Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng thiết bị sử dụng năng lượng sóng biển sản xuất điện dùng bộ chuyển đổi thủy lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


LÝ THÁI BÌNH

NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ VÀ MÔ
PHỎNG THIẾT BỊ SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG SÓNG BIỂN SẢN XUẤT ĐIỆN
DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2013


0

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. TRẦN DOÃN SƠN ...............................
....................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : .........................................................................................
....................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : .........................................................................................
....................................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM

ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.
4.
5.

................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ


1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

---------------------------------------- -------------------------------------------------Tp. HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÝ THÁI BÌNH

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh:

Nơi sinh: ĐỒNG NAI

09/12/1985

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
1-

MSHV: 09040361

TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ SỬ DỤNG

NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN SẢN XUẤT ĐIỆN DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI
THỦY LỰC”.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
•

Tìm hiểu các thiết bị sản xuất điện dùng năng lượng sóng biển

•

Tìm hiểu các bộ chuyển đổi thủy lực dùng trong các thiết bị sử dụng năng lượng

sóng biển sản xuất điện
•

Tổng quan thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển sử dụng bộ chuyển đổi thủy

lực - Pelamis.
•

Thiết kế mơ hình 1/7 thiết bị Pelamis

•

Mơ phỏng hoạt động và dự đốn cơng suất thu được của cụm ống chính trên

phần mềm Ansys CFX 14


2

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013
5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS TRẦN DOÃN SƠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


3

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến
các Thầy, Cơ giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM, những
người đã tận tình dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt
thời gian học tập tại trường.
Tiếp đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn - Thầy
PGS.TS Trần Doãn Sơn đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất
để em hồn thành đề tài.
Vì thời gian thực hiện đề tài khơng nhiều, kiến thức bản thân cịn hạn chế, trong
thời gian thực hiện luận văn có nhiều khó khăn nên chắc chắn khơng tránh khỏi những
thiếu sót. Kính mong q Thầy, Cơ đóng góp ý những thiếu xót để luận văn được hồn
thiện hơn.

.

Học viên

Lý Thái Bình


4

TĨM TẮT:

Năng lượng sóng biển là một trong những nguồn năng lượng mới, sạch, và có
trữ lượng phong phú. Ngày nay, nhiều nước ngày càng chú trọng vào việc khai thác
nguồn năng lượng này. Thông qua nghiên cứu tổng quan một số thiết bị trên thế giới và
chi tiết Pelamis, đề tài khái quát về tình hình nghiên cứu thiết bị và cơng nghệ chuyển
đổi năng lượng sóng biển thành điện. Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu một bộ cơng
cụ hỗ trợ cho việc dự đốn hoạt động và cơng suất của mơ hình bằng cách xây dựng
mơ hình số trên phần mềm Ansys CFX 14 nhằm giảm chi phí trong giai đoạn đầu thiết
kế khi khơng phải chế tạo thử mơ hình.
ABSTRACT:
Wave energy is one among renewable energy, which is clean, pollution free and
abundant. Nowadays, many governments around the world have been paying more and
more emphasis on exploiting the wave energy. Thesis has researched in general kind of
many wave energy converter. Specifically, there are Pelamis wave energy converter
and hydraulic Power Take off of it. Additionally, in order design large-scale generation
system like pelamis type in ocean, we need to study on floater motion, which was
effected by the wave character. In this study, we’ve realized wave generation by
CFD(Computational Fluid Dynamic) in tank by Ansys CFX 14, to calculate the energy
absorbed by floater also to analyze the effected variables of angle change, angular
velocity and angular acceleration.


5

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi cam đoan rằng, ngoại trừ các kết quả tham khảo từ các cơng trình khác như
đã ghi rõ trong luận văn, các cơng việc trình bày trong luận văn này là do chính chúng
tơi thực hiện và chưa có phần nội dung nào của luận văn này được nộp để lấy bằng cấp
ở trường này hoặc trường khác.

6

MỤC LỤC:
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ..................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................3
TÓM TẮT: ...........................................................................................................................4
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................5
MỤC LỤC: ...........................................................................................................................6
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 9
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 9

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 11

1.3.

Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 11

1.4.

Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 11

1.5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................ 12

1.6.

Tính mới của đề tài .................................................................................................. 12

CHƯƠNG 2. ĐỊNH NGHĨA CÁC THƠNG SỐ CỦA SĨNG BIỂN VÀ PHÂN LOẠI
CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN ................................... 13
2.1.

Các thơng số của sóng biển ..................................................................................... 13

2.2.

Phân loại thiết bị ...................................................................................................... 14

2.2.1.

Phân loại theo vị trí lắp đặt so với bờ biển: ................................................ 14

2.2.2.

Phân loại theo đặc điểm hấp thụ năng lượng: ............................................. 15

2.3.

Các phương pháp chuyển đổi năng lượng .............................................................. 20

2.3.1.

Dạng chuyển đổi tua bin: ............................................................................. 21

2.3.2.

Dạng chuyển đổi thủy lực: ........................................................................... 21

2.3.3.

Dùng động cơ tuyến tính: ............................................................................. 22


7

CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC DÙNG TRONG
THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG.................................................................... 25
3.1. Ứng dụng hệ thống thủy lực trong các thiết bị hấp thụ năng lượng theo đường Attenuators:......................................................................................................................... 25
3.2.

Ứng dụng hệ thống thủy lực cho dạng hấp thụ điểm: ........................................... 26

3.3.

Ứng dụng hệ thống thủy lực cho thiết bị kiểu chắn sóng - Terminators .............. 27

3.4.

Yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống thủy lực: ........................................................... 28

CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG DÙNG BỘ
CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC-THIẾT BỊ PELAMIS .......................................................30
4.1.

Tổng quan ................................................................................................................. 30

4.2.

Bảng thiết kế mơ hình tỉ lệ 1/7 của thiết bị Pelamis dùng cho thử nghiệm.......... 35

4.2.1.

Bảng thiết kế mơ hình................................................................................... 36

4.2.2.

Tính tốn, thiết kế mạch thủy lực ................................................................ 40

CHƯƠNG 5: CÁC LÍ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC THIẾT Bị CHUYỂN ĐỔI
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN ..........................................................................................46
5.1.

Điều khiển pha – Latching control ......................................................................... 46

5.2.

Reactive loading control:......................................................................................... 48

5.3.

Điều khiển mạch thủy lực thiết bị Pelamis: ........................................................... 48

CHƯƠNG 6. TÍNH TỐN CÁC ĐẠI LƯỢNG KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ BẰNG
PHẦN MỀM ANSYS CFX 14 .........................................................................................52
6.1.

Mục tiêu:................................................................................................................... 52

6.2.

Thông số đầu vào:.................................................................................................... 52

6.3.

Cơ sở tính tốn dự đốn cơng suất hấp thụ của ống chính .................................... 53

6.4.

Giới thiệu phần mềm Ansys CFX 14 ..................................................................... 54

6.5.

Mô phỏng trên phần mềm Ansys CFX 14.............................................................. 54


8

6.5.1.

Các bước khi tiến hành mơ phỏng một bài tốn trên máy tính: ................. 54

6.5.2.

Cơ sở lý thuyết: ............................................................................................. 55

6.6.

Mơ phỏng trên phần mềm Ansys CFX ................................................................... 59

6.7.

Kết quả: .................................................................................................................... 75

CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................................78
7.1.

Kết luận .................................................................................................................... 78

7.2.

Hướng phát triển đề tài ............................................................................................ 78

- Tài liệu tham khảo ...........................................................................................................79


