Nguyên Cứu Tính Toán Thiết Kế Hộp Số Chuyển Đổi Năng Lượng Sóng Thành Năng Lượng Điện.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K THUT
THNH PH H CH MINH

CễNG TRèNH 1*+,ầ1&8.+2$+&&$6,1+9,ầ1

1*+,ầ1&87ậ1+72ẩ17+,7.+36
&+8<1,11*/1*6ẽ1*
7+ơ1+11*/1*,1
S

K

C

0

0

3

9

5

9

M S:69
&+1+,07ơ,3+01*&7ơ,

S KC 0 0 7 6 6 7

Tp. Hồ Chí Minh, WKiQJ


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỘP SỐ CHUYỂN ĐỔI NĂNG
LƯỢNG SĨNG THÀNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
SV2021-186

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật
SV thực hiện: Phạm Ngọc Tài

Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa:17144CL4

Khoa : CLC

Năm thứ: 4

Ngành học:Công nghệ kỹ thuật cơ khí
Người hướng dẫn: Ts. Phan Cơng Bình

TP Hồ Chí Minh, 6/2021

/Số năm đào tạo:4


MỤC LỤC
Mục lục ........................................................................................................................ i
Danh mục các từ viết tắt ............................................................................................ iv
Danh mục các biểu đồ và hình ảnh ............................................................................. v
Danh mục các bảng biểu........................................................................................... vii
Chương 1
TỔNG QUAN............................................................................................................. 1
1.1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước. ........................................................... 1
1.1.1.

Các nghiên cứu trong nước. ................................................................... 1

1.1.2.

Các kết quả nghiên cứu ngoài nước. ...................................................... 9

1.2. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 16
1.3. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 17
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đồ án ................................................................... 18
1.4.1.

Mục tiêu chung ..................................................................................... 18

1.4.2.

Mục tiêu cụ thể ..................................................................................... 18

1.5. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .................................................................. 18
1.5.1.

Đối tượng nghiên cứu........................................................................... 18

1.5.2.

Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 18

1.6. Phương hướng tiếp cận và lựa chọn phương án ý tưởng thiết kế. .............. 19
1.6.1.

Các tồn tại............................................................................................. 19

1.6.2.

Đề xuất nhiệm vụ của đồ án ................................................................. 19

1.7. Kết cấu đồ án. ............................................................................................. 20
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................... 21
2.1. Cơ sở tính tốn năng lượng sóng. ............................................................... 21
i


2.1.1.

Những thơng số của sóng ..................................................................... 21

2.1.2.

Cơ sở tính tốn năng lượng sóng ......................................................... 22

2.2. Cơ sở tính tốn thiết kế mơ hình phao. ....................................................... 23
2.3. Cơ sở tính tốn thiết kế đối trọng................................................................ 26
2.4. Cơ sở lựa chọn máy phát điện..................................................................... 28
2.5. Cơ sở tính tốn hộp số ................................................................................ 30
2.6. Động lực học của thiết bị ............................................................................ 42
Chương 3
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH ...................................................................... 46
1.1. Tính tốn năng lượng sóng ......................................................................... 46
1.2. Tính tốn, thiết kế phao .............................................................................. 46
1.3. Tính tốn, thiết kế, chế tạo đối trọng .......................................................... 49
1.4. Tính tốn, thiết kế khung. ........................................................................... 50
1.5. Tính tốn thiết kế cần .................................................................................. 51
Chương 4
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỘP SỐ .......................................................................... 52
4.1. Cơ sở tính tốn hộp số. ............................................................................... 52
4.2. Xác định thông số trên các trục: ................................................................. 53
4.3. Tính tốn, lựa chọn bộ truyền xích ............................................................. 55
4.4. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng ....................................................... 56
4.5. Khớp nối trục .............................................................................................. 67
4.6. Tính tốn thiết kế trục ................................................................................. 67
4.7. Tính tốn lựa chọn ổ lăn ............................................................................. 76
4.8. Tính toán bánh đà. ....................................................................................... 79

ii

Chương 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 81
5.1. Kết luận ....................................................................................................... 81
5.2. Kiến nghị ..................................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO

iii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AWS: Aschimedes Wave Swing
WD: Wave Dragon
WEC: Wave Energy Converters

