Hệ thống năng lượng sóng biển ANACONDA

Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
KHOA: CÔNG NGHỆ NHIỆT - LẠNH

Tiểu luận môn

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Đề tài:

Hệ thống năng lượng sóng biển “ANACONDA”

GVHD:

TS. Nguyễn Thanh Hào

Trang 1


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát
triển ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu
mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng
trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng

lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời,
năng lượng sóng biển và năng lượng gió… là hướng quan trọng trong kế hoạch
phát triển năng lượng.
Việc nghiên cứu sử dụng năng lượng sóng biển ngày càng được quan tâm,
nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường
hiện nay. Năng lượng sóng biển được xem là nguồn năng lượng ưu việt trong
tương lai, đó là nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí. Do vậy năng
lượng sóng biển ngày càng được nghiên cứu và sử rộng rãi ở các nước trên thế
giới.
Trong môn học “Năng Lượng Tái Tạo” kỳ này nhóm chúng em được thầy
Nguyễn Thanh Hào hướng dẫn tìm hiểu về hệ thống năng lượng sóng biển
“ANACONDA”. Sau thời gian tìm hiểu nhóm chúng em đã hoàn thành bài báo
cáo, mặc dù nhóm đã cố gắng nhưng kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi
sai sót, mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy để bài báo cáo hoàn thiện hơn .

Trang 2


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

MỤC LỤC

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Trang

LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ANACONDA...................................4
PHẦN II: SÓNG PHÌNH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN (The
bulge wave sea energy converter)........................................................................7

I-

GIỚI THIỆU..........................................................................................7

II-

GIẢ THUYẾT.......................................................................................8

III-

THỰC NGHIỆM XÁC MINH............................................................10

IV-

THIẾT KẾ QUY MÔ ĐẦY ĐỦ..........................................................10

V-

LÝ THUYẾT PHỤ LỤC.....................................................................13

PHẦN III: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG SÓNG
BIỂN ANACONDA BẰNG CAO SU ( Development Of The Anaconda AllRubber WEC)......................................................................................................16
I-

KHÁI QUÁT.........................................................................................16

II-

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG................................................................16

III-

CHIỀU RỘNG BAO PHỦ ĐO BẰNG THỰC NGHIỆM....................20

IV-

BỘ TRUYỀN LỰC................................................................................23

V-

TÍNH KINH TẾ.....................................................................................25

Tài liệu tham khảo.................................................................................................26

Trang 3


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ANACONDA
"Anaconda", được phát minh tại Anh, là khái niệm sóng hết sức sáng tạo.
Thiết kế đơn giản của nó đồng nghĩa với chi phí sản xuất và bảo trì thấp, điều này
cho phép tạo ra điện sạch với giá thành thấp hơn các loại thiết bị chuyển hóa năng
lượng sóng khác. Cho đến nay chi phí luôn là rào cản chủ yếu của quá trình triển
khai các thiết bị chuyển hóa năng lượng.
Anaconda được đặt theo tên một loài rắn vì hình dạng nhỏ dài của nó, hai
đầu của nó được bịt kín và bên trong chứa toàn nước. Nó được thiết kế để neo lại
ngay dưới bề mặt nước biển, với một đầu hứng lấy các đợt sóng.

Con sóng đập vào một đầu của thiết bị tạo ra sức ép hình thành nên “sóng
phình” bên trong ống. Khi sóng phình chạy qua ống, đợt sóng biển tạo ra nó chạy
dọc phần ngoài của ống với cùng một tốc độ, tạo thêm sức ép lên ống và khiến
sóng phình ngày càng lớn hơn. Sau đó sóng phình làm quay một tuabin nằm ở đầu
còn lại của thiết bị và năng lượng tạo ra được chuyển đến bờ biển qua cáp.
Vì được làm từ cao su, Anaconda nhẹ hơn nhiều các thiết bị năng lượng
sóng khác (thường được làm bằng kim loại) đồng thời không cần đến búa thủy
động, khớp nối và bản lề. Điều này làm giảm số vốn cần có, chi phí bảo trì cũng
như khả năng hỏng hóc. Tuy nhiên, Anaconda mới chỉ ở giai đoạn phát triển ban
đầu. Khái niệm này chỉ được chứng minh trong quy mô phòng thí nghiệm, vì vậy
câu hỏi quan trọng về khả năng hoạt động tiềm năng của nó vẫn cần lời giải đáp.

