Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dạng tấm phẳng dao động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH ĐIỆN NĂNG DẠNG TẤM PHẲNG DAO ĐỘNG Sinh viên thực hiện: L

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH ĐIỆN

NĂNG DẠNG TẤM PHẲNG DAO ĐỘNG

Sinh viên thực hiện: LÊ ĐÌNH CHỨC

LA VĂN THUẬN

Đà Nẵng – Năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là kết quả cuối cùng trong chương trình đào tạo, nó đòi hỏi sinh viên tự học tự nghiên cứu, áp dụng kiến thức tổng hợp trong 5 năm học Đồng thời để

đề tài có tính mới và tính ứng dụng vào thực tế, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dạng tấm phẳng dao động”

Sản xuất điện năng từ năng lượng tái tạo là xu thế chung của thế giới, đặc biệt là năng lượng từ sóng biển Trong đó, Việt Nam là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về biển, việc nghiên cứu phát triển hệ thống áp dụng cho vùng biển Việt Nam có ý nghĩa hết sức to lớn về mặt khoa học và ý nghĩa xã hội

Đề tài tập trung nghiên cứu nguồn năng lượng sóng biển ở khu vực biển nông,

để lựa chọn các khu vực có tiềm năng phù hợp với hệ thống thiết kế, tính toán mức năng lượng có trong khu vực này Từ đó đi đến thiết kế tấm phẳng dao động tiếp nhận nguồn năng lượng sóng và hệ thống thủy lực để phát điện Sau đó kiểm nghiệm bền cho hệ

thống và mô phỏng hoạt động của hệ thống trên phần mềm Catia P3_V5R21 và phần mềm Automation Studio

Phương pháp nghiên cứu: thu thập số liệu, tính toán thiết kê, kiểm nghiệm và mô phỏng bằng máy tính Đối tượng nghiên cứu của đề tài: sóng biển ở khu vực biển nông,

hệ thống thủy lực chuyển đổi năng lượng và các thiết bị thủy lực

Để hoàn thành đề tài này, em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của

thầy TS Phan Thành Long và quý thầy cô đã giúp đỡ và hướng dẫn thêm về chuyên

môn để nhóm chúng em được hoàn thành đề tài này Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Đình Chức

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn thiện thực tế trên cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo sự chỉ dẫn của giáo viên hướng dẫn Các số liệu và tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng theo đúng quy định liêm chính học thuật của Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng quy định Mọi sao chép không hợp lệ và vị phạm quy định tôi xin chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Đình Chức

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ vi

DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT x

Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SÓNG BIỂN VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA SÓNG BIỂN 2

1.1 Khái niệm chung về sóng biển và các đặc điểm của sóng biển 2

1.1.1 Khái niệm về sóng biển 2

1.1.2 Định nghĩa mực nước của đại dương 2

1.1.3 Thông số đặc tính của sóng đại dương 3

1.2 Phương pháp tính toán thông số đặc tính của sóng biển 4

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG 11

2.1 Cơ sở để chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng 11

2.1.1 Nguyên lý sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao động của hệ phao nổi 11

2.1.2 Nguyên lý sử dụng phương pháp lắc có công suất lớn để biến đổi năng lượng sóng sang cơ - điện năng 14

2.1.4 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng thông qua tuabin thủy lực 15

2.2 Các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng 16

2.3 Hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng dạng tấm phẳng 22

2.3.1 Sự hình thành sóng đại dương 22

2.3.2 Năng lượng sóng ở các vùng hình thành 23

2.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dạng tấm phẳng 25

Chương 3 TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN LÊN BỘ CHUYỂN ĐỔI DẠNG TẤM 30

3.1 Điều kiện thực tế năng lượng biển Việt Nam và khu vực Biển Đông 30

3.1.1 Chế độ gió trên khu vực biển Việt Nam 30

3.1.2 Chế độ sóng vùng biển Việt Nam 30

3.1.2 Đặc điểm địa lý bờ biển và đáy ven bờ biển các khu vực biển Việt Nam 33

3.1.3 Đánh giá khả năng áp dụng bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dạng tấm phẳng 35

3.2 Tính toán năng lượng tấm chắn sóng thu được từ sóng tới 35

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA HỆ THỐNGCHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH ĐIỆN NĂNG 39

4.1 Giới thiệu về hệ thống thủy lực 40

4.2 Giới thiệu các phần tử thủy lực 40

4.2.1 Tính toán bơm thủy lực 40

4.2.2 Bình tích năng 44

4.2.3 Động cơ thủy lực 50

4.2.4 Van một chiều 58

4.2.5 Máy phát điện 60

4.2.6 Hộp tăng tốc hành tinh 63

4.2.7 Dầu thủy lực 72

4.3 Tính toán thiết kế hệ thống 73

4.3.1 Tính toán thiết kế bơm piston tác dụng đơn 73

4.3.2 Tính toán đường ống dẫn dầu cao áp 77

4.3.3 Motor thủy lực 79

4.3.4 Tính toán bình tích năng 81

4.3.5 Tính toán hộp tăng tốc hành tinh 82

4.3.6 Tính toán lựa chon máy phát điện ba pha 83

Chương 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ KIỂM NGHIỆM 85

5.1 Mô phỏng hoạt động của hệ thống trên phần mềm Catia P3_V5R21 85

5.1.1 Giới thiệu về phần mềm Catia 85

5.1.2 Thết kế hệ thống chuyển đổi năng lượng trên phần mềm Catia 86

5.1.3 Ứng dụng môi trường Generative Structural Analysis để phân tích bền cho các cơ cấu trong hệ thống 91

5.2 Mô phỏng thủy lực trên phần mềm Automation Studio 96

5.2.1 Giới thiệu phần mềm 96

5.2.2 Ưu điểm của phần mềm Automation Studio 97

5.2.3 Mô tả phần mềm và cách sử dụng 97

5.2.4 Kết quả mô phỏng và nhận xét 105

KẾT LUẬN 107

PHỤ LỤC……….………110

DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Bảng 1.1 Chuyển đổi giữa các đơn vị vận tốc 9

