Nhu cầu điện của nước ta tăng lên rất nhanh nhưng:
- Điện chạy bằng than đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của nhân dân, không những thế khả năng sản xuất than trong nước chỉ có hạn, nên đã phải mua thêm than của nước ngoài và sẽ phải mua ngày càng nhiều hơn.
- Thủy điện không còn khả năng để phát triển thêm nhiều vì các thủy điện lớn và vừa đã xây dựng gần hết rồi.
- Điện chạy bằng khí đốt cũng chỉ phát triển đến một mức độ nào đó.
Tại Hội nghị Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu lần thứ 24 (COP24), Germanwatch công bố bảng xếp hạng mới nhất của các quốc gia dựa trên chỉ số ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu hay mức độ mất mát mà từng quốc gia phải chịu do thiên tai liên quan đến biến đổi khí hậu. Trong bảng xếp hạng này Việt Nam đứng thứ 6 toàn cầu, đứng thứ 1 trong số các quốc gia ASEAN.
Vì vậy cần phải nhanh chóng phát triển điện chạy bằng năng lượng tái tạo và đây cũng đang là xu hướng chung trên thế giới để chống biến đổi khí hậu. Tôi đã có nhiều bài viết về điện chạy bằng năng lượng tái tạo trên các Diễn đàn webdien.com, Diễn đàn Kỹ sư Công trình Biển, trên trang web vncold.vn của Hội Đập lớn và Phát triển Nguồn nước Việt Nam,... Trong đó có bài đã có trên 15 triệu lượt người xem, có bài đã có trên 10,2 triệu lượt người xem và 2 bài mỗi bài có trên 10 triệu lượt người xem. Những bài đó ngày càng được bổ sung sửa đổi cho tốt hơn. Vì vậy trong bài này tôi hệ thống lại những bài viết đó và chỉ để lại những gì đang dùng để người xem dễ nắm bắt hơn.
1. Nhược điểm của các loại điện chạy bằng năng lượng tái tạo chính và cách khắc phục:
1.1. Nhược điểm của các loại điện chạy bằng năng lượng tái tạo chính:
1.1.1. Điện gió:
- Điện không ổn định do gió khi mạnh khi yếu. Chỉ cần có một cơn giông là điện gió tăng vọt hẳn lên. Điện gió tăng tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ gió, thí dụ như tốc độ gió tăng gấp đôi thì điện gió tăng gấp 8 lần, tốc độ gió tăng gấp ba thì điện gió tăng gấp 27 lần,... Đặc biệt là khi ở vùng gần tâm bão tốc độ gió có thể lên đến hàng trăm km/giờ, khi ở trong tâm bão lặng gió, khi tâm bão vừa đi qua tốc độ gió lại tăng lên đến hàng trăm km/giờ, với tốc độ gió thay đổi nhanh chóng như vậy nếu không có biện pháp đặc biệt để ngăn chặn thì điện gió sẽ bị hư hỏng hoặc thay đổi rất khủng khiếp. Vì thế Điện gió Bạc Liêu có hệ thống điều khiển tự gập cánh lại để tránh hư hỏng khi bão lớn. Nếu tỷ trọng điện gió khá lớn, khi có bão điện gió lớn tạm ngừng phát điện thì lấy đâu ra điện để bù vào?
- Điện gió lớn có thể làm thay đổi dòng không khí, ảnh hưởng đến các loài chim di trú.
Nếu điện gió lớn đặt ở trên đất liền thì:
- Tiếng ồn có thể ảnh hưởng đến các loài động vật hoặc con người sống gần nơi đặt các trạm năng lượng gió.
- Có thể ảnh hưởng đến các trạm thu phát sóng điện thoại, truyền hình,…
Nếu điện gió lớn đặt ở xa ngoài biển thì:
- Đòi hỏi công nghệ rất cao, ta chưa tự làm được, vốn đầu tư rất lớn.
- Xa bờ, phải truyền điện vào bờ bằng cáp ngầm, mỗi lần muốn kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa,... phải đi ra bằng tàu thủy.
1.1.2. Điện mặt trời:
- Điện mặt trời không ổn định do ngày có đêm không, khi nắng có khi mưa không, chỉ cần 1 đám mây bay qua là điện đã giảm hẳn đi. Điện mặt trời gắn trên mái nhà tận dụng được mái nhà chưa có gì trên đó nhưng điện mặt trời tập trung lại chiếm rất nhiều đất.
- “Pin mặt trời có thể sản sinh ra lượng chất thải độc hại trên mỗi đơn vị điện nhiều hơn cả các lò phản ứng hạt nhân. Trên thực tế, các nhà khoa học đã có rất nhiều kinh nghiệm để đối phó với chất thải phóng xạ từ các lò phản ứng hạt nhân, nhưng lại có rất ít kinh nghiệm đối phó với chất thải năng lượng mặt trời.” Đó là câu đầu tiên của bài: “Mặt trái của chính sách phát triển năng lượng tái tạo” đăng ngày 22/04/2019 trên trang web nangluongvietnam.vn của Hiệp hội Năng lượng Việt Nam.