Trang 4


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Thiết bị Anaconda có thể
được sử dụng theo nhóm
20 hoặc hơn.
Với nguồn tài trợ từ Hội đồng nghiên cứu kỹ thuật và khoa học tự nhiên
(EPSRC) các kỹ sư tại đại học Southampton phối hợp với các nhà phát minh và các
nhà phát triển Anaconda (Checkmate SeaEnergy) đang bắt tay thực hiện một
chương trình thử nghiệm trên quy mô lớn hơn cùng các nghiên cứu toán học cần
thiết. Sử dụng ống với đường kính 0.25 và 0.5 mét, thí nghiệm sẽ đánh giá hoạt
động của Anaconda trong điều kiện sóng đều đặn, sóng không đêu đặn, và sóng dữ
dội. Các thông số được đánh giá bao gồm áp suất bên trong, thay đổi hình dạng
ống và các lực mà cáp biển phải chịu. Dữ liệu này sẽ là cơ sở cho mô hình toán học

tính toán chính xác năng lượng mà Anaconda kích thước thật có thể tạo ra, cũng
như cung cấp hiểu biết về hoạt động thủy động lực học của thiết bị.
Khi được chế tạo, mỗi thiết bị Anaconda kích thước thật sẽ dài 200 mét và
có đường kính 17 mét, được triển khai ở độ sâu từ 40 đến 100 mét. Đánh giá ban
đầu cho thấy Anaconda sẽ có công suất 1 MW (tương đương lượng điện do 2000
hộ gia đình sử dụng) và có thể có chi phí sản xuất 6 cent một kWh hoặc ít hơn.
Trang 5


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Măc dù con số này cao gấp đôi chi phí điện năng chế tạo bởi các trạm năng lượng
sử dụng than đốt truyền thống, nó vẫn khả quan hơn chi phí của các ý tưởng năng
lượng sóng hàng đầu khác.
Giáo sư John Chaplin, người chỉ đạo dự án tài trợ của EPSRC, cho
biết: “Anaconda có thể là đóng góp quý báu cho công cuộc bảo vệ môi trường
bằng cách khích lệ sử dụng năng lượng sóng. Mô hình Anaconda 1/3 kích thước
thật có thể được chế tạo vào năm sau để kiểm tra trên biển. Chúng ta có thể tận
mắt chứng kiến thiết bị kích thước hoàn chỉnh đầu tiên được triển khai trên bờ
biển nước Anh trong 5 năm tới”. Anaconda là phát minh của Francis Farley (nhà
vật lý học thực nghiệm) và Rod Rainey (thuộc dầu khí Atkins). Việc chế tạo bộ
phận của ống không đàn hồi có thể đem lại ưu thế nhất định, nhưng điều này vẫn
phải chờ đánh giá cụ thể.
Điện năng được chế tạo từ sóng không hề có cácbon, vì vậy đó là một lợi thế
trong cuộc chiến chống hiện tượng nóng lên toàn cầu. Cùng với năng lượng thủy
triều, năng lượng sóng có thể cung cấp khoảng 20% nhu cầu điện năng hiện tại của
vương quốc Anh.

Trang 6


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

PHẦN II: SÓNG PHÌNH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
SÓNG BIỂN (The bulge wave sea energy converter)
(Nguồn tài liệu: ./down.html)
I-

GIỚI THIỆU:
Lưu ý này mô tả một cách hoàn toàn mới chiết xuất năng lượng từ sóng
biển, dựa trên sóng phình di chuyển dọc theo một ống cao su có thể làm nở [1].
Ống thông thường đường kính 7 m và dài 150 m và chứa đầy nước, được định
hướng theo hướng dao động của làn sóng. Các sóng kích động một chỗ phình ra
trong ống đi chỉ ở phía trước của sóng giống như một bảng lướt, đón năng lượng
và tăng dần về kích thước. Chỗ phình tập trung di chuyển, Có thể triết xuất các
năng lượng từ biển đến khi kết thúc vào tuabin. Tính toán cho thấy một ống có kích
thước này sẽ nhận khoảng 1 megawatt công suất trung bình từ các sóng Đại Tây
Dương.

Hình 1.Sóng phình đưa ra bởi tay; vận tốc khoảng 3 m / s.
Hệ thống này rất đơn giản, chỉ cần một ống cao su trong biển với một số van
đầu vào thu nước và một tuabin máy phát điện. Ống mềm và giản nở, nó có thể uốn
Trang 7


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

cong với sóng và không có gì để phá vỡ. Nó có thể tồn tại trong biển buốt nhất.
Sóng phình trong ống với những thành ống đàn hồi đã được mô tả của Lighthill
[2]. ông a chop thấy rằng vận tốc của sóng phình trong ống có liên quan đến sự căn
phồng ống (xem phương trình (4) và (8) trong Phụ lục). Bằng cách lựa chọn một
cách chính xác tính đàn hồi của thành ống. , Vận tốc của chỗ phình ra trong ống
được thiết lập bằng với vận tốc của các sóng trong biển. Trong trường hợp này, có
một sự tương tác cộng hưởng giữa sóng biển và ống, và năng lượng được chuyển
dần từ sóng biển vào ống.
II-

GIẢ THUYẾT:
Các giả thuyết chi tiết toán học được đặt ra ở phụ lục.Giáo sư Nance cho
thấy khi vận tốc của tình trạng lên cân trong ống phù hợp với vận tốc của sóng
biển, phình phát triển tuyến tính dọc theo ống. Tắt cộng hưởng, tình trạng lên cân
phát triển ban đầu, đạt tới tối đa và sau đó giảm, điều này làm phát sinh các dao
động tại đoạn cong sản lượng điện năng được thấy trong hình.2.