Bảng 2.1 Các bộ chuyển đổi năng lượng trên thế giới 16

Bảng 4.1 Giá trị hằng số K cho các loại bơm 48

Bảng 4.2 Kiểu CCHT và số lượng số truyền, số lượng phần tử ma sát 64

Bảng 4.3 Kiểu CCHT và dãy số CCHT, số lượng phần tử ma sát 65

Bảng 4.4 Hệ số µ xác định tính toán cho trụ có chiều dài không đổi 75

Bảng 4.5 Thông kêt cấu ống dẫn dầu lựa chon 77

Hình 1.1 Mực nước của đại dương 3

Hình 2.1 Nguyên lý chung chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng 11

Hình 2.2 Nguyên lý sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng 12

Hình 2.3 Bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng kiểu phao nổi 13

Hình 2.4 Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng 14

Hình 2.6 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điệnnhờ tuabin gió 15

Hình 2.7 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dùng tuabin thủy lực 16

Hình 2.8 Các vùng hình thành sóng và các thành phần sóng 23

Hình 2.9 Sơ đồ phân tích năng lượng sóng tại các vùng hình thành sóng 24

Hình 2.10 Hình sơ đồ hệ thống……… 25

Hình 2.11 Sơ đồ phân tích lực 25

Hình 2.12 Lực tác dụng của sóng biển bên tấm phẳng 27

Hình 2.13 Lớp biên chất lỏng chảy qua tấm phẳng 28

Hình 2.14 Lực đẩy Ác-si-met tác dụng lên tấm phẳng 28

Hình 2.15 Hình dạng tấm phẳng thiết kế 29

Hình 3.1 Chế độ gió trên biển Việt Nam 30

Hình 3.2 Sơ đồ phân vùng tiềm năng năng lượng sóng dải ven biển Việt Nam 32

Hình 3.3 Sơ đồ địa hình đáy biển khu vực ven biển Việt Nam 34

Hình 3.4 Sơ đồ tiếp nhận năng lượng sóng của tấm phẳng 36

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng 40

Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo của bơm piston 41

Hình 4.3 Kết cấu của bình tích năng 45

Hình 4.4 Các giai đoạn hoạt động của bình tích năng loại túi khí 45

Hình 4.5 Sơ đô cấu tạo động cơ thủy lực kiểu piston hướng kính 50

Hình 4.6 Sơ đồ động học của piston trong motor thủy lực 52

Hình 4.7 Sơ đồ phân tích động học piston trong motor thủy lực 56

Hình 4.8 Van dạng trượt………58

Hình 4.9 Van dạng xoay 59

Hình 4.10 Van một chiều bi trượt 59

Hình 4.11 Ký hiệu thủy lực của van một chiều 60

Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện đồng bộ 3 pha không chổi than 61

Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý máy phát tự kích thích dung dioze chỉnh lưu 63

Hình 4.14 Các dãy cơ cấu hành tinh cơ bản 65

Hình 4.15 Mô tả cấu trúc và các quan hệ động học, động lực học của cơ cấu hành tinh cơ bản 66

Hình 4.16 Dãy cơ cấu hành tinh ba khâu (a, b) và bốn khâu (c) 68

Hình 4.17 Khối bánh răng hành tinh 71

Hình 4.18 Sơ đồ hệ hành tinh 71

Hình 4.22 Kết cấu hệ hành tinh thiết kế 83

Bảng 4.6 Thông số máy phát điện lựa chọn 84

Hình 5.1 Giao diện môi trường part design của Catia 86

Hình 5.2 Bơm piston đơn thiết kế trên Catia 87

Hình 5.3 Ổ đỡ trục quay của tấm phẳng 87

Hình 5.4 Bình tích năng thiết kế bằng Catia 87

Hình 5.5 Hệ thống tấm phẳng tiếp nhận năng lượng sóng biển 88

Hình 5.6 Giàn 6 bình thủy lực của hệ thống 89

Hình 5.7 Hệ bánh rang hành tinh 90

Hình 5.8 Motor thủy lực 90

Hình 5.9 Tổ hợp máy phát và motor thủy lực đặt ở trên bờ 91

Hình 5.10 Môi trường Generative Structural Analysis trong Catia 91

Hình 5.11 Phân bố ứng suất trên tấm phẳng tiếp nhận năng lượng sóng 92

Hình 5.12 Sự chuyển vị trên tấm phẳng tiếp nhận sóng biển 92

Hình 5.13 Phân bố áp lực đặt lên thành xylanh của bơm piston 93

Hình 5.14 Phân bố chuyển vị các phần tử thành xylanh của bơm piston 93

Hình 5.15 Sai lệch cục bộ trên thành xylanh của bơm piston 94

Hình 5.15 Giao diện môi trường Drafting trong Catia 94

Hình 5.16 Giao diện màn hình của môi trường DNU Nikematics 95

Hình 5.17 Giao diện của phần mềm Automation Studio 96

Hình 5.18 Giao diện làm việc chính của Automation Studio 97

Hình 5.19 Môi trường soạn thảo biểu đồ trong Automation Studio 98

Hình 5.20 Thanh công cụ mô phỏng trong Automation Studio 99

Hình 5.21 Thanh công cụ chèn trong Automation Studio 99

Hình 5.22 Thư viện tìm kiếm trong Automation Studio 100

Hình 5.23 Hộp thoại Project Template 101

Hình 5.24 Giao diện hộp thoại đặc tính phần tử 102

Hình 5.25 Hộp chọn xây dựng hệ thống phần tử thủy lực 103

Hình 5.26 Sơ đồ mô phỏng hệ thống chuyển đổi năng lượng được thiết kế 105

Hình 5.27 Kết quả xuất ra từ mô phỏng trên Automation Studio 106

MỞ ĐẦU

Mục đích thực hiện đề tài:

