Máy phát điện đầu tiên tại hạ lưu thủy điện Trị An. KS Doãn Mạnh Dũng

5 Tháng Mười, 2023

Khung lắp đặt máy phát điện tại hạ lưu thủy điện Trị An chiếm mặt nước 4.5 m x 12 m, độ sâu 2 m, tốc độ dòng chảy 1m/s, phát ra dòng điện 14 KW/s.

Sử dụng dòng chảy tự nhiên để phát điện đã được loài người quan tâm từ lâu. Ở Việt Nam vào cuối năm 2014, Ks. Doãn Mạnh Dũng xác định động năng dòng hải lưu ở miền Trung Việt Nam là nguồn năng lượng vũ trụ vô cùng lớn, sạch với 6 đặc điểm : gần bờ, vùng nước nông, tốc độ cao, hướng một chiều Bắc-Nam, dài 1000 km, độ rộng dòng hải lưu lớn. Dòng hải lưu trên là sự cộng hưởng của 2 dòng hải lưu : dòng tầng mặt và dòng tầng đáy. Dòng tầng mặt hình thành do gió mùa Đông -Bắc khoãng 8 tháng trong năm. Dòng tầng đáy hình thành do chênh lệch nhiệt giữa Xích Đạo và Bắc Cực trong 365 ngày/năm , do trái đất quay từ Tây sang Đông, do bờ biển phía Tây của Thái BÌnh Dương ở Bắc bán cầu lệnh dần về phía Tây khi tiến về Xích Đạo. Dòng tầng đáy có xu hướng di chuyển từ Bắc xuống Nam và từ Đông sang Tây. Dòng tầng đáy do Ks. Doãn Mạnh Dũng tìm ra trong quá trình nghiên cứu cảng biển ở Đông Việt Nam. Sự cộng hưởng dòng hải lưu tầng mặt và dòng hải lưu tầng đáy đã hình thành dòng hải lưu qua bờ biển miền Trung Việt Nam. Tốc độ dòng hải lưu và hướng dòng chảy có nhiều trong các tài liệu hàng hải qua bờ biển Đông Việt Nam.

Năm 2016, Ks. Doãn Mạnh Dũng tìm ra giải pháp mới chuyển đổi động năng dòng chảy tự nhiên thành điện năng.Giải pháp truyền thống trên thế giới là thả cánh quạt xuống nước để nhận năng lượng. Giải pháp truyền thống bị hạn chế 3 yếu tố : chỉ lấy năng lượng dòng chảy di chuyển qua cánh quạt, cánh quạt có trọng lượng và máy phát điện phải đặt trong nước. Giải pháp mới của Ks. Doãn Mạnh Dũng lấy được tối đa động năng dòng chảy theo chiều sâu và chiều rộng, khử được trọng lượng của cánh quạt bằng sử dụng lực Archimedes và máy phát điện đặt trên mặt nước.

Hình các cánh quạt truyền thống.

Giải pháp mới đơn giản như sau :

Cánh quạt là trống quay hình trụ, bên trong có độ rổng thích hợp để nổi lơ lững trong nước. Võ hình trụ có gờ đặt lực từ dòng chảy. Hình trụ được che nữa thân theo trục. Khi có dòng chảy, lực từ động năng dòng chảy tác động vào điểm đặt lực tạo ra mô-men quay trống quanh trục của hình trụ. Với nguyên lý máy phát điện được quay bằng mô-men, máy có thể di chuyển với mọi tốc độ của dòng chảy.

Hình trống quay bên ngoài và bên trong với đường kính 2m và sâu 2m

Máy phát điện đầu tiên được đặt ngoài tự nhiên gồm có 2 trống. Mỗi trống có kích thước với đường kính 2 m và sâu 2 m.

Hình khung trống và kích thước

Khung trống được chế tạo tại nhà máy và đưa vào công-ten-nơ 40’ để di chuyển đến nơi sử dụng.

Hình sơ đồ hệ thống cơ học cho máy phát điện bằng dòng 1 chiều, khai thác đố sâu 2m

Khung trống cỏ thể thả nổi trong nước. Tại vị trí khai thác, đánh chìm khung trống, đưa nước và cát vào trong khung trống để tăng trọng lượng khung nhằm cố định khung dưới đáy sông. Khung trống được đóng 9 cọc để cố định khung với đáy sông. Phần trên của các cọc được kết nối để tạo thành nhà che các hệ thống cơ học như phanh, ly hợp, chuyển hướng, tích hợp chuyển động và máy phát điện cùng khu vực điều hành.

Khả năng tạo ra điện năng của máy phát điện

Động năng dòng chảy chứa năng lượng như sau :

E = 0.5 mv²

Theo thiết kế trống có đường kính 2m và sâu 2 m nên mặt cắt nhận năng lượng của trống có diện tích 2m2. Vì tốc độ 1m/s nên trong 1 giây có 2 m3 nước tác động vào trống.

Ta có E = 0.5 x 2000 kg x 1 m/s x 1m/s = 1000 kg/s = 9800 N/s = 9800 Jun = 9800 W

Theo nguyên tắc bảo toàn năng lượng, vì dự kiến hiệu suất của máy là 70% nên nguồn điện sinh ra trong 1 giây là khoãng 7000 w /s hay 7 KW/s.

Cách tính trên chưa tính đến năng lượng từ dòng chảy chạm vào vách của khung đổi hướng 7 độ và sau đó tác động vào trống.

Như vậy với 2 trống, máy phát điện cung ứng 14 KW/s hay 14.000 w x 3600 s = 50.400.000 wh = 50.400 Kwh.

Thử thách lớn nhất trong chế tạo là độ chính xác, độ cân bằng và ổn định khi quay, khả năng chống ăn mòn của sinh vật.

Ngạn ngữ Việt Nam có câu : Nhất thủy, nhì hỏa. Vì nước biển nặng hơn không khí 830 lần nên điện sinh ra từ động năng dòng chảy là cực kỳ lớn. Với tốc độ dòng chảy của kênh trong sông 1m/s, máy có 2 trống quay, mỗi trống có đường kính 2m sâu 2 m và hiệu suất của máy 70 % thì máy cung cấp nguồn năng lượng tương đương 70 lao động, mỗi lao động có công suất 100 w.

Trong khoa học tự nhiên, khi chiếc máy chạy được trong tự nhiên thì mọi lý thuyết đều phải đi đến lời kết. Vì vậy chúng ta hảy cùng chờ để xem chiếc máy như thiết kế trên chạy trong tự nhiên tại hạ lưu thủy điện Trị An.

Khung máy và trống quay được chế tạo từ inox chống sét rĩ. Khi cần có thể thay đổi địa điểm bằng cách nhổ các cọc, hút cát trong khung. Khung sẽ nổi lên để di chuyển đến vị trí mới. Sau khi thí nghiệm ở vùng nước có độ sâu 2 m thì có thể nâng cấp cho vùng nước sâu 4 m hoặc 6 m bằng cách xếp chồng khung lên nhau.