Trang 8


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Hình 2: Chiều rộng bao phủ lý thuyết chụp và làn sóng thời gian cho đường kính ống m
7, dài 156 m. Số không tại T nhỏ có thể được điền vào bằng cách thay đổi thiết kế.

Sóng phình trong ống là một làn sóng áp lực dao động ,cực âm và cực dương
liên kết gắn liền với dao động và qua lại theo chiều dọc của nước trong ống.ở cuối
của ống dài là một bước song. Các áp suất dao động gấp ba lần chuyển động của
sóng biển.Năng lượng trong ống tỉ lệ thuận với diện tích của nó. Năng lượng đó
liên quan đến năng lượng trên một mét mặt trước biên dạng sóng bởi một tham số
được gọi là " chiều rộng bao phủ " (CW).
Trong thực tế, thiết bị thu thập tất cả các năng lượng ở biển từ một mặt tiền
của sóng bằng với chiều rộng chụp. Chiều rộng chụp dự đoán được vẽ trong hình 2
như là một chức năng giai đoạn song đường kính ống 7 m và 150 m dài. Chúng ta
thấy rằng Chiều rộng lưu giữ tối đa là gần 50 m và phản ứng là khá rộng. Trung
bình trên dãi sóng biển, một trong những dự kiến chiều rộng bao phủ trung bình là
khoảng 20 m. Trong điều kiện điển hình của Đại Tây Dương, năng lượng sóng biển
là 50 kW / m, do đó, năng lượng thu được trung bình sẽ là khoảng 1kw.
Chiều rộng bao phủ của sóng hiện tại năng lượng chuyển đổi thường là chỉ
có một phần nhỏ trong số này, và chúng là tương đối xây dựng các cấu trúc nổi.

Trang 9


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Hình 3: Ống phình trrong bể với áp kế. Những cơn sóng đang đến từ bên trái
Dao động trong áp kế là khoảng 5 lần chiều cao sóng
III-

THỰC NGHIỆM XÁC MINH
Khái niệm này đã được xác nhận trong một bể sóng, xem hình. 3. Một ống
cao su 12 cm và có đường kính dài 2,2 m được trang bị với áp kế tại mỗi đầu để

đo áp lực nước bên trong. Với làn sóng thời gian 2 s và biên độ 1 cm, dao động áp
lực ở đuôi ống khoảng ± 5 cm, chúng tôi quan sát thấy một yếu tố khuếch đại áp
lực của 5, rất nhiều như dự đoán của lý thuyết: một ống đóng cửa ở đuôi , áp lực
tăng gấp đôi bởi sự phản ánh tổng số. Theo dự kiến, các dao động áp lực cung nhỏ
hơn nhiều. Điều này xác minh dự đoán rằng sóng phình bên trong ống phát triển
dần dần.

IV-

THIẾT KẾ QUY MÔ ĐẦY ĐỦ:
Các chi tiết của một ống phình đầy đủ quy mô vẫn đang phát triển và chúng
tôi sẵn sàng để gợi ý chuyên gia, cả hai chính là cấu trúc và cho sản lượng điện.
Một thiết kế sơ bộ cho một m 7 ống đường kính và dài 150 m, trong đó sẽ nắm bắt
1 MW công suất trung bình, được hiển thị trong hình 4.
Có nghĩa là cực dương áp lực nước bên trong ống được thành lập bằng cách
nhập vào nước thông qua một chiều "van óa đơn vịt" (DBV) ở phía đuôi. Ở phần
cuối của ống có một áp lựcdao động lớn: khi dao động này, kết hợp với độ lệch
cực dương, thay đổicực âm, nước được hút qua DBV. Kết quả là những áp lực
được tích tụ.

Trang 10


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

turbine

7

mooring
generator
duck bill valve
distensible tube
150
Hình 4.Thiết kế quy mô đầy đủ. Khi áp suất phình dao động ở phần cuối của biến động tiêu cực của ống,
nước bị hút vào qua van hóa đơn vịt, duy trì một áp lực tích cực trong ống.

Một dòng chảy ổn định ở cung ổ đĩa tua bin tạo ra điện.đến bằng biên độ của
các dao động áp lực, thường khoảng 4 m nước đầu. Nước vào thông qua các dòng
chảy nghiêm khắc dọc theo ống và lối thoát hiểm thông qua một tua-bin đầu thấp
tiêu chuẩn nằm ở mũi. ống làm mềm dòng chảy. Do đó, năng lượng trong sóng
được chuyển đổi thành một dòngchảy êm lượng nước thông qua các tua bin ở
cung, tạo ra điện. Một sự sắp xếp phức tạp hơn ("áp lực khuếch đại") có thể được
sử dụng ở phía đuôi để bơm ống.
Khi chỗ phình ra ống, năng lượng được lưu trữ trong các bức tường cao su,
xem phụ lục eq (21). Sản lượng trung bình cho 1 MW công suất đỉnh khoảng 3
MW. Với vận tốc sóng 15 m / s tương ứng với sóng 10 s, năng lượng được lưu trữ
cho mỗi mét chiều dài là 800 kJ / m. So sánh điều này với 250 kJ/m3 được lưu trữ
cao su với E = 2MPa 50% biến dạng, độ dày thành cần thiết cho ống có đường
kính 7 m đến 15 cm. Nhưng điều này chỉ cần thiết ở phần cuối của ống: một nửa