Sản xuất điện năng từ năng lượng tái tạo là xu thế chung của thế giới Đặt biệt là sản xuất điện từ năng lượng sóng biển Việc nghiên cứu phát triển sản xuất điện từ sóng biển là hết sức cần thiết

Việt Nam có tiềm năng năng lượng sóng biển rất dồi dào, nhưng ở Việt Nam vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về sản xuất điện bằng năng lượng sóng biển, đề tài nghiên cứu có ý nghĩa về kinh tế và xã hội rất lớn đối với Việt Nam

Nguồn năng lượng thu được trong sóng biển lớn hơn gấp nhiều lần so với nguồn năng lượng thu được từ năng lượng gió hoặc mặt trời Trong tương lai, điện năng từ sóng biển sẽ được sử dụng phổ biến hơn

Việc thiết kế hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng sẽ khắc phục các nhược điểm của các nguồn nnawg lượng tái tạo khác như: tiếng ồn (điện gió); chiếm diện tịch đất (điện mặt trời và điện gió)

Mục tiêu đề tài: phân tích tính toán năng lượng sóng biển ở một số vùng biển

Việt Nam, thiết kế được hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng áp dụng ở khu vực biển nông Mô phỏng hệ thống trên các phần mềm kỹ thuật

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

Sóng biển ở vùng biển nông, cụ thể là biển nông ở biển Việt Nam

Hệ thống thủy lực, các thiết bị thủy lực sử dụng trong hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng

Phương pháp nghiên cứu: Phân tích và tổng hợp lý thuyết

Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp:

- Phân tích, thu thập số liệu về sóng biển và gió trên biển

- Tính toán thiết kế hệ thống

- Kiểm nghiệm bền (lý thuyết và sử dụng phần mềm hyperworks)

- Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Catia và Automation Studio

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SÓNG BIỂN

VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA SÓNG BIỂN

1.1 Khái niệm chung về sóng biển và các đặc điểm của sóng biển

1.1.1 Khái niệm về sóng biển

Sóng biển là các sóng bề mặt xuất hiện tại tầng trên cùng của biển hay đại dương Chúng thường được tạo ra do tác động của gió, nhưng đôi khi cũng do các hoạt động địa chấn và có thể lan truyền hàng nghìn kilomet Độ cao của sóng có thể chỉ nhỏ cỡ vài chục centime nhưng cũng có thể lớn tới cỡ sóng thần Các phân tử nước biển tham gia vào chuyển động của sóng chỉ xoay vòng tại chỗ và có ít chuyển động tịnh tiến theo hướng lan truyền của sóng; tuy rằng một lượng năng lượng lớn có thể được lan truyền theo sóng

Chế độ sóng, đặc trưng các yếu tố sóng, sự tác động của sóng lên bờ và những đối tượng khác phụ thuộc rất nhiều vào loại sóng Theo lực gây nên sóng, người ta phân biệt:

+ Sóng gió: được gây nên bởi gió và chịu tác động của gió; những sóng do gió gây nên nhưng còn duy trì được sau khi gió ngừng tác động hoặc đổi hướng được gọi là sóng lừng Cũng gọi là sóng lừng khi mà sóng đi từ nơi chúng được gió gây nên tới vùng đang xét đang hoàn toàn lặng gió

+ Sóng áp xuất hiện do tác động của áp xuất khí quyển hoặc gió làm mặt nước lệch khỏi vị trí cân bằng

+ Sóng Tsunami xuất hiện do các hiện tượng động đất, núi lửa dưới nước hoặc ven bờ

+ Sóng tàu gây bởi chuyển động của tàu, thuyền qua lại

+ Sóng thủy triều biểu hiện ở sự dao động tuần hoàn của mực nước biển, gây bởi tác động của các lực tạo triều của Mặt Trăng và Mặt Trời

1.1.2 Định nghĩa mực nước của đại dương

Dựa trên tỉ lệ độ sâu mực nước biển (chiều cao của mặt nước biển (h) so với đáy)

và bước sóng (λ) người ta chia mực nước biển ra 3 vùng khác nhau:

Vùng có mực nước sâu (h ≥ λ/2) Ở vùng này sóng được hình thành với bước sóng ngắn và vận tốc nhỏ, sau đó được cung cấp năng lượng từ các nguồn của sóng chủ yếu là gió biển và gia tăng chiều cao, bước sóng, vận tốc

Vùng có mực nước trung bình (λ/2 > h ≥ λ/20): vùng nươc này thường ở lân cận

bờ biển, sóng xuất hiện ở vùng nước này thường có bước sóng dài và vận tốc khá cao, lúc này chiều cao của sóng gần được gia tăng tối đa

Vùng có mực nước cạn (vùng sóng vỗ) (h < λ/20): vùng nước này là vùng nước gần bờ biển nhất, ở vùng nước này sóng được cấp năng lượng cao nhất từ tác động của gió biển hoặc từ các nguồn tạo nên sóng Vì được gia tăng nên lực lớn tác động vào sườn sau của sóng đầy sườn sau di chuyển nhanh và vượt lên phía trước làm chiều cao sóng tăng lên cao rồi đập vào bờ

Hình 1.1 Mực nước của đại dương

1.1.3 Thông số đặc tính của sóng đại dương

Sóng đại dương là một loại sóng cơ, vì vậy nó mang đầy đủ các đặc tính cơ bản của sóng cơ như:

E – Năng lượng sóng ( lb.ft hoặc N.m )

P – Công suất sóng ( lb.ft/ sec hoặc W , kW)

h – Độ sâu của mực nước biển ( ft hoặc m)

H – Chiều cao của sóng (ft hoặc m)

Với 1ft = 0.3048 m và 1 lb= 4.44822162 N

Các thông số đặc tính của sóng có giá trị khác nhau ứng với từng vùng nước và nguồn sóng khác nhau Người ta dựa trên các thông số đặc tính này để tính toán và thiết

kế mô hình khai thác năng lượng sóng

1.2 Phương pháp tính toán thông số đặc tính của sóng biển

Có hai phương pháp chính để tính toán các thông số của sóng đại dương là:

- Phương pháp thứ nhất là quan sát thu thập số liệu về chu kì của sóng và dựa vào từng dạng sóng, mực nước biển để áp dụng vào các biểu thức tính toán ra các thông

số đặc trưng của sóng Ưu điểm của phương pháp này là tính toán chính xác năng lượng của sóng, nhưng hạn chế là việc thu thập các số liệu của sóng rất khó khăn và chỉ áp dụng cho các dạng sóng chuẩn, không tính toán được sóng hỗn hợp bất kỳ

- Phương pháp thứ hai là dựa vào thông số vận tốc gió tác động vào mặt nước biển ra tra bảng và dựa vào hàm phổ của tốc độ gió, các biểu thức tính toán ta tìm được các hệ số cần thiết tính toán ra được các thông số của sóng Phương pháp này có thể áp dụng cho vùng biển bất kì

1.2.1 Phương pháp tính toán thông số đặc tính của sóng từ các số liệu thu thập được

Tính toán các thông số của sóng theo phương pháp thứ nhất, bằng cách quan sát

và thu thập số liệu của hai dạng sóng đặc trưng là sóng đều xuất hiện đa số ở vùng nước sâu, sóng không đều xuất hiện ở vùng nước trung bình và sóng nước cạn

Các biểu thức tính chu kì, tần số, bước sóng, vận tốc sóng của cả hai dạng sóng trên là giống nhau và được trình bày ở biểu thức 1 đến 7 dưới đây:

* Chu kì sóng được tính theo biểu thức:

g – hằng số gia tốc trọng trường, g=9.81m/s2

Đặc tính cơ của sóng chỉ phụ thuộc vào bước sóng và độ sâu mực nước, như vậy với bước sóng và chu kỳ không thay đổi thì ở mỗi mực nước khác nhau ta sẽ có thông

ta có các biểu thức tính toán khác nhau và được trình bày từ biểu thức (1.8) tới (1.18)

1.2.1.1 Tính toán năng lượng của sóng đều

Sóng đều được định nghĩa là dạng sóng có chiều cao ngọn sóng tỷ lệ tương đối với bề rộng ngọn sóng và dạng sóng tạo ra nó có dạng hình sin:

* Tổng năng lượng nhận được từ sóng đều được xác định bởi biểu thức:

 – khối lượng riêng của nước (1000kg/m3 đối với nước ngọt và 1030kg/m3

đối với nước biển)

Sự chuyển tải năng lượng sóng từ điểm này tới điểm khác theo chiều chuyển động của sóng được đặc trưng bởi dòng năng lượng hay thường gọi là sóng suất của sóng

* Công suất của sóng đều được xác định bởi biểu thức:

2 8

g

gH c b

= (1.11) Năng lượng trên một đơn vị bề rộng sóng:

2 8

g

gH c P

b



= (kW/m) (1.12) Trong đó : cg – được gọi là vận tốc của nhóm sóng và được trình bởi công thức

1.2.1.2 Tính toán năng lượng của sóng không đều (sóng gần bờ)

Đặc tính của dạng sóng này là có chiều cao ngọn sóng khá cao nhưng bề rộng ngọn sóng hẹp và có xu hướng vỗ vào bờ, một định nghĩa mới ở phần này là chiều cao sóng vỗ vào

bờ Hb Dựa theo các định lý của Stokes và xem như năng lượng của sóng đều xuất hiện

ở vùng nước trung bình và vùng nước cạn là như nhau ta có các biểu thức tính toán sóng

4 6

9 1

pháp này thường được áp dụng vì có thể ứng dụng tính toán cho các dạng sóng và vùng biển bất kỳ

Trong vùng biển bất kỳ thì xuất hiện rất nhiều dạng sóng với chiều cao, chu kỳ khác nhau và chúng di chuyển theo các hướng khác nhau Vì vậy, với một sóng thứ i thì:

* Năng lượng tạo ra được tính bằng biểu thức:

2

8

i i i

ST(Ti) – là mật độ của sóng hay thường gọi là hàm phổ của sóng (ft2/s hoặc





= = (1.23) Như vậy vi phân chu kì sóng thứ i là:

2i 2 2i

i

f T

( ) 3 BT i4

S T =AT e− (1.26)

Trong đó các hệ số:

2 3 4 8,10.10

(2 )

g A

* Thay các kết quả của biểu thức (1.23), (1.26), (1.27), (1.28) vào biểu thức (1.29) ta

tính được công thức tính năng lượng sóng trên một đơn vị bề mặt sóng E :

3 4

4 3

Hs = 0,0213V2 (m) (1.32)

* Từ thông số chiều cao tính được ở biểu thức (1.31) và (1.32) ta tính được chu kỳ trung

bình T , Newman đưa ra biểu thức tính được trung bình chu kỳ sóng :

Với vận tốc gió được tính theo ft/s

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI

NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG

2.1 Cơ sở để chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng

Hình 2.1 Nguyên lý chung chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng Như đã phân tích ở trên, năng lượng sóng biển tồn tại đồng thời dưới dạng thế năng và động năng, để khai thác năng lượng sóng biển chúng ta phải thiết kế một cơ cấu

để tiếp nhận năng lượng của sóng biển và chuyển năng lượng đó thành cơ năng (chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay) Cơ năng sẽ làm hoạt động máy phát điện và tạo

ra điện năng Tùy thuộc vào từng phương pháp cụ thể và đối tượng khai thác là sóng gần bờ hay sóng xa bờ mà các hệ thống có những thiết kế phù hợp để đảm bảo việc chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng được tối ưu và hiệu suất cao nhất

2.1.1 Nguyên lý sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao động của hệ phao nổi

Dựa trên chuyển động của sóng biển, theo phương thẳng đứng và phương ngang,

sự chuyển đổi năng lượng của sóng biển thành cơ năng để làm quay máy phát điện có thể áp dụng theo nhiều phương pháp như: chuyển động sóng thành dao động của không khí trong phao, chuyển động sóng thành áp lực dầu thủy lực, chuyển động sóng thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng…