iv


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý mơ hình của tác giả Nguyễn Đơng Anh và Nguyễn Văn Hải.
.................................................................................................................................... 1
Hình 1.2: Mơ hình của tác giả Nguyễn Đông Anh và Nguyễn Văn Hải. .................. 2
Hình 1.3: Ngun lý mơ hình của tác giả ThS. Phùng Văn Ngọc, GS.TS Nguyễn Thế
Mịch, TS. Lê Vĩnh Cẩn và ThS. Đồn Thị Vân. ........................................................ 3
Hình 1.4: Mơ hình của tác giả Phùng Văn Ngọc, Nguyễn Thế Mịch, Đặng Thế Ba 4
Hình 1.5: Mơ hình của tác giả Tống Đức Năng, Lê Hồng Chương. ......................... 5
Hình 1.6: Mơ hình của tác giả Bùi Đăng Linh, Nguyễn Hoàng Quốc Việt và Huỳnh
Châu Duy. ................................................................................................................... 6
Hình 1.7: Thiết bị phát điện kiểu rắn biển, Viện Nghiên cứu Cơ khí ....................... 7
Hình 1.8: Thiết bị phát điện dạng phao nổi, Đại học Quốc gia Hà Nội .................... 7
Hình 1.9: Thiết bị phát điện cố định trên mặt biển, Viện Khoa học Năng lượng ..... 8

Hình 1.10: Tỷ lệ phát triển của mơ hình sóng biển trên thế giới. .............................. 9
Hình 1.11: Các cơng trình thu hồi năng lượng sóng trên thế giới. ............................ 9
Hình 1.12: Thiết bị Pelamis. .................................................................................... 10
Hình 1.13: Thiết bị Crestwing ................................................................................. 11
Hình 1.14: Hệ thống phao tiêu nổi AquaBuoy. ....................................................... 11
Hình 1.15: Hệ thống phao tiêu chìm AWS. ............................................................. 13
Hình 1.16: Cơng nghệ năng lượng đại dương PowerBuoy. .................................... 14
Hình 1.17: Hệ thống WEPTOS ............................................................................... 15
Hình 1.18: Thiết bị Wavestar .................................................................................. 15
Hình 1.19: Thiết bị vượt sóng Wave Dragon. ......................................................... 16
Hình 1.20: Mơ hình sơ bộ ........................................................................................ 20
----------------------------------------------------------------------------------------------------v


Hình 2.1: Các thơng số của sóng. ............................................................................ 21
Hình 2.2: Phân loại chiều sâu mực nước ................................................................. 23
Hình 2.3: Một số hình dạng thơng dụng của phao. ................................................. 23
Hình 2.4: Hình dáng phao........................................................................................ 24
Hình 2.5: Bảng tra mw ............................................................................................. 25
Hình 2.6: sơ đồ chuyển đổi cơng suất...................................................................... 26
Hình 2.7: Phân tích lực tác dụng lên đối trọng. ....................................................... 27
Hình 2.8: Mô tơ phát điện và bộ chuyển đổi ổn định điện áp 12 VDC ................... 29
Hình 2.9: Đồ thị đặc trưng về điện áp và cường độ dòng điện của mơ tơ phát điện29
Hình 2.10: Hộp số .................................................................................................... 30
Hình 2.11: Các thơng số hình học của bộ truyền bánh răng.................................... 31
Hình 2.12: Sơ đồ phân tích động lực học thiết bị. ................................................... 42
Hình 2.13: Đặc tính sóng điều hịa .......................................................................... 42
----------------------------------------------------------------------------------------------------Hình 3.1: Bản vẽ tổng thể của phao......................................................................... 48
Hình 3.2: Phân tích lực tác dụng lên đối trọng. ....................................................... 49
Hình 3.3: Bản vẽ tổng thể đối trong ........................................................................ 50

Hình 3.4: Tổng thể bộ khung. .................................................................................. 51
----------------------------------------------------------------------------------------------------Hình 4.1: Sơ đồ hộp số ............................................................................................ 52
Hình 4.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên trục. ............................................................ 68
Hình 4.3: Biểu đồ nội lực trên trục I........................................................................ 73
Hình 4.4: Biểu đồ nội lực trên trục II. ..................................................................... 75