Trang 11


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

dọc theo năng lượng phình là bốn lần nhỏ hơn, do ít có thể được sử dụng cao su.
Cao su ít hơn cũng sẽ được yêu cầu nếu nó a có một modul cao hơn.
Để có được tốc độ phình chính xác đòi hỏi phải có sự kết hợp của mô đun E
và độ dày h, theo quy định trong các phụ lục eq (19). Điều này áp dụng đối với
trường hợp đơn giản của một ống đồng đều nhất. Để sử dụng cao su có hiệu quả
hầu hết các ống sẽ có một bức tường tổng hợp, cao su một phần và một phần
polymer bọc vải, trọng lượng của cao su cần thiết cho một cài đặt MW 1 sau đó sẽ
được chỉ là một vài trăm tấn, ước tính sơ bộ, chi phí của cấu trúc ít hơn £ 1 mục
tiêu M. cho một hệ thống hoàn chỉnh của chúng tôi là 2 k cho mỗi kilowatt trung
bình.
Lưu ý rằng sản lượng điện là tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang của ống,
thấy eqn (15) ở phụ lục. Quy mô các bức tường dày như bán kính (eqn (19)), do
đó, khối lượng cao su cần thiết cũng là tỷ lệ thuận với mặt cắt ngang. Điều này có
nghĩa rằng số lượng cao su cần thiết để nắm bắt một số lượng nhất định của năng
lượng là như nhau, cho dù có là những ống nhỏ hoặc lớn. Một ống lớn duy nhất với
máy phát điện lớn cuối cùng có thể là giải pháp tốt nhất. Tuy nhiên, với sự gia tăng
nhỏ trong chi phí, người ta có thể bắt đầu với các ống nhỏ, nói 1,5 m, đường kính
mỗi chụp trung bình khoảng 50 kW.
Cũng như chi phí vốn, khả năng sống sót và hoạt động quan trọng cho năng
lượng sóng. Là linh hoạt, Anaconda được tốt và đơn giản, đủ để yêu cầu bảo trì ít.
Cao su là một vật liệu vô cùng bền, được sử dụng trên biển trong các xuồng ba lá
cao su và dracones để vận chuyển chất lỏng: cũng trong lốp xe, mà đòi hỏi phải
bảo trì hầu như không có và không bị ảnh hưởng bởi sự mệt mỏi.
•

Ưu điểm: So với các bộ chuyển đổi năng lượng sóng khác Anaconda có
những ưu điểm sau đây:
Trang 12

Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

hệ thống Đơn giản
Ít phải bảo dưỡng
Độ dẽo ống tốt
•

Hiện trạng: Khái niệm này được bảo vệ bởi một ứng dụng bằng sáng chế của Anh
Quốc [3] và có rất nhiều thời gian cho các ứng dụng quốc tế. Việc tìm kiếm chính
thức bởi phòng sáng chế đã cho thấy không có nghệ thuật signif-bộ phận trước đây.
Chương trình nghiên cứu của Giáo sư Chaplin giải quyết tất cả các vấn đề khoa
học :phát triển đó là đường kính khoảng 1,5m, thích hợp để cài đặt trên một bãi
biển,công suất điện trung bình khoảng 50 KW.

V-

LÝ THUYẾT PHỤ LỤC:
Cho pb là áp lực bên trong các ống phình do các chỗ căng của ống (gọi là áp
lực lồi ra) và pw là áp lực trong làn sóng bên ngoài. Áp suất bên trong sau đó p =
pb + pw. Cho u là vận tốc hạt trong sóng phình theo chiều dọc tọa độ x. với một
chất lỏng không nén được ρ bên trong ống tốc này là do những áp lực.

(1)
Sự thay đổi trong ống cắt ngang S là

(2)
Ta cần loại bỏ u :

Trang 13


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

(3)
S được tuyến tính liên quan đến các pb áp lực phình

(4)
Do đó:

(5)
Kết hợp (3) và (5) cho

(6)
Với không có sóng bên ngoài, đây là phương trình sóng cho pb áp lực lồi ra, với
giải pháp này:
(7)
Một làn sóng ρgB biên độ tùy ý và vận tốc
(8)

B là chiều cao của một cột nước tương ứng với áp lực phình cao điểm.

Trang 14


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

(7) là biểu thức sóng phình với các ống trong không khí hoặc nước bình tĩnh.
Theo quy ước thông thường cho phương trình vi phân, Đó là chức năng bổ sung,
CF.
Trong sự hiện diện của một làn sóng bên ngoài với k1 số sóng và vận tốc C1
= ω/k1 và biên độ A, áp lực sóng pw = ρgA cos (ωt - k1x) và chúng ta có thể giải
quyết (6) để có được một giải pháp, đặc biệt là thiếu PI, bằng cách thay thế pb=
ρgB cos (ωt –k1x). Sử dụng (8)này thỏa mãn (6)

Tìm chiều rộng Từ (6) và (7) ta nhận thấy rằng biên độ vận tốc ngang trong
con sóng này.