2.1.1.1 Nguyên lý biến chuyển động của sóng biển thành sự thay đổi của áp suất không khí trong phao nổi

Hình 2.2 Nguyên lý sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng

1-Trục dẫn hướng; 2-phao; 3-cáp lò xo; 4-hộp khớp nối; 5-cáp nổi phụ;

6-trụ giữ phao; 7-móng đế; 8-cáp phụ; 9-phao phụ

Dựa trên trên quy luật dao động của sóng, áp dụng sự dao động lên xuống của sóng

để chuyển thành chuyển động tịnh tiến của piston nhờ vào sự nhấp nhô của phao theo đỉnh sóng Trên hình 2.2 vẽ sơ đồ hoạt động của phương pháp này Phao nổi có đường kính r chuyển động lên xuống dọc theo một trục dẫn hướng (1) nhờ sóng biển Trục dẫn hướng này được cố định với đáy biển bằng một khớp cầu đặc biệt gọi là hỗn hợp khớp nối (4) Trong phao nổi (2) được đặt một máy nén khí cụ thể là piston, piston chuyển động được nhờ dao động lên xuống của phao nổi dưới tác động của sóng Khí nén tạo ra được điều chỉnh để chạy tuốc bin không khí cũng nằm trong phao nổi (2) và tạo ra điện năng Dọc theo trục dẫn hướng (1), phao nổi được giữ bằng một hệ thống cáp kiểu lò xo có thể di động được (3) để điều chỉnh độ cao thấp của phao theo mức nước hoặc theo thuỷ triều Hộp khớp nối (4) nối với một hệ thống gồm đường cáp nổi phụ (5), phao trợ giúp (9) và dây neo (8) được giữ bằng hệ thống neo rùa Hệ thống phụ trợ này sẽ làm tăng độ ổn định vị trí cho phao nổi trên trục dẫn hướng Toàn bộ hệ trục dẫn hướng, phao nổi được gắn với trụ giữ phao (6) và móng đế (7) Móng đế này được kết cấu bằng hệ neo cọc xuống đáy biển

Tuốc bin khí này có thể chạy với tốc độ 3.000 vòng phút với hiệu suất biến đổi năng lượng 45-60% Trong thực tế với loại thiết bị biến đổi năng lượng sóng kiểu này có thể tạo ra dòng điện có công suất từ vài W đến vài ngàn kW

2.1.1.2 Nguyên lý biến chuyển động của sóng biển thành sự thay đổi của áp suất dầu thủy lực nhờ phao nổi

Tương tự như chuyển đổi năng lượng sóng thành năng lượng điện nhờ dao động lên xuống của phao nổi, biến chuyển động của phao thành chuyển động tịnh tiến của piston, nhưng thay bằng khí nén thì piston sẽ nén dầu thủy lực, áp lực của dầu sẽ đạt hiệu suất lớn hơn nhiều Dầu thủy lực sau khi được nén với áp suất cao sẽ làm quay motor thủy lực để dẫn quay động máy phát phát điện, hệ thống phát điện này sẽ nằm ngay bên trong phao nổi đối với các hệ thống chuyển đổi sóng xa bờ, điện năng thu được

sẽ được kết nối từ các phao và dẫn vào bờ để sử dụng Đối với phao nổi gần bờ thì dầu thủy lực áp suất cao sẽ được dẫn vào duy trì hoạt động của một trạm phát diện được đặt

ở trong bờ

Hình 2.3 Bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng kiểu phao nổi 2.1.1.3 Nguyên lý biến chuyển động của sóng biển thành điện năng nhờ sự biến đổi điện thông qua phao nổi

Có hai dạng thiết bị để biến đổi năng lượng sóng thành điện năng làm việc theo nguyên lý này (Hình 2.4)

Máy phát cảm ứng ở dạng phao dao động theo sóng (hình 2.4a): nam châm vĩnh cửu (2) dao động lên xuống nhờ được liên kết với phao nổi (1), khi phao nổi lên xuống làm cho nam chân dịch chuyển lên xuống theo từ đó sinh ra từ thông biến thiên xung quanh cuộn dây (3) được cố định xuống đáy biển, suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây

Máy phát có cuộn dây cố định được neo ở đáy và được đặt đồng trục với phao, trên phao chứa nam châm (hình 2.4b): nam châm (2) sẽ được gắng trên phao (1) và lắp đồng trục với hệ thống cuộn dây của máy phát điện, khi phao nổi nhấp nhô lên xuống

làm cho nam châm thay đổi theo, từ trường biến thiên sinh ra trong cuộn dây và làm xuất hiện suất điện động cảm ứng bên trong cuộn dây

Hình 2.4 Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng

1- Phao nổi; 2- nam châm vĩnh cửu; 3-cuộn dây

2.1.2 Nguyên lý sử dụng phương pháp lắc có công suất lớn để biến đổi năng lượng sóng sang cơ - điện năng

Nguyên lý làm việc của thiết bị này như sau: bộ phao “con vịt” có phần phao

đối xứng được nối ghép với bộ truyền cơ năng và xoay dập dình quanh trục trụ (2) (Hình 2.5) Sóng biển với độ cao khác nhau sẽ tạo ra dao động cho phao và tạo ra mô men đối với trục trụ và làm quay hệ cơ chứa trong trục trụ Phần phao đối xứng tạo ra cho phao dao động liên tục dập dình theo các pha lên xuống của sóng Với phương pháp này có thể biến đổi tới 80% năng lượng sóng ra cơ năng và xấp xỉ 60-70% ra điện

năng

Hình 2.5 Phương pháp chuyển đổi năng lượng sóng thành điện kiểu con lắc

1-con lắc; 2-trục phao; 3-phao đối xứng

2.1.3 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện thông qua tuabin gió

