Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM


BÙI ĐĂNG LINH



NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN



LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 605202202








TP. HỒ CHÍ MINH, tháng …. năm 20….

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

BÙI ĐĂNG LINH



NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN



LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 605202202


HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH CHÂU DUY





TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2013
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM



Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Huỳnh Châu Duy
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày 22 tháng 01 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ h
ọ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

1.TS. Nguyễn Thanh Phương - Chủ tịch hội đồng
2. PGS.TS. Trần Thu Hà - Ủy viên
3.TS. Đinh Hoàng Bách - Phản biện 1
4.TS. Nguyễn Viễn Quốc - Phản biện 2
5.TS. Võ Hoàng Duy - Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sử
a chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH - ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày … tháng… năm 20 …

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI ĐĂNG LINH Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1976 Nơi sinh: Long An
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:1181031030
I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN
THÀNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Tổng quan các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển.
 Nghiên cứu, phân tích và đánh giá các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng
biển.
 Nghiên cứu và phân tích kỹ thuật điều khiển công 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.
 Nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:21- 06 - 2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM :29 – 12 - 2012
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH CHÂU DUY

CÁN BỘ HƯỚNG DẪ
N KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 201


BẢN CAM ĐOAN

Họ và tên học viên:Bùi Đăng Linh
Ngày sinh:12 / 01/1976 Nơi sinh: Long An
Trúng tuyển đầu vào năm:2011
Là tác giả luận văn:Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành
năng lượng điện
Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành:605202202
Bảo vệ ngày: 22 Tháng 01 năm 2013
Điểm bảo vệ luận văn:8,88
Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hộ
i
đồng
đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa:
Chuyển nội dung chương 6 lên sau chương 1
Chuyển tài liệu tham khảo về cuối quyển luận văn

Người cam đoan Cán bộ Hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)




i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện luận văn


Bùi Đăng Linh













ii
LỜI CÁM ƠN
Trước tiên, xin chân thành cảm ơn sự quan tâm hỗ trợ, tạo điều kiện và hết lòng
động viên về tinh thần lẫn vật chất của các thành viên trong gia đình trong suốt thời
gian qua.
Đồng Thời cảm ơn Thầy Huỳnh Châu Duy đã hướng dẫn, quan tâm và tạo
thuận lợi cho bản thân học viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp này.

Bên cạnh đó, xin chuyển lời cảm ơn đế
n: Thầy Trần Văn Hai, Hiệu Trưởng của
trường, nơi học viên đang công tác đã tạo điều kiện về thời gian, hỗ trợ học phí cũng
như các điều kiện thuận lợi khác để học viên hoàn thành chương trình cao học này.
Ngoài ra học viên cũng xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những Thầy Cô đã trực
tiếp giảng dạy trong suốt khóa học, những đồng nghiệp đã chia sẽ khó khăn, những
người bạn đã quan tâm, động viên và luôn giữ mối liên lạc tốt trong quá trình học tập
và rèn luyện vừa qua.
Học viên thực hiện luận văn



Bùi Đăng Linh











iii
TÓM TẮT
Nguồn năng lượng tái tạo nói chung và nguồn năng lượng sóng biển nói
riêng có ý nghĩa rất lớn trong việc tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát
triển bền vững. Luận văn đề cập đến việc nghiên cứu các hệ thống biến đổi năng
lượng sóng thành điện năng. Việc tạo ra năng lượng điện từ sóng biển đã có những