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1:Trị số môđun theo tiêu chuẩn của bánh răng ........................................... 32
Bảng 2.2: Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ . .............................. 33
Bảng 2.3: Giới hạn mỏi tiếp xúc σ0Hlim và uốn σ0Flim . ............................................. 35
Bảng 2.4: Hệ số tải trọng KHE và KFE. ..................................................................... 36
Bảng 2.5: Hệ số phụ thuộc vào bánh răng và độ rắn bề mặt răng . ......................... 38
Bảng 2.6: Hệ số KHβ và KFβ . ................................................................................... 39
Bảng 2.7: Chọn số răng đĩa xích bánh dẫn .............................................................. 40
Bảng 2.8: Trị số công suất cho phép của bộ truyền xích . ....................................... 42
----------------------------------------------------------------------------------------------------Bảng 3.1: Các thơng số của phao. ............................................................................ 49
----------------------------------------------------------------------------------------------------Bảng 4.1: Phân phối tỷ số truyền. ............................................................................ 54
Bảng 4.2: Thơng số đĩa xích 35 – 18B. ................................................................... 56
Bảng 4.3: Các thông số đầu vào. ............................................................................. 57
Bảng 4.4: Các thơng số và kích thước bộ truyền. .................................................... 66
Bảng 4.5: Đường kính sơ bộ của các trục. ............................................................... 70
Bảng 4.6: Kích thước các đoạn của hai trục. ........................................................... 76
Bảng 4.7: Thông số đầu vào của bánh đà ................................................................ 79

vii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu tính tốn thiết kế hộp số chuyển đổi năng lượng sóng thành
năng lượng điện
- Chủ nhiệm đề tài:

Phạm Ngọc Tài

Mã số SV: 17144140
Khoa:Đào tạo chất lượng cao

- Lớp: 17144CL4
- Thành viên đề tài:
Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

1

Nguyễn Xuân Anh

17144047

17144CL4

CLC

2

Bùi Hải Sơn

17144137

17144CL4

CLC

3

Vũ Thị Lệ Uyên

17144175

17144CL4

CLC

- Người hướng dẫn: Ts. Phan Cơng Bình
2. Mục tiêu đề tài: Thiết kế hộp số chuyển đổi năng lượng sóng thành năng lượng
điện.
3. Tính mới và sáng tạo:
Biến chuyển động tịnh tiến của phao thành chuyển động quay 1 chiều của hộp số.

điện.

Đưa ra 1 một mơ hình hộp số giúp biến đổi năng lượng sóng thành năng lượng

4. Kết quả nghiên cứu:
Đưa ra được mơ hình hộp số chuyển đổi năng lượng sóng thành năng lượng điện.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Góp phần nghiên cứu, tìm ra 1 phương pháp khai thác nguồn năng lượng sạch
thay cho năng lượng hóa thạch. Làm tiền để cho các nghiên cứu chuyển đổi năng
lượng sóng thành năng lượng điện.


6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu
có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày

tháng

năm

SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề
tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày

tháng

năm

Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)


Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.1.1. Các nghiên cứu trong nước.
Bài báo: “Nghiên cứu và thử nhiệm thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển”
của tác giả Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Văn Hải – Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam được đăng trên “Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Biển;
Tập 17, Số 1: 2017”. Bài viết đưa ra các kết quả đạt được trong nghiên cứu và thử
nghiệm thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển. Thiết bị phát điện được chế tạo hoạt
động theo phương thẳng đứng của sóng biển, phao của thiết bị thả nổi trên mặt biển để
truyền năng lượng sóng biển đến máy phát điện được gắn cố định ở đáy biển. Kết quả
thử nghiệm ở biển nhận được với công suất hoạt động ổn định đạt đến 200 W, điện áp
phát ra 220 VAC tần số 50 Hz thực sine. Các kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị hoàn
toàn phù hợp với các điều kiện thực tế biển Việt Nam.

Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý mơ hình của tác giả Nguyễn Đông Anh và Nguyễn Văn
Hải.[1]

1

Hình 1.2: Mơ hình của tác giả Nguyễn Đơng Anh và Nguyễn Văn Hải.
Bài báo: “Nghiên cứu thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng
điện dạng phao nổi” của các tác giả: ThS. Phùng Văn Ngọc - Viện Khoa học thủy lợi
Miền Trung và Tây nguyên, GS.TS Nguyễn Thế Mịch, TS. Lê Vĩnh Cẩn - Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội, ThS. Đoàn Thị Vân - Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn
Trung Ương được đăng ở tạp chí Khoa học và cơng nghệ thủy lợi số 21 - 2014. Bài báo
giới thiệu các kết quả nghiên cứu thiết bị biến đổi năng lượng sóng biển thành điện năng
sử dụng nguyên lý phao nổi hình hộp chữ nhật. Bài báo cũng đưa ra một số kết quả tính
tốn cho thiết bị biến đổi năng lượng sóng biển áp dụng cho vùng có mức năng lượng
lớn.

2


Hình 1.3: Ngun lý mơ hình của tác giả ThS. Phùng Văn Ngọc, GS.TS Nguyễn Thế
Mịch, TS. Lê Vĩnh Cẩn và ThS. Đoàn Thị Vân. [2]
Bài báo: “Khảo sát và tính tốn một số đặc tính của thiết bị chuyển đổi năng lượng
sóng biển” của các tác giả: Phùng Văn Ngọc - Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung và
Tây nguyên, Nguyễn Thế Mịch - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Đặng Thế Ba Trường Đại học Công nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội được đăng trên tạp chí Khoa học
kỹ thuật thủy lợi và mơi trường - số 41 (6/2013). Bài báo giới thiệu các nghiên cứu về
thiết bị biến đổi năng lượng sóng biển thành điện năng sử dụng nguyên lý phao nổi. Bên
cạnh đó, nghiên cứu cũng khảo sát, phân tích và tính tốn các đặc tính của thiết bị biến
đổi năng lượng sóng.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy được việc sử dụng thiết bị dao động phao nổi
hoàn toàn đáp ứng về mặt chuyển đổi năng lượng trong thực tế với điều kiện áp dụng
tại vùng biển Việt Nam. Quá trình nghiên cứu đưa ra một số kết quả tính tốn cho thiết
bị biến đổi năng lượng sóng biển dạng hình trụ áp dụng cho vùng có mức năng lượng
lớn.

3

Hình 1.4: Mơ hình của tác giả Phùng Văn Ngọc, Nguyễn Thế Mịch, Đặng Thế Ba [3]
Bài báo: “Nghiên cứu thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng đặt ven bờ” của tác giả:
Tống Đức Năng, Lê Hồng Chương được đăng trong tạp chí Khoa học và cơng nghệ xây
dựng số 4 – 2017. Trong bài báo này, một mơ hình thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng
biển theo nguyên lý phao nổi được đề xuất, một số thơng số chính của thiết bị cũng được
tính tốn, khảo sát cho điều kiện Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng
thiết bị dao động phao nổi chuyển hóa năng lượng sóng thành năng lượng dịng thủy lực
để làm quay tuabin máy phát điện là phù hợp với điều kiện tại một số khu vực.

4


Hình 1.5: Mơ hình của tác giả Tống Đức Năng, Lê Hồng Chương. [4]
Bài báo: “Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng
điện” của các tác giả Bùi Đăng Linh, Nguyễn Hoàng Quốc Việt, Huỳnh Châu Duy Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM, Trường ĐH Bách khoa TP. HCM. Bài
báo này giới thiệu các nghiên cứu của các bộ biến đổi năng lượng sóng biển như bộ biến
đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing (AWS) và bộ biến đổi năng
lượng sóng biển Wave Dragon (WD). Bên cạnh đó, các nghiên cứu, phân tích và mơ
phỏng kỹ thuật điều khiển cơng suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi
năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu cũng được
giới thiệu trong bài báo. Các kết quả mô phỏng bằng phần mềm Simulink/Matlab cho
thấy tính hiệu quả của các bộ điều khiển mà đã được áp dụng cho máy phát điện đồng
bộ nam châm vĩnh cửu của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển.