Hình 2.6 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

nhờ tuabin gió Phương pháp chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng thông qua tuabin gió hoàn toàn giống với phương pháp sản xuất điện từ năng lượng gió Nhưng thay vì

sử dụng năng lượng gió tự nhiên thì phương pháp này sử dụng áp lực gió sinh ra do mặt nén trong một không gian kín Khi không gian kín nằm trong vùng lồi của con sóng thì dao động của sóng lên cao làm thể tích không khí trong không gian kín giảm xuống, không khí sẽ thổi lên phía trên có áp thấp đồng thời cũng đi qua cánh tuabin gió làm quay máy phát điện

2.1.4 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng thông qua tuabin thủy lực

Khi sóng dao động, chênh lệch giữa đỉnh sóng và lõm sóng có thể lên đến vài mét, sự chênh lệch cột áp này có thể sử dụng để làm quay tuabin thủy lực giống như đạp thủy điện Để làm được điều này, người ta phải thiết kế một bể nổi trên mặt nước có thành bể cao hơn mặt nước bình thường, khi đính sóng lên vào và đổ vào bể thì được bể chứa lượng nước đó lại, khi vào sóng lõm, do sự chênh lệch cột cáp nên nước biển bên trong bể sẽ chảy ra ngoài và làm quay tuabin khi đặt tuabin

Hình 2.7 Nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dùng

tuabin thủy lực

2.2 Các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng

Với tiềm năng sóng biển vô cùng lớn và là nguồn năng lượng của tương lại nên

đã có rất nhiều công ty và các trường đại học trên khắp thể giới đã nghiên cứu phát triển

hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng Đặc biệt là các quốc gia có tiềm năng lớn về biển và đi đầu trong số đó các nước như Mỹ, Scotlen, Tây ban Nha, Nhật Bản, Hà Lan… với rất nhiều công nghệ mới cho hiệu suất chuyển đổi rất cao

Theo thống kê của Trung tâm năng lượng tái tạo và phát triển năng lượng bền vững (Centre for Renewable and Sustainable Energy Studies) thuộc Cộng Hòa Nam Phi, tính đến tháng 10 năm 2013 trên thế giới có hơn 170 loại hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện đã được triển khai áp dụng và đang kiểm nghiệm