9

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Theo các số liệu thống kê và dự báo của Cơ quan Thơng tin Năng lượng Mỹ (EIA)
thì mức tiêu thụ năng lượng của thế giới sẽ tăng 57% trong thời gian từ năm 2004 đến
năm 2030, trong đó mức tiêu thụ điện năng sẽ tăng với tốc độ trung bình một năm là
0,46 kW/giờ/người. Hậu quả của sự gia tăng nhu cầu năng lượng này là sự tăng rất

mạnh lượng khí thải CO2. Nếu như năm 2004 có 26,9 tỷ mét khối lượng khí này thải
vào khí quyển thì đến năm 2015, con số này sẽ là 33,9 và năm 2030 là 42,9 tỷ mét
khối.
Khai thác nguồn năng lượng tái tạo để từng bước thay thế các nguồn năng lượng
truyền thống đang ngày càng cạn kiệt và giảm thiểu ô nhiễm, hiệu ứng nhà kính, là
chiến lược về năng lượng của các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền cơng
nghiệp phát triển. Một số nguồn năng lượng đang được nghiên cứu nhằm đáp ứng một
phần năng lượng trên thế giới như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng
Sóng Biển, năng lượng Địa nhiệt, năng lương sinh thái…Trong các nguồn năng lượng
trên thì nguồn năng lượng sóng biển cũng đang là một hướng đang được nhiều nước
trên thế giới tập trung nghiên cứu.
Sử dụng sóng như một nguồn năng lượng tái tạo cung cấp lợi thế đáng kể so với các
phương pháp khác của thế hệ năng lượng bao gồm những điều sau đây:

-

Sóng biển cung cấp mật độ năng lượng cao nhất trong số các nguồn năng lượng tái tạo.
Sóng được tạo ra bởi gió, mà gió tạo ra bởi năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt trời
cường độ thường của 0.1-0.3kW/m2 bề mặt ngang được chuyển đổi thành 2-3kW/m2
mặt phẳng thẳng đứng hướng của làn sóng truyền ngay dưới bề mặt nước

-

Hạn chế tiêu cực tác động môi trường trong sử dụng

-

Đáp ứng nhu cầu dùng điện theo mùa

-

Sóng biển có thể truyền đi một quãng đường dài mà vẫn ít bị tổn thất năng lượng.


10

-

Năng lượng sóng biển có thể tạo ra trong 90% thời gian trong ngày trong khi năng
lượng gió và năng lượng mặt trời khoảng 20-30%.
Tiềm năng năng lượng sóng biển ở Việt Nam:
Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020 đã xác định rõ, biển có vị trí quan
trọng trong phát triển kinh tế, và chiến lược phát triển năng lượng biển Việt Nam bước
đầu được triển khai, tuy còn chưa được một cách hệ thống, chưa có cơ quan đầu mối
trong việc lập quy hoạch, chiến lược ngành năng lượng-điện biển. Việt Nam có diện
tích biển rộng hơn 1 triệu km2 và có tiềm năng về năng lượng biển như mặt trời, gió,
sóng, thủy triều, gradient nhiệt,… nếu được quy hoạch tổng thể cả về không gian, thời
gian khai thác đồng bộ, hợp lý, sẽ có đóng góp hữu ích trong sự phát triển bền vững
kinh tế xã hội và bảo đảm an ninh quốc phòng Việt Nam.
Những vùng có mật độ năng lượng biển lớn nhất là vùng biển Trung Bộ và Đông
Nam Bộ Việt Nam. Biển Việt Nam được chia làm 54 vùng theo mật độ năng lượng
sóng biển Quảng Ninh đến Nghệ An, Thanh Hóa đến Dung Quất, Quảng Ngãi, Dung
Quất-đến Ninh Thuận, Ninh Thuận – Cà Mau, Cà Mau-Kiên Giang. Vào mùa gió Đơng
Bắc cơng suất điện sóng đat cực đại 40kW/m phía Bắc bờ biển Việt Nam và 30kW/m
vùng phía Nam. Trung bình năm 25kW/m vùng ven biển ngoài khơi Nam Trung
Bộ. Mật độ cao nhất tại vùng biển Phú Quý đạt 40 kW/m. Vào mùa gió Tây Nam cơng
suất đạt 20 kW/m vào tháng 7, 8 tại các vùng Nam Trung Bộ và Đơng Nam Bộ, các
vùng khác cơng suất trung bình đạt 10 kW/m.[2]
Trước khả năng lớn từ nguồn năng lượng sóng biển của Việt Nam và giải quyết nhu
cầu tìm nguồn năng lượng thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, tác giả tiến

hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và mơ phỏng thiết bị sử dụng năng
lượng sóng biển sản xuất điện dùng bộ chuyển đổi thủy lực”