5


Hình 1.6: Mơ hình của tác giả Bùi Đăng Linh, Nguyễn Hoàng Quốc Việt và Huỳnh

Châu Duy. [5]
Viện Nghiên cứu Cơ khí thực hiện thiết kế chế tạo thiết bị phát điện từ năng lượng
sóng biển trong khn khổ đề tài KC.05-17/06-10, thiết bị hoạt động theo mơ hình thả
nổi trên mặt biển dạng rắn biển với công suất thiết kế từ 5÷10 kW [6]. Thiết bị được chế
tạo gồm năm boong phao, trong đó ba boong phao thu nhận năng lượng và hai boong
phao chuyển đổi năng lượng được lắp đặt các mô tơ phát điện loại công nghiệp. Các
boong phao được liên kết với nhau bằng khớp bản lề để thu nhận năng lượng, dưới tác
dụng của sóng biển hệ thống thuỷ lực sẽ cung cấp dòng lưu lượng dầu ổn định với áp
suất cao đẩy quay các mô tơ phát điện. Thiết bị đã hoạt động thử nghiệm tại biển Hòn
Dấu - Hải Phòng và cung cấp điện năng cho bộ đội biên phịng đóng trên đảo sử dụng.

6


Hình 1.7: Thiết bị phát điện kiểu rắn biển, Viện Nghiên cứu Cơ khí
Đại học Quốc gia Hà Nội đã thực hiện chế tạo thiết bị phát điện từ năng lượng
sóng biển dạng phao nổi, thiết bị được thiết kế chế tạo hoạt động thả nổi trên mặt biển
theo phương thẳng đứng. Trong mơ hình, các tác giả đã tính tốn chế tạo mơ tơ phát
điện dạng chuyển động tịnh tiến lên xuống và phát điện trực tiếp, với nam châm của mô
tơ phát được gắn xung quanh trục chuyển động nằm ở giữa, các cuộn dây cảm ứng được
lắp đặt xung quanh trục nam châm để phát ra điện năng. Thiết bị đã được tiến hành thử
nghiệm ở biển, với công suất điện từ thiết bị phát ra đã nhận được còn hạn chế, thiết bị
là sản phẩm thuộc đề tài mã số QG.14.1 [7,8].

Hình 1.8: Thiết bị phát điện dạng phao nổi, Đại học Quốc gia Hà Nội
Viện Khoa học Năng lượng, thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN đã thực hiện đề tài
mã số VAST07.04/14-15, trong đề tài đã chế tạo được một mơ hình thiết bị phát điện
bằng năng lượng sóng biển hoạt động nổi trên mặt biển sử dụng mô tơ phát điện dạng
máy phát thủy điện loại trục đứng. Thiết bị hoạt động trên bề mặt sóng biển và gắn cố
định trên mặt biển. Thiết bị được chế tạo gồm hai khoang chứa15 trên dưới, khoang ở

trên nhận nước biển đổ vào trong nửa chu kỳ sóng tiến từ bụng sóng đến đỉnh sóng và
đồng thời khoang dưới xả nước đẩy quay mô tơ phát điện trong nửa chu kỳ kế tiếp khi
sóng biến đổi từ đỉnh sóng xuống bụng sóng. Trong mơ hình thiết bị, các tác giả sử dụng
loại mơ tơ phát điện có công suất định mức 60 W, với công suất điện phát ra khi thử
nghiệm ở biển đã nhận được 50,92 W. Cách thức thử nghiệm: các tác giả sử dụng cần
cẩu cảng buộc cáp thả treo thiết bị giữ ở mức lơ lửng trên bề mặt nước biển để khảo sát
thử nghiệm sự hoạt động của thiết bị [9].

7


Hình 1.9: Thiết bị phát điện cố định trên mặt biển, Viện Khoa học Năng lượng

8


1.1.2. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước.
Mối quan tâm về năng lượng sóng được thúc đẩy bởi cuộc khủng hoảng dầu mỏ
vào năm 1973. Một số nhà nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra tiềm năng tạo ra điện từ
sóng biển. Cho đến hiện nay theo thống kê trên thế giới có hàng trăm các doanh nghiệp
hoạt động trong lĩnh vực này, ngồi ra cịn nhiều tổ chức, cá nhân đóng góp rất nhiều
cơng trình từ phát minh, sáng chế để không ngừng nghiên cứu và phát triển các thiết bị
cơng nghệ WEC.

Hình 1.10: Tỷ lệ phát triển của mơ hình sóng biển trên thế giới.