Bảng 2.1 Các bộ chuyển đổi năng lượng trên thế giới

Bộ chuyển đổi kiểu tấm phẳng

Hệ thống: Oyter

Công suất: 300 – 600 kW

Chiều cao: 12m

Công nghệ: Hệ thống Oyter tập trung khai

thác năng lượng sóng theo chiều ngang, khu

vực sóng gần bờ Hệ thống này cũng sử dụng

xilanh thủy lực chuyển đổi năng lượng sóng

để phát điện Với thiết bị này, khả năng tác

động đến môi trường thấp

http://www.aquamarinepower.com/

Hệ thống: WaveRoller, AW-Energy, Phần

Lan

Công suất: 10 – 15 kW/modun, tổng công suất

phụ thuộc vào số modun lắp đặt

Công nghệ: Thiết bị cũng hoạt động dưa trên

sự dao động của sóng theo phương ngang

http://www.aw-enegy.com

Hệ thống: Pelamis

Công ty: Ocean power Delivery Ltd, Scotlen

Công nghệ: Pelamis có hình dạng như một con

rắn trên biển, các ống phao hình trụ lớn được

nối với nhau bởi khớp bản lề, giữa các đoạn

phao có đặt bơm thủy lực, khi sóng dao động,

các đoạn phao ép vào nhau làm bơm hoạt động

và dẫn động cho máy phát phát điện

Công suất: 750kW, với l=120m, D = 3.5m

http://www.Oceanpd.com

Bộ chuyển đổi kiểu phao nổi

Hệ thống: PowerBuoy

Công ty: Ocean Power Technology

Công suất hiện tại: 40kW, đường kính 3.7m,

cao 15.8m

Công nghệ: bộ chuyển đổi kiểu phao nổi, sử

dụng piston thủy lực để chuyển đổi giao động

sóng thành cơ năng làm quay máy phát điện, các

bộ phận này được đặt ngay bên trong phao và

điện năng tạo sẽ được dẫn vào bờ bằng cáp

https://www.oceanpowertechnologies.com/pow

erbuoy

Hệ thống: Hyperbaric Coppe UFRJ device

Xuất xứ: đại học Coppe, Liên bang Reodezanero

Kích thước: phao đường kính 10m, tay đòn 22m

Công nghệ: Coppe UFRJ là phao nổi được lắp

đặt ở các khu vực bở biển có vách đá, sự nhấp

nhô của phao sẽ được chuyển đổi thành áp suất

dầu thủy lực nhờ cánh tay đòn Xylanh thủy lực

sẽ tạo áp cho dầu làm quay máy phát điện

http://www.boltwavepower.com

Hệ thống: Wave Rider

Công ty: SeaVolt Technologies, Mỹ

Công suất: 10 – 400 MW

Công nghệ: Wave Rider là thiết bị chuyển đổi

năng lượng dạng phao nổi, thiết bị thủy lực được

đặt cố định ở đáy biển Phao và bộ chuyển đổi

được nối với nhau bằng dây cáp Sự dao động

của sóng sẽ làm phao chuyển động theo phương

thẳng đứng kéo xylanh thủy lực hoạt động và tạo

Công nghệ: Vigor là một ống dẻo dài trong đó

có khí và nước biển được nạp vào ở đầu ống

nhờ dao động của sóng và do ống dài nhiều

chu kỳ sóng nên khi sóng dao động sẽ làm

nước được di chuyển về cuối ống, tại đây có

gắng tuabin thủy lực Nước có áp suất sẽ thoát

ra ngoài và làm tuabin quay để phát điện

http:// www.vigorwaveenergy.com

Hệ thống: Seawave Slot-Cone Generator

Công tỵ: WaveEnergy, Na Uy

Công nghệ: Hệ thống được xây dựng ở các bờ

biển có địa hình cách đứng và sâu để khai thác

năng lượng sóng khi sóng vỗ vào bờ Hệ

thống gồm nhiều ngăng khác nhau để khai

thác tối đa thế năng của sóng Khi sóng vỗ vào

bờ sẽ trường theo mặt nghiêng của hệ thống

và nước biển thông qua các cửa sẽ chứa lại

trên các ngăng, thế năng của nước sẽ làm các

tuabin quay và phát điện

http://www.waveenergy.no/

Hệ thống: Wave Dragon

Công ty: Wave Dragon, Đan Mạch

Công nghệ: Kênh thu hẹp lại bằng các phao

với hai cánh tay cong để thu sóng Tạo ra

sóng tràn qua các bụng của bậc thềm và

nước tích trữ được sử dụng để quay tuabin

với tốc độ khởi động thấp

Bộ chuyển đổi kiểu biến đổi điện trực tiếp

Hệ thống:Weptos

Công ty: Wello, Đan mạch

Kích thước: 7m, 20 rotor

Công nghệ: Hệ thống gồm 20 phao có tâm quay

bị lệch, dưới sự tác động của sóng sẽ làm phao

lắc lư, với độ lệch tâm của phao sẽ sinh ra

momen quay làm quay stator được nối trực tiếp

với phao, sự dao động đó sẽ sinh ra từ trường

Công nghệ: Brandl Generator là hệ thống

chuyển đổi dựa trên phương pháp biến đổi

điện, cuộn dây được gắn trên phao nổi và sóng

biển sẽ làm phao nhấp nhô theo phương thẳng

đứng Một thanh sắt có đối trọng phía dưới sé

đứng yên và được lắp đồng trục với cuộn dây

Sự dịch chuyển tương đối giữa cuộn dây và lõi

sắt làm suất hiện từ tông biến thiên, trong cuộn

dây sẽ sinh ra dòng điện

http://brandlmotor.de

2.3 Hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng dạng tấm phẳng

2.3.1 Sự hình thành sóng đại dương

Sóng được hình thành qua 3 giai đoạn với 3 vùng hình thành sóng khác nhau: Sóng ban đầu được hình thành từ ngoài khơi đại dương và cách rất xa bờ, với từng đợt sóng có chiều dài thân sóng rất ngắn và chiều cao thấp Như vậy, ban đầu sóng được hình thành với bước sóng ngắn và tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng cao nhất (vùng sóng gợn_wave crowding)

Sau đó những đợt sóng này sẽ dao động về phía gần bờ và bắt đầu tăng bước sóng, cũng như chiều cao sóng cũng được gia tăng Ở vùng này tốc độ dịch chuyển của

Bộ chuyển đổi kiểu tuabin khí

Hệ thống: Pico Power Plant

Công ty: European Commission & Instituto

Superior Técnico, Bồ Đào Nha

Công nghệ: Pico Power Plant là hệ thống

chuyển đổi năng lượng dựa trên sự sao động của

sóng trong một không giang kín làm dòng khí

trên mặt sóng dịch chuyển làm quay tuabin khí

Công nghệ: SWEC có nguyên lý là một túi khí

được đặt trên đáy biển, độ cao của sóng biển sẽ

làm thay đổi áp lực nước tác dụng lên túi khí làm

túi khí bị nén làm cho van áp suất mở ra và dòng

khí sẽ được đẩy ra làm quay tuabin khí

đỉnh sóng cũng giảm xuống và năng lượng sóng với chiều tác động đẩy sóng nhô lên gia tăng lực đẩy làm gia tăng chiều cao sóng (vùng gia tăng chiều cao sóng_wave height increases)

Khi tiến đến gần bờ, thì sườn sau của sóng bắt đầu dịch chuyển nhanh hơn rất nhiều và vượt tới trước, lúc này chiều cao của sóng được đẩy lên cao nhất khi đó quán tính của sóng sẽ xô vào bờ ngọn sóng bắt đầu vỡ ra, hay còn gọi là sóng tới (vùng sóng vỗ_surf zone)

vì ở vùng này sóng mới được hình thành nên lực dọc Fz1 và lực ngang Fx1 không chênh lệch nhiều lắm, do đó ta có thêm xem gần đúng Fz1 = Fx1

Hình 2.9 Sơ đồ phân tích năng lượng sóng tại các vùng hình thành sóng

2.3.2.2 Vùng gia tăng chiều cao sóng

Sóng ở trong vùng này được gia tăng năng lượng và lực Fz2 được gia tăng làm cho mực nước tăng lên cao, tăng chiều cao và bước sóng Lực tác động của bề mặt sóng vùng này chủ yếu là theo phương thẳng đứng Fz2 và lực theo phương ngang Fx2, lực tổng hợp của sóng ở vùng này là F2 Trong vùng này Fz2 > Fz1 nên F2 > F1

Vì vậy khi khai thác sóng theo phương thẳng đứng người ta thường khai thác ở vùng gia tăng chiều cao sóng hơn là vùng gợn sóng Vì trong vùng tăng chiều cao sóng thì lực theo phương thẳng đứng có thể tăng lên cực đại và sau đó chuyển sang lực theo phương ngang, tức là sóng sẽ vỗ vào bờ

Fz3 > Fz2 và Fx3 > Fx2 => F3 > F2

Như vậy năng lượng sóng ở vùng này là cao nhất và lực của mặt sóng tác động lên cũng cao nhất và chủ yếu là lực sóng tới F3 Việc khai thác năng lượng sóng ở vùng này

đa số tập trung vào lực sóng tới, vì vậy các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng trong vùng này thường được thiết kế sao cho nhận được lực Fx3 để chuyển đổi là hiệu quả nhất