1.1.3. Điện sóng biển theo cách các nước đã làm:
Giá thành phát điện rất cao, không thể cạnh tranh được với các loại điện khác nên bây giờ người ta thường chỉ nói đến điện gió và điện mặt trời do:
- Nhiều công trình phải xây dựng từ dưới đáy biển lên, vốn đầu tư rất lớn.
- Nước biển có độ ăn mòn rất cao nhưng thiết bị điện sóng biển của nhiều nước nằm trong nước biển.
- Nhiều công trình phải truyền điện vào bờ bằng cáp ngầm dưới biển.
- Sử dụng những công nghệ rất hiện đại, phức tạp, khó sản xuất ở Việt Nam.
Tuy nhiên nếu làm được tốt thì điện sóng biển có ưu điểm là:
- Các công trình thủy điện lớn và vừa của nước ta tập trung chủ yếu ở Bắc Bộ và Tây Nguyên. Mùa khô thủy điện không có nước bổ sung, rất cần có nguồn điện khác hỗ trợ. Khi đó là mùa gió đông bắc, sóng ở biển Đông mạnh nhất là vào mùa này nên điện sóng biển có thể hỗ trợ cho thủy điện và giúp cho thủy điện để dành nước cho phát điện vào cuối mùa khô.
- Khi có bão thì điện gió phải ngừng hoạt động, điện mặt trời phát điện rất yếu nhưng khi đó sóng biển rất mạnh và điện sóng biển phát rất nhiều điện có thể bù cho 2 loại điện kia.
- Độ cao của sóng biển ít biến động đột xuất vì sóng do gió sinh ra và phải qua quá trình tích lũy năng lượng thì sóng mới lớn dần lên. Gió đông bắc từ eo biển Đài Loan, Philippin đến vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau phải đi qua biển dài trên 2.000 km nên một cơn giông lớn trên biển cũng chỉ ảnh hưởng một phần đến độ cao của sóng biển. Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới thì khi chúng còn ở xa cũng đã bắt đầu có ảnh hưởng đến độ cao sóng biển, sau đó sóng lớn dần lên từ vài ngày trước và khi bão hoặc áp thấp nhiệt đới đi qua sóng mới giảm dần vào vài ngày sau nên không có biến động đột xuất như điện gió và điện mặt trời.
1.2. Cách làm điện sóng biển mới theo cách hoàn toàn Việt Nam có thể khắc phục được các nhược điểm đó:
1.2.1. Cách làm điện sóng biển mới theo cách hoàn toàn Việt Nam dựa vào:
- Có thể biến chuyển động nâng lên hạ xuống của phao thành chuyển động quay tròn theo một chiều nhất định để chạy máy phát điện rất đơn giản. Cách làm này đã được Cục Sở hữu Trí tuệ cấp Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích số 1396 về Cơ cấu biến đổi chuyển động với 3 phương án theo Quyết định số 36352/QĐ-SHTT ngày 20/06/2016.
- Lợi dụng các vùng có đáy biển khá bằng phẳng do phù sa của các sông lắng xuống từ bao đời nay, khó có khả năng còn đá ngầm và không thuận lợi cho các loại san hô phát triển để làm điện chạy bằng năng lượng sóng biển theo cách hoàn toàn Việt Nam. Nhờ vậy không cần phải xây dựng từ dưới đáy biển lên, chỉ cần gắn ngay trên bờ các thanh thép dài 12 m vào các ống thép của cột chống thành từng cụm 4 cột chống bao gồm cả bộ phận chống lún để cắm dần từng cụm xuống biển, đoạn đường đi lại và đứng làm việc của công nhân trong cụm cũng được gắn ngay trên bờ, rồi gắn tiếp những thanh thép dài 12 m để nối các cụm đó lại với nhau thành khung đỡ dài với 3 hàng phao. Trong mỗi khung đỡ có 2 tầng liên kết, trong mỗi tầng thì các thanh liên kết tạo thành những tam giác đều nên khung đỡ rất vững chắc. Giá thành phát điện rẻ chính là nhờ việc làm này.