buớc phát triển đột phá trong việc nghiên cứu các hệ thống biến đổi năng lượng.
Học viên đã nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các hệ thống biến
đổi như: hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis, hệ thống Oscillating
Water Column, hệ thống Anaconda, hệ thống nổi Aschimedes Wave Swing, hệ
thống chìm Aschimedes Wave Swing, hệ thống Wave Dragon, hệ thống Wave
Searaser, hệ thống Wave Oyster.
Trên cơ sở nghiên cứu học viên đ
ã chọn hệ thống biến đổi chìm Aschimedes
Wave Swing và hệ thống Wave Dragon cho việc nghiên cứu sản xuất năng lượng
điện bằng năng lượng sóng biển. Hai hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS
và WD có thể được xem là phù hợp với các điều kiện tự nhiên của các vùng biển
Việt Nam. Các hệ thống này có thể được sử dụng để khai thác và biến đổi nguồn
năng l
ượng tái tạo sóng biển thành năng lượng điện, nhằm phục vụ cho nhu cầu phụ
tải điện ngày càng phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và cũng để giảm bớt các gánh
nặng cho các nguồn điện truyền thống.







iv
ABSTRACT
Renewable energy in general and sea wave energy in particular has critical
significance in resource saving, environmental protection and sustainable
development. Thesis refers to the study of the systems converting wave energy into
electricity. The electrical energy Creating from ocean waves has a breakthrough
development in the study of energy conversion systems.

Student studied and learnt principles of operation of the modified systems as:
Pelamis, Oscillating Water Column, Anaconda, Floating Aschimedes Wave Swing
sinking Aschimedes Wave Swing, Wave Dragon, Wave Searaser and Oyster Wave
On the basis of the study, student selected sinking Aschimedes Wave Swing
and Wave Dragon. The AWS and WD are approriated with the natural conditions of
Vietnam’s sea areas. These systems can be used to exploit and transform renewable
energy waves into electrical energy, not only that responds to strong needs of
electrical load in Vietnam , but also reduces the burden of traditional power sources.











v
MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt iii
Abstract iv
Chương 1: Giới thiệu
1.1 Giới thiệu 1
1.1.1 Tác động đến thế giới động vật 3
1.1.2 Tác động đến hệ sinh thái dưới nước 3
1.1.3 Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường 4

1.1.4 Tác động của khí hậu 4
1.1.5 Tác động của xã hội 4
1.2 Mục tiêu của luận văn 7
1.3 Cấu trúc của lu
ận văn 8
1.4 Kết luận 8
Chương 2 : Nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam
2.1. Nghiên cứu năng lượng sóng tại việt nam 11
2.2 Quy hoạch phát triển các nguồn năng lượng điện tại Việt Nam 16
2.3 Khai thác năng lượng sóng biển tại Việt Nam 18
2.4. Kết luận 19

Chương 3: Tổng quan về hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng
lượng điện
3.1 Nghiên khai thác năng lượng sóng biển trên thế giới 20
3.2 Các hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển đã được nghiên cứu trên
thế giới 25
3.3 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 26
3.3.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượ
ng sóng biển Pelamis 26
3.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng
vi
biển Pelamis 27
3.3.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 27
3.4 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating Water Column. 29
3.4.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating
Water Column 29
3.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng
sóng biển Oscillating Water Column 30
3.4.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Oscillating

Water Column 31
3.5 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32
3.5.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32
3.5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng
sóng biển Anaconda 32
3.5.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Anaconda 33
3.6 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave
Swing 34
3.6.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi
Aschimedes Wave Swing 34
3.6.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng
biển nổi Aschimedes Wave Swing 35
3.6.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng
biển nổi Aschimedes Wave Swing 35
3.7 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave
Swing 35
3.7.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm
Aschimedes Wave Swing 35
3.7.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
chìm Aschimedes Wave Swing 36
vii
3.7.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm
Aschimedes Wave Swing 36
3.8 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 36
3.8.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 36
3.8.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 37
3.8.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

Wave Dragon 37
3.9. Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38
3.9.1
Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Searaser 38
3.9.2 Nguyên lý họat động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Searaser 38
3.9.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Searaser 39
3.10 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave oyster 39
3.10.1 Cấu tạo Cấu tạo của hệ thống biế
n đổi năng lượng sóng biển
Wave oyster 39
3.10.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave oyster 40
3.10.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave oyster 40
3.11 Kết luận 40