11

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu tình hình nghiên cứu, máy móc và thiết bị sản xuất điện nhờ năng

lượng sóng biển trên thế giới và Việt Nam
Tìm hiểu một thiết bị điển hình đã được nghiên cứu và đã bắt đầu kết nối lưới
điện là thiết bị Pelamis Đươc phát triển bởi công ty Pelamis Wave Power, Xcốt-len
Nghiên cứu nguyên lý và thiết bị của bộ chuyển đổi thủy lực dùng trong thiết bị
Mơ phỏng động học và dự đốn công suất thu được trên phần mềm Ansys CFX
14
1.3.

Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu về công nghệ sản xuất điện từ sóng biển
Tìm hiểu ngun lý và cấu tạo thiết bị Pelamis
Tìm hiểu nguyên lý và thiết bị bộ chuyển đổi thủy lực
Mơ phỏng mơ hình tương tác giữa chất lỏng và rắn (FSI-Fluid Structure

Intraction) trên phần mềm Ansys CFX 14. Dự đốn cơng suất
1.4.

Đối tượng nghiên cứu
Thiết bị Pelamis

Bộ chuyển đổi thủy lực
Tương tác giữa chất lỏng và rắn (FSI) dựa trên kết quả mô phỏng của phần mềm

Ansys CFX 14


12

1.5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ở nước ta các cơng trình nghiên cứu về thiết bị sản xuất điện từ sóng biển cịn ít.

Đề tài thành cơng sẽ góp phần vào q trình nghiên cứu khoa học nói chung và ứng
dụng vào việc khai thác nguồn năng lượng biển ở Việt Nam
1.6.

Tính mới của đề tài
Mặt dù hiện nay trong nước cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu về năng lượng

sóng biển nhưng cũng chủ yếu là nghiên cứu về mặt thủy văn chưa đi sâu và nghiên
cứu thiết bị. Vì vậy việc tìm hiểu thiết kế, mơ phỏng một thiết bị điển hình là tính mới
của đề tài


13

CHƯƠNG 2. ĐỊNH NGHĨA CÁC THƠNG SỐ CỦA SĨNG BIỂN VÀ PHÂN
LOẠI CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN

2.1.

Các thơng số của sóng biển

Dao động tuần hồn của mặt nước qua vị trí mực nước trung bình gọi là sóng. Mơ
phỏng mặt nước chuyển động có thể thực hiện dưới dạng một sóng - sóng đơn hoặc
mặt nước chuyển động của nhiều sóng - sóng hỗn tạp. Sóng hình sin hay sóng điều hồ
là các thí dụ về sóng đơn vì bề mặt của nó có thể mơ phỏng qua hàm sin hoặc cosin.
Mặt sóng chuyển động so với một điểm cố định gọi là sóng tiến, hướng mà sóng
chuyển động tới gọi là hướng truyền sóng. Nếu mặt nước chỉ đơn thuần dao động lên
xuống gọi là sóng đứng. Nếu trong chuyển động sóng, mặt nước được mơ phỏng bằng
quỹ đạo khép kín hoặc gần khép kín đối với mỗi chu kỳ sóng gọi là dao động hoặc tựa
dao động. Định nghĩa các yếu tố sóng được nêu tại bảng
Các yếu tố sóng

Kí hiệu

Định nghĩa

Chu kỳ sóng

T

Thời gian để một đỉnh và
một bụng sóng đi qua một
điểm cố định

Tần số sóng

f

=1/T: Số dao động trong
một giây

Tốc độ pha

C

=L/T: Tốc độ chuyển động
của mặt sóng

Độ dài (bước) sóng

λ

Chiều dài của hai đỉnh hoặc
hai bụng sóng kế tiếp

Độ cao sóng

H

Khoảng cách thẳng đứng
giữa đỉnh và bụng sóng kế
tiếp

Độ sâu

d

Khoảng cách từ đáy biển


14

đến mặt nước trung bình
Khối lượng riêng của nước ρ
biển

1185kg/m3

Gia tốc trọng trường

9,8 m/s2

g

Cơng thức tính năng lượng của sóng hình Sin

ă

ượ
ℎề

2.2.

