Nam.
Mô hình nhà máy tương đương một hệ thống cầu cảng có thể tiếp nhận tàu vệ tinh chuyên dụng chở công-ten-nơ với mớn nước 11 m.
Công nghệ Điện hải lưu hướng sử dụng Hydrozen từ điện phân nước biển nên chủ động trong quá trình sản xuất, không phụ thuộc điện lưới quốc gia.
Với công nghệ Điện hải lưu của Việt Nam, hướng con người khai thác các dòng chảy tự nhiên từ nguồn, mà không cần tạo ra đập thủy điện thế năng quá cao gây nguy hiểm cho con người và môi trường.
Điện hải lưu sẽ là nguồn năng lượng chính của Việt Nam ./.