Trang 15


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

PHẦN III: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NĂNG
LƯỢNG SÓNG BIỂN ANACONDA BẰNG CAO SU
(Development Of The Anaconda All-Rubber WEC)
(Nguồn tài liệu: ./down.html)

I-

KHÁI QUÁT :
The ANACONDA all-rubber WEC hoạt động theo một cách hoàn toàn mới,
giữ lại sóng biển ở dạng “sóng phình” trong một ống cao su khổng lồ chứa đầy

nước, với một đầu hứng lấy các đợt sóng.
Nó mang lại phương án mới cho việc đầu tư vốn và chi phí hoạt động thấp,
dựa vào độ bền đặc biệt của cao su, và một bộ phận chuyển động duy nhất (thông
thường chuyển động một chiều vào đầu tua bin nước). Fabrications Avon
Fabrications LLP gần đây đã có được giấy phép độc quyền sản xuất các thiết bị,
mà đã được lựa chọn bởi Carbon Trust cho chương trình Marine Accelerator
Energy. Hiệu quả kinh tế của thiết bị phụ thuộc vào giá thành của cao su, được tính
trên một đơn vị năng lượng tái tạo theo tuổi thọ của nó, p / kWh. Điều này phải
nhỏ hơn so với giá bán điện được sản xuất tính theo tuổi thọ của thiết bị, cũng
được tính bằng p / kWh. Trên cơ sở hiệu quả kinh tế này của Anaconda là rất triển
vọng.

II-

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
Nó đã được biết đến nhiều năm, sóng phình có thể truyền dọc theo một ống
chứa đầy chất lỏng đàn hồi, chúng là giống như sóng âm thanh, ngoại trừ việc tăng
tính đàn hồi của thành ống nén gia tăng hiệu quả khả năng chịu nén của chất lỏng,
Trang 16


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

làm chậm sóng. Một ví dụ sinh học phổ biến nhất: xung áp lực từ tim lan truyền
tương đối chậm dọc theo động mạch (chậm hơn nhiều so với âm thanh trong máu )
vì tính đàn hồi của thành động mạch.
Anaconda là một ống cao su khổng lồ chứa đầy nước, trong đó tốc độ lan
truyền tự nhiên của sóng phình phù hợp với tốc độ của sóng biển để giữ lại. Sau đó

có một sự khuếch đại cộng hưởng của sóng phình, và năng lượng sóng nước được
giữ lại như sóng phình. Có một số cách khác nhau xem cơ chế mà sóng biển kích
thích sóng phình, Vấn đề nghiêm trọng, cũng không kém phần hiệu quả cho dù
thiết bị cố định dưới đáy biển trong vùng nước cạn, hoặc nổi ngay trên bề mặt và
uốn theo biên dạng dao động của sóng.
1.

Nếu ống dẻo như một quả bóng cao su rất mỏng, chuyển động của nước bên
trong sẽ giống như nhau nếu không có ống. Ống này sẽ bị dẹt thành một
hình elip cắt ngang dưới đáy sóng, và kéo dài thành một hình elip cắt ngang
dưới đỉnh sóng. Bởi vì chiều rộng của nó sẽ giống nhau ở mọi nơi, diện tích
mặt cắt ngang của nó sẽ giảm dưới đáy sóng và tăng dưới đỉnh sóng. Điều
này cho thấy rằng sóng phình sẽ được kích thích trong ống, cho dù đó là
nằm dưới đáy biển trong vùng nước nông, hoặc trôi nổi ngay trên bề mặt và

2.

uốn theo biên dạng dao động của sóng.
Nếu ống vô cùng cứng như một ống cứng, và được nằm dưới đáy biển cạn
nước, nước bên sẽ ổn định và do đó có áp lực liên tục. Áp lực bên ngoài sẽ
giảm dưới đáy sóng, và tăng dưới đỉnh sóng, do đó, sẽ có một sự khác biệt
áp suất dao động qua các thành ống. Điều này rõ ràng sẽ kích thích sóng
phình trong ống, không cứng. Nếu ống đủ mềm dẻo để nổi ngay trên bề mặt
nước và uốn theo biên dạng dao động của sóng, nhưng vẫn không thay đổi
diện tích mặt cắt ngang của nó, sau đó một lần nữa vận tốc trục trong đó sẽ
là số không (hoặc liên tục dọc theo nó, bảo toàn thể tích chất lỏng, như trong
Trang 17


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

một đường ống). Do đó áp suất thủy tĩnh bên trong sẽ tăng ở đáy sóng và
giảm ở đỉnh sóng . Vì vậy, mặc dù áp suất bên ngoài là gần như không đổi
(điều kiện biên bề mặt thoáng trên sóng biển), một lần nữa sẽ là một sự khác
3.