Hình 1.11: Các cơng trình thu hồi năng lượng sóng trên thế giới.
❖ Thiết bị pelamis:
9

Pelamis là một hệ thống phao, gồm một loạt các ống hình trụ nửa chìm, nửa nổi,
nối với nhau bằng bản lề. Sóng biển làm chuyển động mạnh hệ thống phao, nó tác động
mạnh vào hệ thống bơm thủy lực làm quay turbin phát điện. Hàng loạt thiết bị tương tự
sẽ kết nối với nhau, làm cho turbin hoạt động liên tục. Dòng điện được truyền qua giây
cáp ngầm dưới đáy đại dương dẫn vào bờ, nối với lưới điện, cung cấp cho hộ sử dụng.
Nếu xây dựng nhà máy điện có cơng suất 30 MW sẽ chiếm diện tích mặt biển là 1km2.

Hình 1.12: Thiết bị Pelamis. [10]
Pelamis neo ở độ sâu chừng 50 – 70 m, cách bờ dưới 10 km, là nơi có mức năng
lượng cao trong các con sóng. Và Pelamis gồm ba modul biến đổi năng lượng, mỗi
modul có hệ thống máy phát thủy lực - điện đồng bộ. Mỗi thiết bị pelamis có thể cho
cơng suất 750 kW, nó có chiều dài 140 – 150 m, có đường kính ống 3 - 3,5 m.
Tại Bồ Đào Nha, có hệ thống pelamis đầu tiên trên thế giới, gồm 3 pelamis có cơng
suất 2,25 MW. Năm 2007, Scotland đã đặt 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3 MW,
với giá thành 4 triệu bảng.

❖ Hệ thống Crestwing
Crestwing bao gồm hai phao hình chữ nhật được nối với nhau bằng bản lề. Hai
chiếc phao nối liền nhau chuyển động tương quan với nhau. Một thanh đẩy được gắn
10


vào phao sau và lắp vào phía trước. Thanh đẩy di chuyển một giá đỡ và bánh răng nhờ
đó nó dẫn động một máy phát điện. Máy phát điện hoạt động như một phanh hãm. Năng
lượng được tạo ra khi sóng kéo đi và tâm của cây bị kéo xuống.

Hình 1.13: Thiết bị Crestwing [10]
❖ Hệ thống phao tiêu nổi AquaBuoy:
AquaBuoy là một hệ thống phao nổi, có nguyên lý hoạt động nhằm biến đổi năng

lượng động học của chuyển động thẳng đứng do các đợt sóng biển tạo ra năng lượng
điện sạch. Nhờ việc trồi lên, ngụp xuống của sóng biển làm hệ thống phao nổi dập dềnh
lên xuống mạnh làm hệ thống xilanh chuyển động, tạo ra dòng điện. Điện dẫn qua hệ
thống cáp ngầm đưa lên bờ, hịa vào lưới điện.

Hình 1.14: Hệ thống phao tiêu nổi AquaBuoy. [10]

11


Mỗi phao tiêu có thể đạt cơng suất tới 250 kW, với đường kính phao 6 m. Nếu
trạm phát điện có cơng suất 10 MW chỉ chiếm 0,13 km2 mặt biển.
Bơm ống là ống cao su cốt thép, nó hoạt động như cái bơm bình thường, khi sóng
nén, nước biển phọt mạnh về phía sau, có chứa một bộ cao áp, làm quay turbin, điện thu
được, dẫn qua cáp ngầm vào bờ để hịa chung vào lưới điện.
Ngồi ra trên các AquaBuoy, đặt các tấm pin mặt trời; turbin gió nhỏ nhằm tạo ra
nguồn điện năng cho các thiết bị chuẩn đoán gắn trong Aqua Buoy. Tất cả dữ liệu về
thiết bị đều được truyền bằng công nghệ không dây, vệ tinh về khu vực điều hành. Hệ
thống Aqua Buoy thường lắp đặt cách bờ chừng 5 km ở nơi biển có độ sâu 50m.
Năm 2006, dự án 800 kW, ở Makar Bay, Wahington, đã thực hiện với giá thành 3
triệu đơ la, nó cung cấp điện cho 150 hộ gia đình.
Dự án 2 MW tại Figuera da Foz, Bồ Đào Nha và dự án 2 MW ở miền Nam
California, Mỹ.
❖ Hệ thống phao tiêu chìm ASW
Ở Cơng ty AWS Ocean Eneny, Scotland người ta phát minh ra hệ thống máy phát
điện mới nhằm biến chuyển động sóng thành điện năng. Khác với những hệ thống đang
tồn tại. Đó là hệ thống phao tiêu nằm chìm dưới mặt nước, nên khơng bị ảnh hưởng bởi
điều kiện khí hậu trên mặt biển. Hệ thống phao tiêu ngầm giống như những quả ngư lôi
dưới mặt nước biển chừng 50 m mà vẫn tạo ra điện năng nhờ sóng biển. Họ đã thành
cơng năm 2008.