Chương 4: Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave
Swing (AWS)
4.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS 41
4.2 Mô hình toán học cho sự chuyển động của hệ thống AWS 43
4.2.1 Trong điều kiện sóng dao động bình thường 43
viii
4.2.2 Trong điều kiện sóng dao động bất thường 43
4.3 Máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính trong hệ thống AWS 43
4.3.1 Cấu tạo 43
4.3.2 Nguyên lý hoạt động của máy phát nam châm vĩnh cửu
tuyến tính 44

4.3.3 Mô hình toán của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính
vận hành độc lập 45
4.3.4 Mô hình toán của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến kết
nối lưới điện trong khung tham chiếu a, b, c. 47
a. Khảo sát khi sóng biển nhô cao 47
b. Khảo sát khi sóng biể
n hụp xuống 50
4.3.5 Mô hình toán của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến tính
trong hệ tọa độ d, q. 51
a. Khảo sát khi sóng biển nhô cao 53
b. Khảo sát khi sóng biển hụp xuống 54
4.4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống AWS. 55
4.4.1 Mật độ dao động của sóng biển 55
4.4.2 Chiều dài của sóng biển 56
4.4.3 Đường kính phao 56
4.4.4 Độ cao của sóng biển 57
4.5 Đánh giá khả năng triển khai hệ thống AWS 57
4.6 Kết luận 58

Chương 5 : Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon
5.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 59
5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 68
5.3 Mô hình toán học của hệ thống Wave Dragon 71
5.4 Mô hình toán mô tả máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
(PMSG) trong hệ thống Wave Dragon 72
ix
5.5 Kết luận 74

Chương 6 : Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy

phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong Hệ thống biến đổi năng lượng
sóng biển Wave Dragon
6.1 Điều khiển công suất tác dụng 75
6.2 Điều khiển công suất phản kháng 76
6.3 Các kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng 76
6.3.1 Các hệ trục tọa độ 76
a. Hệ trụ
c tọa độ theo định hướng từ thông rotor (RRF) 76
b. Hệ trục tọa độ theo định hướng điện áp stator (SVRF) 76
c. Hệ tục tọa độ định hướng từ thông stator (SFRF) 77
d. Hệ trục tọa độ chuẩn hệ thống (SRF) 77
6.3.2 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới 77
6.4 Điều khiển nghịch lưu theo định hướng vector điện áp 79
6.5 Mô phỏng đi
ều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng
của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống biến
đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện WD 80
6.5.1 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) 82
6.5.2 Bộ chỉnh lưu 83
6.5.3 Bộ nghịch lưu 85
6.5.4 Bộ chuyển đổi hệ trục tọa độ abc thành hệ trục tọa độ dq 87
6.5.5 Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng 88
6.5.6 Bộ phát tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu 89
6.6 Kết quả mô phỏng 89
6.6.1 Trường hợp 1 89
6.6.2 Trường hợp 2 91
6.6.3 Trường hợp 3 92
6.6.4 Trường hợp 4 93
6.6.5 Trường hợp 5 95
x

6.7 Kết luận 96

Chương 7 :Kết luận và hướng phát triển tương lai
7.1 Kết luận 97
7.2 Hướng phát triển tương lai 98
Tài liệu tham khảo 99























xi

Danh mục các từ viết tắt
AWS: Aschimedes Wave Swing
ASEAN: Association of Southeast Asian Nations
EPRI: Electric Power Research Institure
IEA: International Energy Association
MW: Megawatt
OWC: Oscillating Water Column
WD: Wave Dragon