biệt áp suất dao động qua các thành ống.
Nếu ống được đặt dưới đáy biển và sóng phình lan truyền như chiều dài và
tốc độ của sóng biển, sau đó bằng cách lựa chọn thích hợp trong các pha
giao động khác nhau giữa chúng, chúng ta có thể sắp xếp vận tốc xuyên tâm
của thành ống (do sự phình lên) là hướng ra ngoài khi áp suất bên ngoài thấp
(tức là dưới đáy sóng) và hướng vào khi áp suất bên ngoài cao (tức là dưới
đỉnh sóng). Nước phía bên ngoài sau đó sẽ luôn làm việc bên trên ống, từ đó
năng lượng sẽ được tích trữ. Tuy nhiên, nếu ống chỉ nổi trên mặt nước và
uốn theo biên dạng dao dộng của sóng, sau đó áp suất bên ngoài gần như
bằng 0, như đã ghi chú trong (2). Nó được thể hiện trong Phụ lục rằng công
việc được thực hiện bởi sóng trên ống bây giờ là lực nâng ống, mà sự phình
ra để nặng hơn khi nó đang được nâng lên trên mặt trước của sóng, so với
khi nó đang đi xuống ở phía sau. Vì vậy, một lần nữa năng lượng được tích
trữ từ sóng.

Có nhiều cách khác nhau để xem xét sự cộng hưởng xảy ra khi tốc độ của của
sóng biển kết hợp với tốc độ lan truyền tự nhiên của sóng phình bên trong ống.
Nếu sóng biển di chuyển với tốc độ là C, nghĩa là, sau đó áp suất của nó tác động
bên trên ống (ví dụ áp suất bên ngoài thiết bị dưới đáy biển, như mục 2 trên) tạo ra
sóng phình cùng với tốc độ C, nhưng một sóng phình có thể lan truyền với tốc độ
lan truyền tự nhiên của nó C *, nghĩa là, không can bất kỳ áp suất tác động nào. Do
đó sự kích thích áp lực từ làn sóng nước chỉ đơn thuần là "tạo nên sự chênh lệch"

cần thiết trong các kích thích, điều này phát sinh bởi vì C không bằng C *. Nếu C
là C *, thì sự khác biệt này nhỏ, do đó sự kích thích nhỏ từ sóng biển thì tạo ra
sóng phình lớn bên trong ống. Theo Farley and Rainey (2006b), trạng thái biên độ
Trang 18


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

ổn định cuối cùng của sóng phình thì được tính toán, nếu các thiết bị dài vô hạn,
bằng cách sử dụng các thiết bị cổ điển của một hệ quy chiếu di chuyển theo tốc độ
sóng.
Tỷ lệ áp lực trong những con sóng phình và sóng biển được thể hiện là (1 –
(C/C*)2)-1,

do đó biên độ sóng phình là vô hạn trên phân tích này khi C = C *. Điều

này là chính xác tương tự như sự cộng hưởng trong một con lắc đơn giản, được
kích thích bởi một chuyển động bên của trục của nó, với một tần số góc Ω gần với
tần số góc của con lắc tự nhiên Ω *. Một lần nữa, con lắc không cần kích thích để
dao động ở tần số tự nhiên của nó, do đó, các ngoại lực phát sinh chỉ là “tạo nên sự
chênh lệch” bởi vì Ω không phải là bằng Ω *, và có một khuếch đại năng động
bằng một hệ số (1 - (Ω / Ω *) 2) -1.
Một phân tích khác được đưa ra trong Farley và Rainey (2006c, 2006d), bằng
cách sử dụng hệ quy chiếu cố định thông thường tham khảo và phương trình vi
phân sóng phình (xem phần 2). Điều này khẳng định kết quả sớm hơn và cũng cho
phép ảnh hưởng trễ trong cao su, và sự phát triển của sóng phình để được xem xét,
bắt đầu từ biên độ 0 đến cuối của thiết bị. Sự cộng hưởng, nó phát triển tuyến tính
xuống thiết bị, với chỗ phình lướt trên mặt trước của sóng như dự đoán ở mục (3)

trên, và những áp lực đạt được 3 lần trong đợt sóng biển, sau 1 bước sóng. Hiệu
suất của một thiết bị dài 7m, đường kính 150m được tính toán, với mức độ khác
nhau của độ hao hụt cao su. Hình 1 dưới đây là chiều rộng tính toán (tức là năng
lượng sóng phình / {năng lượng sóng biển trên mỗi đơn vị chiều dài đỉnh}).

Trang 19


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Hình 1. Năng lượng sóng phình trong một NACONDA dài 150m đường kính 7m với sự căng
phồng sao cho tốc độ sóng phình tự do phù hợp với tốc độ của sóng biển thời gian 10s. Hình
1.năng lượng sóng phình trong một NACONDA 150 m dài đường kính 7m với một distensibility
sao cho phình tốc độ sóng miễn phí phù hợp với tốc độ của sóng nước thời gian 10s.Các đường
nét đứt giả định không thất thoát trong cao su. Dòng liên tục giả định tổn thất trễ là 10%, 20%
và 30% năng lượng được lưu trữ và phục hồi trong mỗi chu kỳ.