ó
à

=

32

; (đơ

ị

)

Phân loại thiết bị

Hiện nay đã có hơn 1000 bằng phát minh sang chế về các thiết bị này đăng kí ở châu
Âu, Bắc Mĩ và Nhật Bản. Nhưng có thể phân loại các thiết bị dựa vào các tiêu chí:
Theo tiêu chí về vị trí lắp đặt thiết bị;
Theo tiêu chí về độ sâu lắp đặt thiết bị;
Theo tiêu chí về ngun lý vật lý và cơng nghệ chuyển đổi năng lượng.
2.2.1. Phân loại theo vị trí lắp đặt so với bờ biển:
Được chia làm 3 loại: là loại trên bờ, gần bờ và xa bờ


15

Vị trí

Tên thiết bị

Trên bờ

Limpet,

Khuyết điểm

Ưu điểm

European Dễ dàng lắp đặt và Năng
bảo trì

Pilot Plant

lượng

của

sóng thấp

Khơng cần hệ thống Việc triển khai các
neo và cáp truyền đề án có thể bị giới
dẫn điện dài

hạn bởi yêu cầu cho
địa chất bờ biển,
thủy triều phạm vi,
bảo quản cảnh quan
ven biển, …

Gần bờ: vùng biển WaveRoller

Cũng có những ưu

có độ sâu từ 20-30

điểm gần giống các

m, cách bờ biển

thiết bị trên

không quá 500m

nhưng năng lượng

bờ

sóng thu được thì
cao hơn
Xa bờ: ở vùng nước McCabe
biển sâu hơn 40m

Wave Năng lượng cao

Pump, Pelamis

Yêu

cầu

có

hệ

thống neo linh hoạt
và hệ thống cáp
truyền dẫn dài

2.2.2. Phân loại theo đặc điểm hấp thụ năng lượng:
Cơng nghệ năng lượng sóng ngày càng phát triển nhanh và thay đổi rộng rãi trong các
ứng dụng của các thiết bị chuyển đổi. Thiết bị chuyển đổi năng lượng có thể được chia


16

thành các nhóm chính: Attenuators - kiểu hấp thụ năng lượng theo đường-đặt song
song với phương truyền sóng, Overtopping - kiểu tràng, oscillating water column
(OWC) - dao động cột nước, kiểu hấp thụ điển.
2.2.2.1.

Kiểu hấp thụ năng lượng theo đường - Attenuator:

Loại thiết bị này được đặt sao cho phương truyền sóng di dọc theo suốt chiều
dài của nó. Khi sóng truyền qua sẽ gây ra các chuyển động tại các khớp nối. Một hệ áp
suất thủy lực sẽ thu năng lượng tại các khớp chuyển động này.
Ưu điểm của loại này là diện tích cản sóng nhỏ nên hoạt động lực nhỏ.Pelamis
là một đại diên điển hình của loại này. Hình dáng của nó giống như một con rắn nữa
nổi nửa chìm trên mặt nước biển.

Hình 2. 1: Mơ hình thiết bị Pelamis
2.2.2.2.

Kiểu tràn:

17

Hình 2. 2: Mơ hình thiết bị Wave Dragon
Đặc điểm:
Dịng sóng biển sẽ được chắn và dẫn vào một bồn chứa làm quay một tua bin thủy lực
Ưu điểm:
Sử dụng kiểu chuyển đổi điện như các nhà máy thủy điện truyền thống đã được nghiên
cứu từ trước
Nhược điểm:
Tuy nhiên nguồn động học nước cung cấp từ kiểu này có tính phi tuyến rất mạnh khó
kiểm sốt dẫn đế nguồn điện cung cấp từ loại thiết bị này không ổn định.
Thiết bị đặc trưng:
Wave Dragon được đặt ở vùng biển khơi Đan Mạch


18

Hình 2. 3: Mơ hình thiết bị Wave Plane
2.2.2.3.