PMSG: Permanent magnet Synchronous generator
VOC: Voltage Oriented Control
DPC: Direct Power Control
SVRF: Stator Voltage Oriented Reference Frame
VFOC: Voltage Flux Oriented Control

xii
Danh mục các bảng
Bảng 2.1 Kết quả tính dòng năng lượng sóng (kW/m) tại một số
trạm ven biển Việt Nam 13
Bảng 2.2 Công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng điện tái tạo tại
các miền trong toàn quốc vào giai đoạn 2008 – 2015 17
Bảng 5.1 Thông số chính của một số hệ thống Wave Dragon tương ứng với
các điều kiện sóng khác nhau 63

xiii
Danh mục các hình
Hình 1.1 Bờ biển Việt Nam 6
Hình 2.1 Vùng biển Việt Nam 10
Hình 2.2 Sơ đồ các điểm tính dòng năng lượng sóng và phân vùng
tiềm năng năng lượng sóng biển dải ven biển Việt Nam 14
Hình 3.1 Bản đồ trung bình năm của độ cao sóng cho khu vực vùng
biển liên hiệp Anh 23
Hình 3.2 Bản đồ năng lượng sóng trung bình năm cho khu vực vùng
biển Liên hiệp Anh 24
Hình 3.3 Phao của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Pelamis 26
Hình 3.4 Module của hệ thống biến đổi năng l
ượng sóng biển Pelamis . 26
Hình 3.5 Cấu tạo bên trong của hệ thống biến đổi năng lượng sóng
biển Pelamis thành năng lượng điện 27
Hình 3.6 Hệ thống Pelamis đã được lắp đặt và khai thác tại Bồ Đồ Nha 27
Hình 3.7 Pelamis trên biển stromeness Scotland 28
Hình 3.8 Tổng thể hệ thống Pelamis 28
Hình 3.9 Turbin và máy phát trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng
biển Oscillating Water Column 29
Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động của OWC khi sóng đánh vào bờ 30
Hình 3.11 Nguyên lý hoạt động của OWC khi sóng rút xa bờ 31
Hình 3.12 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32
Hình 3.13 Tuabin hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32
Hình 3.14 Sóng phình chạy dọc trên hệ thống Anaconda 33
Hình 3.15 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi

Aschimedes Wave Swing 34
Hình 3.16 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm AWS 35
Hình 3.17 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 36
Hình 3.18 Các turbin trên hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave
xiv
Dragon 37
Hình 3.19 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38
Hình 3.20 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38
Hình 3.21
Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave oyster 39

Hình 4.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS 42
Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của AWS 42
Hình 4.3 Cấu tạo máy phát tuyến tính 44
Hình 4.4 Các thành phần của hệ thống AWS 44
Hình 4.5 Sơ đồ thay thế máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính 45
Hình 4.6 Trạng thái AWS khi sóng biển nhô cao 47
Hình 4.7 Trạng thái AWS khi song biển hụp xuống 50
Hình 4.8 Hệ tọa độ a, b, c và d, q 51
Hình 4.9 Biểu đồ công suất tỉ lệ
với độ cao sóng biển 57

Hình 5.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 60
Hình 5.2 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon đang
được xây dựng và khai thác tại Nissum Bredning,Đan Mạch 60
Hình 5.3 Vùng biển Nissum Bredning, Đan Mạch 61
Hình 5.4 Các bộ phận cơ bản của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 62
Hình 5.5 Hệ thống WD với các kích thước tương ứng trong điều kiện
sóng biển 24kW/m 63

Hình 5.6
Đoạn đường dốc thực tế của hệ thống Wave Dragon 65
Hình 5.7 Hệ thống neo của hệ thống Wave Dragon 65
Hình 5.8 Hệ thống neo của một tập hợp các hệ thống Wave Dragon 66
Hình 5.9 Hệ thống tuabin của hệ thống Wave Dragon 67
Hình 5.10 Tuabin của hệ thống Wave Dragon 67
Hình 5.11 Mô tả hoạt động của hệ thống Wave Dragon
xv
với mặt cắt ngang 68
Hình 5.12 Mô tả hoạt động của hệ thống Wave Dragon với mặt bằng 68
Hình 5.13 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Wave Dragon 69
Hình 5.14 Quá trình sản xuất năng lượng điện của hệ thống
Wave Dragon 69
Hình 5.15 Hệ trục tọa độ d-q cho máy phát PMSG 73