- Dùng phao nửa nổi nửa chìm nên lực nâng lên lớn nhất, lực hạ xuống mạnh nhất của phao chỉ bằng trọng lượng của phao, trụ đứng giữa phao và thanh thép có răng gắn vào trụ đứng. Nhưng cái quan trọng nhất là đã giảm được công suất do phao sinh ra khi có sóng lớn theo công thức (h-a)x(h-a)/(hxh) trong đó h là khoảng nâng lên hạ xuống của phao và a là nửa chiều cao của phao. Cách chứng minh công thức này như thế nào, xin xem trong phần 2 của Phụ lục 1. Khoảng nâng lên hạ xuống h của phao phụ thuộc vào độ cao sóng biển và tỷ lệ giữa đường kính phao và bước sóng, sóng càng lớn h càng gần với độ cao sóng biển, cách tính h như thế nào đã có trong phần 1 của Phụ lục 1. Nhờ vậy khi có sóng rất mạnh thì điện sóng biển cũng không tăng mạnh lên như điện gió, cụ thể là khi dùng phao hình trụ tròn đường kính 6 m cao 2,6 m, nếu sóng cao gấp 2, gấp 3, gấp 4 hoặc gấp 5 mức bình thường là 2 m chẳng hạn thì công suất của phao chỉ cao gấp 2,27 lần, gấp 3,29 lần, gấp 4,34 lần hoặc gấp 5,26 lần, không tăng mạnh đến mức gấp 8 lần, gấp 27 lần, gấp 64 lần hoặc gấp 125 lần như điện gió nếu tốc độ gió tăng lên gấp 2, gấp 3, gấp 4 hoặc gấp 5.
- Vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau hội tụ được những điều kiện đặc biệt thuận lợi cho điện sóng biển, điện gió và điện mặt trời. Chi tiết cụ thể như trong Phụ lục 2.
1.2.2. Cách làm đó có thể khắc phục được các nhược điểm của điện gió lớn, điện mặt trời tập trung và điện sóng biển theo cách các nước đã làm trước đây, cụ thể là:
- Không phải xây dựng từ dưới đáy biển lên mà chỉ cần cắm dần từng cụm 4 cột chống xuống đáy biển, sau đó kết nối chúng lại với nhau thành khung đỡ dài có 3 hàng phao và công nhân hoàn toàn làm việc ở trên cao.
- Không phải dùng cáp ngầm để truyền điện vào bờ như điện gió trên biển xa hoặc điện sóng biển các nước đã làm trước đây mà các đường dây dẫn điện hoàn toàn nằm trên khung đỡ. Trong các khung đỡ đều có đường ô tô bằng thép tấm cho xe con, xe nhỏ vận chuyển vật liệu điện, xe máy của công nhân đi làm việc,... chạy ra đến nơi xa nhất của khung đỡ.
- Phần ngâm trong nước biển chỉ có chân các cột chống bằng ống bê tông dự ứng lực phía dưới gắn bộ phận chống lún bằng bê tông cốt thép và các phao. Chỉ cần diện tích của bộ phận chống lún bằng bê tông cốt thép rộng khoảng 50 m2 thì áp lực xuống đáy biển của nó và các vật đè lên nó còn nhỏ hơn áp lực của nước biển xuống đáy biển ở độ sâu 5 m nên không sợ bị lún. Các bộ phận tạo nguồn lực để chạy máy phát điện và máy phát điện đều ở cao trên 11 m so với mực nước biển.
- Không tốn đất để xây dựng như điện mặt trời tập trung.
- Sử dụng những công nghệ rất bình thường nhiều nơi trong nước có thể làm được. Các máy phát điện một chiều chỉ là những máy có công suất dưới 200 KW.
- Thủy điện là loại điện có giá thành phát điện thấp nhất nước ta hiện nay nhưng mặc dù đã giảm sản lượng điện 20% để dự phòng rủi ro mà giá thành phát điện của điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau đã tính toán đến từng chi tiết cụ thể như ở trong mục 2.6 của bài này có khả năng rẻ hơn nhiều so với thủy điện.
- Tầng liên kết trên của khung đỡ phần lớn chưa sử dụng đến nên có thể gắn thêm điện gió nhỏ và điện mặt trời và giá thành phát điện của chúng sẽ rẻ hơn điện gió và điện mặt trời thông thường. Do chúng nằm rải trên một dãy dài nên cũng ít bị biến động hơn loại tập trung ở một chỗ.