Điều này cho thấy sản lượng điện, trước khi chuyển đổi tổn thất, trong khu vực
của 1 MW, tại một vùng với năng lượng sóng tới trung bình hàng năm là 50 kW/m.

III-

CHIỀU RỘNG BAO PHỦ ĐO BẰNG THỰC NGHIỆM:
Các kết luận trên đã được xác nhận bằng thực nghiệm. Thông tin chi tiết của
các thí nghiệm của chúng tôi được đưa ra trong Chaplin vào (2007), chúng tôi tóm
tắt ở đây. Một mẫu ống, dài khoảng 2.5m và đường kính 78mm, được làm từ cao
su dày 0.15mm, có mô đun đàn hồi E hệ số tổn thất βtrong áp lực / hệ số biến dạng
σ = E(ε + βέ) có khoảng E = 1.94 MPa và β = 0.0059s. Ống này được đặt ở đọ cao

Trang 20


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

dưới mực nước tĩnh trên đường tâm của dãy sóng rộng 0,42m, dài 18 mét, với độ
sâu tĩnh của nước 0,7m.
Hình 2 dưới đây cho thấy mô hình tại chỗ, đáp ứng với sóng tới từ bên trái.
Trong các thí nghiệm, ống áp lực được để một đầu dư khoảng 70mm, và sau đó bịt
kín. Một đầu dò ghi nhận áp lực bên trong ở một đầu ống. Sóng thường xuyên có
thể được tạo ra trong hồ với một wavemaker loại nắp với sự hấp thụ chủ động, và
những người thông qua các mô hình Anaconda đạt được hiệu quả tán xạ trong một
cái nêm thẳng đứng của bọt polyete vững chắc mà từ đó phản xạ ít hơn 3%. Đồng
hồ đo sóng ghi nhận độ cao mặt nước phía trước và phía sau m ô hình.

Hình2: Bên trái, hình ảnh của mô hình sóng Anaconda trong một bể hẹp.Những hình
ảnh trên cho thấy đoạn cuối của ống trong sự lan truyền sóng từ trái sang phải. Quan
điểm dưới đây là của sóng phình di chuyển trong cùng một hướng, như được thấy qua
sàn kính của bể. Bên phải được hiển thị chiều rộng bao phủ được suy ra từ phép đo áp
suất bên trong (vòng tròn) và từ các phép đo của sự cố, phản xạ và truyền tải sóng (lai).

Dự tính ban đầu về tốc độ sóng phình đã được thực hiện từ những quan sát chỗ
phình ra bắt đầu bằng tay, lan truyền dọc theo một ống chứa đầy nước nằm trên
một bề mặt nằm ngang trong không khí. Trong những điều kiện mặt cắt ngang của
ống là chắc chắn không tròn, nhưng tốc độ đo được trong vòng 10% của giá trị lý
thuyết cho một ống tròn của cùng một khu vực. Về mặt lý thuyết chỗ phình tốc độ

Trang 21


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

sóng tự nhiên C* (trong trường hợp không có trễ, trong đó có một tác dụng yếu vào
nó) bằng (ρD)

-1/2

, D là đường kính căn phồng và ρ mật độ nước (Lighthill, năm

1978, mục 2.2). Đối với một ống tròn có đường kính d và độ dày thành δ, đường
kính căn phồng D = d / (Eδ). Trong kênh sóng, với một đầu của mô hình gắn trên
bộ truyền động, sóng phình nhỏ có thể được đưa ra cùng ống trong nước chảy bằng
cách điều khiển một đầu theo chiều dọc với một cơ cấu servo, với một bước đầu
vào của biên độ rất nhỏ. Một bộ chuyển đổi áp lực ở đầu kia ghi rõ sự xuất hiện
của sóng phình kết quả, và các phép đo cho thấy một tốc độ 1.36 m/s. Tốc độ lý
thuyết (ρD)-1/2 = 1.93 m/s.Có vẻ hợp lý để liên kết các sự khác biệt trong trường
hợp này sự hiện diện của nước xung quanh.
Hình 2 cho các kết quả thu được từ các thí nghiệm, như là một hàm của tỷ lệ của
chiều dài ống L đến bước sóng λ của nước. Hai xác định trên có được chiều rộng
bao phủ. Những đồ thị với đường cắt nhau đã được tính toán từ các phép đo thử
nghiệm, phản xạ và lan truyền sóng. Những đồ thị với các vòng tròn mở thể cho
các tổn thất năng lượng trong cao su trên toàn bộ chiều dài của ống, tính từ phương
trình sóng phình tắt dần.