Hình 6.1 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu phía lưới 78
Hình 6.2 Sơ đồ khối kết nối bộ nghị
ch lưu 79
Hình 6.3 Sơ đồ điều khiển nghịch lưu PWM theo VOC 79
Hình 6.4 Sơ đồ điều khiển P và Q của hệ thống biến đổi Wave Dragon . 80
Hình 6.5 Sơ đồ mô phỏng với phần mềm Matlab/Simulink 81
Hình 6.6 Khối máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 82
Hình 6.7 Hộp thoại khai báo thông số cho máy phát điện đồng bộ
nam châm vĩnh cửu 83
Hình 6.8 Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu 83
Hình 6.9 C
ầu chỉnh lưu diode 84
Hình 6.10 Hộp thoại khai báo các thông số cho bộ chỉnh lưu 84
Hình 6.11 Sơ đồ khối bộ nghịch lưu 85
Hình 6.12 Sơ đồ mô phỏng bộ nghịch lưu 85

Hình 6.13 Sơ đồ kết nối bộ nghịch lưu với lưới điện 86
Hình 6.14 Sơ đồ khối biến đổi điện áp từ hệ trục tọa độ abc
thành hệ trục tọa độ
dq 87
Hình 6.15 Sơ đồ khối mô phỏng tính toán công suất phát lên lưới 88
Hình 6.16 Sơ đồ khối điều khiển công suất tác dụng và công suất
phản kháng của PMSG của hệ thống Wave Dragon 88
Hình 6.17 Sơ đồ tạo tín hiệu xung kích điều khiển bộ nghịch lưu 89
Hình 6.18 Sơ đồ bộ điều chế độ rộng xung PWM 89
Hình 6.19 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
xvi
của trường hợp 1 90
Hình 6.20 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 1 90
Hình 6.21 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 2 91
Hình 6.22 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 2 91
Hình 6.23 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 3 92
Hình 6.24 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 3 92
Hình 6.25 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
của trườ
ng hợp 4 93
Hình 6.26 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 4 94
Hình 6.27 Dòng điện của PMSG phát lên lưới của trường hợp 4 94
Hình 6.28 Tốc độ rotor của PMSG trong trường hợp 5 95
Hình 6.29 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 5 95
Hình 6.30 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 5 96








1

Chương 1
GIỚI THIỆU
Với vị trí địa lý, khí hậu thuận lợi thì đất nước Việt Nam được xem là một
trong những nước có nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo khá dồi dào và đa dạng
gồm: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, nhiên liệu sinh
học, địa nhiệt Các nguồn năng lượng này được phân bố trải rộng trên nhiều vùng
sinh thái.
Trước nhu cầu sử dụng năng lượ
ng đang gia tăng nhanh ở Việt Nam việc
sớm khai thác các nguồn năng lượng đó là rất cần thiết không những góp phần giảm
gánh nặng về cung cầu năng lượng khi các nguồn năng lượng truyền thống đang
dần cạn kiệt mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển
bền vững [1.1].

1.1 Giới thiệu
Nhu cầu về điện năng trên thế giới đang gia tăng một cách mạnh mẽ cùng
với sự phát triển của các nền kinh tế và sự tăng dân số trên phạm vi toàn cầu.