2. Điện sóng biển làm theo cách hoàn toàn Việt Nam:
2.1. Độ cao bình quân tháng của sóng biển trên từng vùng biển ở nước ta:
Cuối tháng 12 năm 2011 và từ chiều ngày 04/03/2012 đến sáng ngày 04/03/2013, tôi đã tìm kiếm dự báo độ cao sóng biển trong các bản tin dự báo sóng biển của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. Sau đó từ 01/01/2018 đến nay lại tiếp tục thu thập thêm. Tính đến 31/05/2019 tổng cộng đã thu thập được 1.293 bản tin dự báo sóng biển và kết quả tính toán độ cao sóng biển bình quân từng tháng (tính theo mét) như sau:

Trong đó 6 vùng biển gần bờ là: Bắc Vịnh Bắc Bộ, Nam Vịnh Bắc Bộ, Quảng Trị đến Quảng Ngãi, Bình Định đến Ninh Thuận, Bình Thuận đến Cà Mau và Cà Mau đến Kiên Giang. Vùng biển Cà Mau đến Kiên Giang có sóng biển thấp hơn hẳn các vùng biển gần bờ khác nên khi tính điện sóng biển không tính đến vùng biển này. Hướng của đường bờ biển, độ dốc đáy biển, dòng chảy biển,... rất quan trọng nên cần chia các vùng biển này thành các vùng nhỏ hơn để dễ dàng trong việc tính toán:
- Trong vùng biển Bắc Vịnh Bắc Bộ thì Quảng Ninh có rất nhiều đảo nên gần bờ sóng rất nhỏ, vùng biển Hải Phòng có đảo Cát Bà chắn hướng đông bắc nên sóng từ gió đông bắc ở gần bờ biển phía nam Hải Phòng sẽ yếu hẳn đi vì thế trong vùng biển này chỉ xét từ Thái Bình đến Ninh Bình. Vùng này hoàn toàn nằm trong vùng có dòng chảy biển chậm nhưng do độ cao sóng biển còn thấp nên chỉ tính khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.
- Trong vùng biển Nam Vịnh Bắc Bộ thì hướng của đường bờ biển từ Thanh Hóa đến Nghệ An là bắc đông bắc - nam tây nam, nhưng hướng của đường bờ biển từ Hà Tĩnh đến Quảng Bình là tây bắc - đông nam. So với Quảng Bình, Hà Tĩnh có đường đẳng sâu 20 m ở xa hơn và dòng chảy biển cũng chậm hơn. Vì thế vùng biển này tạm chia thành 3 vùng nhỏ là: Thanh Hóa đến Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình. Các vùng này do độ cao sóng biển còn thấp nên cũng chỉ tính khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.
- Trong vùng biển từ Quảng Trị đến Quảng Ngãi thì hướng của đường bờ biển từ Quảng Trị đến Quảng Nam là tây bắc - đông nam, nhưng hướng của đường bờ biển Quảng Ngãi là bắc tây bắc - nam đông nam, đường đẳng sâu 20 m của chúng cũng khác nhau rất nhiều. Vì thế vùng biển này tạm chia thành 2 vùng nhỏ là: Quảng Trị đến Quảng Nam và Quảng Ngãi. Do dòng chảy biển đã khá mạnh nên tại vùng biển Quảng Trị đến Quảng Nam chỉ làm cụm điện sóng biển có 6 khung đỡ với phao thấp nhất cao 1,6 m. Vùng biển Quảng Ngãi do đường đẳng sâu 20 m ở ngay gần bờ và dòng chảy biển rất mạnh, việc tìm được nơi thuận lợi để làm điện sóng biển không dễ dàng nên tại vùng biển này nếu tìm được chỉ làm khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.
- Trong vùng biển từ Bình Định đến Ninh Thuận thì hướng chung của đường bờ biển là bắc - nam. Đường đẳng sâu 20 m ở ngay gần bờ và dòng chảy biển rất mạnh, việc tìm được nơi thuận lợi để làm điện sóng biển không dễ dàng nên tại vùng biển này nếu tìm được cũng chỉ làm khung đỡ ở ngay gần bờ mà thôi.
- Trong vùng biển từ Bình Thuận đến Cà Mau thì đường đẳng sâu 20 m trên vùng biển từ Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau xa hơn vùng biển từ Bình Thuận đến Vũng Tàu và vùng có dòng chảy biển chậm ở đông bắc Bình Thuận hẹp, sau mở rộng dần ra thành rất rộng, nên tạm chia thành 3 vùng nhỏ là: Bình Thuận, Bà Rịa - Vũng Tàu và Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau. Do chiều rộng của vùng có dòng chảy biển chậm nên tại vùng biển Bình Thuận chỉ làm cụm điện sóng biển có 6 khung đỡ với phao thấp nhất cao 1,6 m, vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu làm cụm điện sóng biển có 11 khung đỡ với phao thấp nhất cao 1,6 m, còn vùng biển Thành phố Hồ Chí Minh đến Cà Mau có thể làm cụm điện sóng biển có 11 khung đỡ với phao thấp nhất cao 2 m.
Nếu muốn gắn thêm điện gió nhỏ và điện mặt trời trên khung đỡ của điện sóng biển thì chỉ nên làm từ Bình Định trở vào mà thôi vì càng ra ngoài phía bắc thì tốc độ trung bình của gió và bức xạ mặt trời càng giảm bớt, nhưng khi có bão thì gió lại rất mạnh ảnh hưởng đến độ bền vững của khung đỡ.
5 tháng đầu năm nay, độ cao của sóng trên các vùng biển nước ta giảm nhiều so với cùng kỳ năm trước, cụ thể như trong biểu sau:

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

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