Kiểu dao động cột nước:

Đặc điểm:
Một hầm chân không bằng thép hoặc là bê tong được xây dựng ở trên bờ biển. Một đầu
đón sóng biển một đầu thơng với khí quyển thơng qua một tua bin khí – “well” tua bin.
Khi sóng biển tràng vào và rút đi thì sẽ tạo một sự dao động áp suất khơng khí làm
quay tua bin làm quay máy phát điện. Đặc điểm của “well” tua bin là ln quay một
chiều bất kể dịng khơng khí đi vào theo hướng nào.
Ưu điểm:

Dễ lắp đặt và bảo trì
Khơng cần cáp truyền dẫn xa và hệ neo đậu
Nhược điểm:
Năng lượng sóng gần bờ thấp. Tuy nhiên có thể khắc phụ đặc điểm này bằng cách tập
trung năng lượng sóng bằng phướng pháp khúc xạ và nhiễu xạ.


19

Hình 2. 4: Mơ hình thiết bị sử dụng ngun lý dao động cột nước
Là một trong những thiết bị dược nghiên cứu sâu nhất. Limpet là một thiết bị điển hình
hiện đang làm việc, kết nối lưới điện.
2.2.2.4.

Kiểu hấp thụ năng lượng kiểu chắn sóng - Oscillatory Wave
Surge Converter (OWSC)


20

Hình 2. 5: Thiết bị Aquamarine Power Oyster
2.2.2.5.

Phương pháp hấp thụ điểm:

Loại nguyên lý hoạt động kiểu nhấp nhô lên xuống ( Heaving systems)

Hình 2. 6: (a) Thiết bị Powerbouy, (b) Thiết bị Aquabouy, và (c) thiết bị AWS
2.3.

Các phương pháp chuyển đổi năng lượng


21

Hình 2. 7: Sơ đồng thể hiện các loại bộ chuyển đổi sử dụng trong các bộ chuyển đổi
năng lượng sóng biển
2.3.1. Dạng chuyển đổi tua bin:
Nguyên lý của những loại thiết bị kiểu này là dùng năng lượng sóng ép chất lỏng hoặc
là khơng khí làm quay cánh tua bin từ đó kéo theo làm quay thiết bị phát điện.
Điển hình của loại nén khơng khí làm quay tua bin là thiết bị Limpet
Điển hình của loại làm quay cánh tua bin bằng chất lỏng là thiết bị Wave Dragon.
2.3.2. Dạng chuyển đổi thủy lực:
Bộ chuyển đổi thủy lực thích hợp với dao động sóng ở tốc độ thấp. Có thể hoạt động ở
áp suất lên tới 400 bar là một trong những ưu điểm dễ nhận ra của loại này khi kích cỡ
và khối lượng được tính đến. Hình bên dưới thể hiện sơ đồ một hệ thống chuyển đổi
thủy lực cơ bản. Xi lanh chuyển động lên xuống nhờ một phao nổi. Xi lanh này sẽ đẩy
lưu chất đi đến hệ thống Valve 1 chiều. Hệ thống valve này giúp dòng lưu chất chỉ
chuyển động theo một chiều cố định mặc dù xi lanh chuyển động lên xuống. Hệ thống
này đang được sử dụng trong thiết bị Pelamis.


22

Hình 2. 8: Sơ đồ một bộ chuyển đổi dạng thủy lực
2.3.3. Dùng động cơ tuyến tính:
Ngay từ đầu nghiên cứu chuyển đổi năng lượng sóng biển, máy phát điện tuyến tính đã
được chú ý tới tuy nhiên vấn đề gặp phải là thiết bị sẽ nặng nề, cồng kềnh, đắt tiền và
hiệu suất thấp. Với sự phát triển của vật liệu nam châm điện mới thì bài tốn kĩ thuật
của loại thiết bị này phần nào được giải quyết. Thiết bị cho phép chuyển trực tiếp năng

lượng cơ thành điện năng.


23

Hình 2. 9: Sơ đồ bộ chuyển đổi dùng động cơ tuyến tính

Hình 2. 10: Bảng phân loại các thiết bị chuyển đổi sóng biển