Nhưng sự bùng nổ về nhu cầu điện này lại diễn ra đúng vào lúc nguồn năng lượng
từ dầu và khí – vốn hiện tại cung cấp một nửa năng lượng cho toàn thế giới – lâm
vào tình thế rất khó khăn.
Các số liệu cho thấ
y vào năm 2050, dân số thế giới sẽ tăng 50% với 9 tỷ
người. Với mức độ tăng dân số hiện nay, trong vòng 20 năm tới sẽ có khoảng
36.000 chiếc máy bay, gần 2 tỷ xe hơi được sử dụng – gấp đôi con số hiện tại. Như
vậy, theo nhận định của tổ chức năng lượng quốc tế (IEA – International Energy
Association), trong vòng 20 năm tới, nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ s
ẽ tăng khoảng 35%
và nhu cầu năng lượng về tổng thể sẽ tăng tới 65% (tính cả dầu, khí, than đá, năng
lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo…).
IEA cũng đánh giá dầu mỏ tiếp tục sẽ là nguồn cung cấp năng lượng chính
trong thế kỷ này với khoảng 1/3 tổng năng lượng cần thiết cho thế giới. Tuy nhiên,
2

theo ước tính của các nhà địa chất học thì lượng dầu mỏ chỉ đủ cung cấp cho thế
giới trong 60 năm tới. Lượng khí thiên nhiên chỉ đủ cho 70 đến 90 năm tới. Với sự
tăng vọt về nhu cầu dầu mỏ, nhất là tại các nước đang phát triển và đông dân cư như
Trung Quốc và Ấn Độ, hậu quả tất yếu là giá dầu và khí đều tăng mạnh.
Về mặt chính trị, tình hình cũng báo hiệu là sẽ không hề ổn định hơn bởi hơn
70% nguồn tài nguyên dầu mỏ và 66% lượng khí thiên nhiên đều tập trung ở những
khu vực ít nhiều bất ổn nhất thế giới: Trung Đông, Nga và Trung Á.
Về than đá, trong 6 năm qua ( tính tới năm 2008), lượng tiêu thụ than trên thế
giới cũng đã tăng lên 30% gấp đôi so với bất kì năng lượng nào khác. Giá than cũng
tă
ng mạnh. Chỉ tính trong vòng 5 tháng từ 10/2007 tới 3/2008 giá than thế giới cũng
tăng ít nhất cũng 50%.
Như vậy, có thể nhận định rằng trong tương lai 20 năm tới đây, giá của các
nguồn nguyên nhiên liệu cung cấp cho nhu cầu năng lượng thế giới sẽ tăng mạnh,

nhất là dầu mỏ rồi đến khí và than. Cùng với sự cạn kiệt nguồn dầu mỏ, khí thiên
nhiên trong tương lai rất gần, mộ
t kịch bản đã được vạch ra cho tương lai năng
lượng của thế giới là sự thiếu hụt trầm trọng điện năng cho nhu cầu sử dụng [1.2].
Chính vì sự cạn kiệt và khan hiếm nhiên liệu cho nên việc tìm kiếm các
nguồn năng lượng thay thế đang trở thành mục tiêu và giải pháp chung của nhiều
quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Với những ưu điểm như giá thành
thấp, không gây hại cho môi trường, các nguồn năng lượng xanh như năng lượng
mặt trời, năng lượng gió, đặc biệt là sản xuất điện từ năng lượng sóng biển được
xem là một nguồn năng lượng thay thế hữu ích, đang được nhiều nước chú trọng
phát triển.
Ở nước ta vấn đề cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất
chưa được tốt, nhất là về mùa hè. Tình trạng cắt điện luân phiên ảnh hưởng không
nhỏ đến sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp và sinh hoạt của nhân dân. Từ vấn đề
đó có thể nói:
3

Nghiên cứu giải quyết an ninh năng lượng là vấn đề cấp bách ở nước ta hiện
nay. Vì đối với nhà máy thủy điện có những tác động nhất định đến môi trường
xung quanh. Chẳng hạn:

1.1.1 Tác động đến thế giới động vật
Hồ chứa nước của các công trình thủy điện chiếm một diện tích rất đáng kể
đất ngập nước, đã làm m
ất đi hệ quần thể thực vật, vốn là thức ăn nuôi sống động
vật. Hậu quả là nhiều loại động vật cũng bị tiêu diệt hoặc phải di cư đến nơi khác
sinh sống. Vì vậy, khi thiết kế xây dựng hồ chứa nước bắt buộc phải có các tính
toán về thiệt hại đối với thế giới động vật, tính toán thiệt hại v
ề kinh tế. Và phải tính
đến các biện pháp hoàn bù đất, cải tạo, tăng độ phì nhiêu của đất, cải thiện điều kiện

cho thực vật phát triển và áp dụng các biện pháp công nghệ sinh học khác để cải tạo
đất.