(Farley & Rainey, 2006d), pb (x, t) + pw (x, t) là áp suất bên trong ống: pw là áp

lực bên ngoài, và pb vượt quá áp lực nội bộ được hỗ trợ bởi sự căng thẳng trong
thành ống. Áp suất tại tất cả các điểm dọc theo ống đã được ước tính bằng cách sử
dụng phương trình này với điều kiện biên thích hợp đóng cuối cùng, và phù hợp
với áp lực vào cuối làn sóng xuống của ống với các phép đo. Từ kết quả nhấn
Trang 22


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

mạnh đó là sau đó có thể để tính toán tổn thất trễ và chiều rộng bao phủ có liên
quan.

IV-

BỘ TRUYỀN LỰC:
Những ống cao su trong hệ thống ANACONDA chỉ là giai đoạn đầu tiên của
quá trình chuyển đổi năng lượng từ những đợt sóng nhỏ thành những đợt sóng lớn
và nó cần thiết để chuyển hóa điện năng.Dòng chuyển đổi trong vùng sóng giống
như dòng khí trong WEC của cột nước,vì vậy có thể dung OWC(oscillating water
column) như là một turbin(hay ngược lại).Hiệu sấut của những turbin loại này là đã
biết trước,tuy nhiên năng lượng lcủa nó cũng dễ do động.
Trong trường hợp dùng ANACONDA,đường ống nước rất hữu ích,van 1
chiều ở cuối dường ống cho phép nước đi qua với áp lực cao hoăc thấp(hình
3),Hình 3 minh họa thiết bị dặt dưới đáy biển,nơi đặt bể chứa.Một turbin được đặt
ở nơi bằng phẳng trong bể chứa

Hình 3.Bản thiết kế thiết bị dưới đáy biển,1 turbin thủy lực được đặt giữa
nơi bằng phẳng trong bể chứa.

Sự cân bằng giữa sóng 1 chiều và dòng điện là đã được biết(xen ở Lighthill
1978 P.104).Điện thế ở đây tương tự như áp suất và cường độ dòng diện tương tự
như lưu lượng thể tích.Giả sử sóng có áp suất là P(t).Tại điển cuối,sóng đánh
ngược lại có áp suất là R(t) và tổng áp là T(t)
Trang 23


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

T(t)=P(t) +R(t)
Nếu tiết diện ống là A,chúng ta giả ử những đợt sóng lan truyền tự do với
vận tốc là c,lưu lượng thể tích là p thì chúng ta có công thức:
P(t)/(pc/A) –R(t)/(pc/A)={2P(t) – (P(t)+ R(t))}/(pc/A)={2P(t) - T(t)}/(pc/A)
Do đó mạch tương đương như hình 3, van và bể chứa được biểu diễn như
diot và tụ.Giả sử có một biểu đồ hình sin giữa sóng tới và tụ có dung lượng
lớn,công suất hấp thụ khoảng 92,3%.Nếu bể chứa đạt được 80% giá trị P(t) cực đại
và phần dư trên 50% thì nằm giaữ giá trị 24% và 146%.Những con sóng đánh dập
lại(ở những chỗ bụng sóng thì công suất không bị mất đi)cũng sẽ đạt được
92%công suất hấp thụ

Hình 4: Thiết kế thiết bị dịch chuyển dưới đáy biển
Những sự diều chỉnh dòng cân bằng ở hình 4.Độ dàiđoạn ống thêm vào là
λ/2π ( λ bước sóng) và điện trở của nó là X có sự liên kết điện trở là pc/A như
đường ống chính. Do đó sự điều tiết độ dài đường ống thêm vào là đề hạn chế quán
tính và để theo dõi thiết bị dưới đáy biển.
Việc bảo trì cũng trở nên thuận lợi nhờ các cấy trúc bằng cao su..Dung
kháng và cuộn cảm được vẽ như hình 4 có thể được bọc bằng cao su.Cao su gia cố
cuộn cảm(như là ruột xe hơi) để đảm bảo độ bền với đều kiện áp lực dưới nước.

Trang 24


Hệ thống năng lượng sóng biển “Anaconda”

GVHD: TS. Nguyễn Thanh Hào

Hai cái bể chứa đầy khí được biểu diễn bằng màu xanh đậm và những thiết
bị khác được biễu diễn những màu khác nhau (để tiện lợi trong việc phân biệt
chúng) độ cao khác nhau giữa chúng là để cân bằng chênh lệch cột áp.Bộ truyền
lực đang vận hành là một sự vượt trội về công nghệ của WEC với áp lực nước cao
vào trong bồn áp lực cao, áp lực nước thấp vào bồn chứa áp lực thấp.Loại trừ
những áp suất cao bởi vì chúng là áp suất trong vùng sóng, không phải nằm ngoài
bụng sóng.

Hình 5: Hệ thống ANACONDA hoàn tất với bộ truyền lực. Túi chứa khí được biểu
diễn bằng màu xanh đậm.

V-

TÍNH KINH TẾ:
Với độ bền của cao su trong hệ thống ANACONDA thì đó là sự hấp dẫn cho
các nhà đầu tư. Những tàu đệm khí với những vỏ bọc cao su phía dưới là một ví dụ
diển hình về sự hoàn hảo của nó. Xem hình 6

Trang 25