12


Hình 1.15: Hệ thống phao tiêu chìm AWS. [10]
Các hệ thống nổi trên mặt biển dễ bị các trận bão tàn phá, thì hệ thống chìm của
AWS (Aschimedes Wave Swing) đã chế tạo bằng vật liệu sử dụng như dàn khai thác
dầu mỏ ngoài khơi, được đặt ở độ sâu yên tĩnh. Hệ thống tạo ra năng lượng nhờ sóng
biển từ xa, qua các biến thiên áp suất sinh ra do biến đổi của cột nước.
Hệ thống phao tiêu AWS là một xi lanh dài 35 m, rộng 10 m chứa khí nén bên
trong khiến phao khơng chìm, nửa trên chỉ chuyển động theo chiều thẳng đứng. Khi
sóng lướt qua, sự tăng khối lượng nước làm gia tăng áp suất cột nước và phần bên trên
hệ thống bị đẩy xuống dưới. Giữa hai đợt sóng, cột nước hạ xuống, áp suất hạ theo làm
nổi lên phần trên của hệ thống. Chuyển động bơm biến thành điện năng. Điện được
chuyển tải qua cáp ngầm, lên hòa vào lưới điện quốc gia.
❖ Hệ thống PowerBuoy:
Các bộ hấp thụ điểm là các cấu trúc nổi có kích thước ngang nhỏ so với kích thước
dọc của chúng và sử dụng tác động của sóng tại một điểm. Hầu hết các thiết kế cho các
điểm hấp thụ giống như một chiếc phao thơng thường. Nói chung, một đầu của bộ hấp
thụ được cố định (hoặc tương đối cố định so với mặt nước) trong khi đầu kia chuyển
động theo chiều dọc, hành động chuyển động ngược được sử dụng để bơm chất lỏng
hoặc điều khiển máy phát tuyến tính, từ đó có thể cung cấp năng lượng có thể sử
13


dụng. Bộ hấp thụ điểm là một trong những loại thiết kế phổ biến nhất trong ngành công
nghiệp hiện nay và PowerBuoy.
PowerBuoy sản xuất ra điện nhờ kết cấu gồm hai phần chính: một phao có đường
kính 1,52 m, cao 1,52 m và một cột cao 7,62 m.

Hình 1.16: Cơng nghệ năng lượng đại dương PowerBuoy. [10]
❖ Hệ thống WEPTOS
WEPTOS có cấu trúc hình tam giác đơn giản và bền bỉ, được kết nối thông qua
một bộ phận linh hoạt trong cánh cung. Cấu trúc được neo bởi dầm định vị chính xác
theo hướng của sóng.
Thơng qua cấu trúc góc nổi của nó, bộ chuyển đổi năng lượng sóng có thể điều
chỉnh năng lượng sóng đầu vào và giảm tác động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Cấu trúc hình chữ V hấp thụ năng lượng sóng thơng qua một đường trục quay, và mỗi
trục quay truyền năng lượng đến một trục chung, được gắn trực tiếp vào máy phát điện.
Bằng cách này, sẽ tạo ra năng lượng đồng đều trong suốt thời lượng sóng, cho phép áp
dụng các giải pháp máy phát điện đã biết khác.
Khi một làn sóng chạm vào một rôto riêng lẻ, cơ học của trục khớp làm cho nó
quay. Sau khi một làn sóng truyền qua cánh quạt riêng lẻ, trọng tâm làm cho cánh quạt
quay ngược trở lại điểm xuất phát.

14