1.1.2 Tác động đến hệ sinh thái dưới nước
Tác động của các hồ chứa nước và hoạt động của nhà máy thủy điện sẽ làm
thay đổi hệ sinh thái dưới nước ở khu vực có công trình thủy điện. Hệ sinh thái sông
sẽ phải nhường vị trí cho hệ sinh thái hồ tại khu vực hồ chứa nước.
Trong các dự án hiện nay về hồ chứa nước, người ta đều tiến hành dự báo
chất lượng nước, trong đó phải tính đến các đặc điểm thoát nước tự nhiên, ảnh
hưởng của các nguồn gây ô nhiễm môi trường, các quá trình lưu chuyển nước trong
vùng. Kết quả dự báo chất lượng được trình bày dưới dạng các chỉ tiêu thủy hóa và
thủy sinh học. Việc đánh giá chất lượng nước được thực hiện bằng cách so sánh kết
quả dự báo với nồng độ giới hạn cho phép các thành phần khác nhau, quy định
trong các tài liệu tiêu chuẩn – quy phạm.




4

1.1.3 Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường
Xây dựng công trình thủy điện sẽ hạn chế các luồng di cư, bán di cư của các
loài cá, làm thay đổi điều kiện sinh sản, có nguy cơ làm kiệt quệ nguồn thức ăn của
cá tại các công trình lấy nước tại nhà máy thủy điện. Kết quả là nguồn thủy sản bị
giảm, đặc biệt là các loạ
i cá quý hiếm, trong một số trường hợp còn bị tuyệt chủng.
Để ngăn ngừa các hậu quả tiêu cực này, trong các dự án thủy điện hiện nay, người
ta cho áp dụng các biện pháp đặc biệt, trong đó có biện pháp xây dựng công trình
bảo vệ cá, cho cá qua lại và tạo lập cơ sở thức ăn cho cá.

1.1.4 Tác động của khí hậu
Các hồ chứa nước lớn sẽ tác động đến vi khí hậu các vùng lân c
ận, có thể
giảm nhiệt độ cực trị của khí quyển. Nhiệt độ cao nhất về mùa hè có thể giảm xuống
2-3
o
C, mùa đông tăng lên 1-2
0
C, độ ẩm không khí cũng có thể thay đổi.

1.1.5 Tác động của xã hội
Tác động của công trình thủy điện đến tình hình xã hội ở khu vực xây dựng
công trình, trước hết là phải di dời dân ra khỏi khu vực công trình và vùng sẽ bị
ngập nước. Tác động tiêu cực thứ hai là sự thay đổi điều kiện khí hậu, sinh thái sẽ
gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và hoạt động trong đời số
ng của nhân dân. Ngoài ra,
có thể có những thay đổi điều kiện tác động của công trình thủy điện đến môi
trường thiên nhiên.
Quá trình di dời, tái định cư cho người dân từng sống ở khu vực công trình
thủy điện là vấn đề phức tạp nhất. Để di dời dân, cần phải xây dựng các điểm tái
định cư thuận tiện cho sinh hoạt, phải xây dựng các công trình kỹ thuật, tạo thành tổ
hợp các công trình văn hoá – xã hội. Ngoài ra, các dự án công trình thủy điện phải
được xem xét phù hợp với quy định của luật pháp hiện hành về đền bù giá trị công
trình.
Trong các dự án công trình thủy điện hiện đại, người ta xem xét toàn bộ các
biện pháp có liên quan với nhau và được trình bày trong một phần đặc biệt gọi là