2.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện năng dạng tấm phẳng

Hình 2.10 Hình sơ đồ hệ thống Hình 2.11 Sơ đồ phân tích lực

2.3.3.1 Cấu tạo

Bộ phận tiếp nhận năng lượng từ sóng biển: tấm phẳng tương tự như một phao, được cố định một cạnh ở giá đỡ đặt ở đáy biển, đầu còn lại sẽ được dao động tự do theo sóng Trọng tâm tấm phẳng có điểm đặt để liên kết với bơm piston đơn, khi tấm phẳng dao động sẽ làm cho cần piston dịch chuyển và dầu trong xylanh sẽ được bơm đi Tuy nhiên dầu không được bơm một cách liên tục mà do đặc điểm làm việc của bơm piston tác dụng đơn nên dòng dầu sẽ bị gián đoạn Để khắc phục nhược điểm đó thì hệ thống buộc phải sử dụng bình tích năng để ổn định dòng dầu

Giá cố định của hệ thống: có nhiệm vụ là giá đỡ cho tấm phẳng, trên giá đỡ chính

là tâm quay của tấm phẳng nên giá đỡ ngoài chịu tác dụng tải trọng của tấm phẳng còn chịu phản lực ngang mà sóng tác dụng lên tâm phẳng Ngoài ra, trên giá đỡ cũng là nơi

để đặt bơn piston và các liên kết cơ khí giữa tấm phẳng và bơm piston

Bơm piston tác dụng đơn có nhiệm vụ tiếp nhận cơ năng từ tấm phẳng, chuyển đổi thành áp lực dầu thủy lực và bơm dầu theo đường ống

Bình tích năng có nhiệm vụ rất quan trọng trong hệ thống, nó đảm bảo bù lưu lượng và áp suất ở nữa chu kỳ hồi vị của bơm piston, đồng thời giảm các dao động và xung trong dầu thủy lực giúp cho motor thủy lực làm việc liên tục và tuổi thọ cao Motor thủy lực là loại piston hướng kính, loại này có công suất và hiệu suất cao Đầu vào của motor chính là dầy thủy lực hệ thống bơm vào và đầu ra của motor được kết nối với máy phát điện qua một hộp tăng tốc để phát ra điện năng

Hệ thống ống dẫn dầu: tùy thuộc vào thiết kế, nếu hệ thống phát điện nằm ngay trên giá đỡ thì đường ống chỉ có nhiệm vụ nối các bộ phận lại với nhau Tuy nhiên, đối với hệ thống với cụm phát điện được đặt trong bờ thì cần phải thiết kế hệ thống ống dẫn dầu để dẩn dầu từ bơm vào quay motor và dẫn dầu ngược trở lại bơm Khi tính toán cũng cần xét đến tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường do đường ống khá dài

Máy phát điện là loại máy phát ba pha công suất lớn, motor thủy lực sẽ dẫn động cho máy phát quay, tuy nhiên do tốc độ của motor thấp hơn so với tốc độ định mức của máy phát điện nên hai trục này phải nối trung gian qua hộp tăng tốc

Ngoài ra hệ thống còn một số bộ phận qua trọng khác nhứ: các van điều chỉnh, van lưu lượng, đồng hồ đo áp suất, hộp lọc dầu, hộp tăng tốc…

2.3.3.2 Điều kiện hoạt động

Hệ thống được thiết kế để khai thác năng lượng sóng theo chiều ngang, nên hệ thống cũng có chiều cao tương đương với chiều sâu nước biển của vùng vỗ 10 - 20 m

Bước sóng trong vùng này nhỏ và tần số sóng lớn nên sự dao động của tấm phẳng đặt ở vùng sóng vỗ cũng cao hơn nếu đặt ở các vùng khác

2.3.3.3 Ưu nhược điểm so với các bộ chuyển đổi khác

- Ưu điểm

+ Hệ thống làm việc với công suất lớn, cho phép tạo ra sản lượng điện lớn

+ Hệ thống khai thác năng lượng sóng ở khu vực gần bờ nên dễ dàng đưa ngồn năng lượng thu được vào bờ để sử dụng

+ Do gần bờ nên việc bảo dưỡng và sửa chữa cũng đơn giản hơn

+ Hện thống phát điện nằm ở trên bờ nên giảm được nhiều ảnh hưởng của nước biển đến vật liệu các bộ phận

- Nhược điểm

+ Hệ thống có kích thước rất lớn, khi tính toán thiết kế sẽ rất khó khăn

+ Hệ thống gồm nhiều bộ phận nên sẽ tốn chi phí lớn

2.3.4 Tác động của dòng chất lỏng lên vật cản

Tấm phẳng có tiết diện hình chữ nhật, một cạnh cố định ở đáy biển kiểu khớp bản

lề Đầu còn lại được tự do, khi sóng tác động vào tấm phẳng sẽ làm tấm phẳng dao động qua lại quanh khớp cố định của nó

Bởi đặc trung năng lượng sóng biển là năng lượng tập trung ở lớp mặt, giảm dần theo chiều sâu và về phía đáy biển (hình 2.12) Nên hình dạng của tấm phẳng cũng được tập trung khai thác năng lượng ở phía trên

Hình 2.12 Lực tác dụng của sóng biển bên tấm phẳng Kết cấu của tẩm phẳng có khung kim loại và được bao kín bởi vật liệu có khả năng chống sự ăn mòn của nước biển, nên về bản chất thì tấm phẳng cũng là phao nhưng được đặt chìm trong nước, vì trong tấm phẳng vẫn có khoảng trống tức là có không khí bên trong Tấm phẳng có biên dạng phình ra ở phía trên để tăng lực cản tiếp xúc với sóng khi tấm phẳng đã nghiêng một góc nhất định Dòng chất lỏng chảy qua trên bề mặt tấm phẳng với hình dạng cản trở chuyển động của chất lỏng thì năng lượng của chất lỏng sẽ truyền cho tấm phẳng làm tấm phẳng nghiêng về bên phải cùng với chiều vận tốc của sóng (Như hình 2.13)

Hình 2.13 Lớp biên chất lỏng chảy qua tấm phẳng

Tấm phẳng dao động trở lại vị trí cân bằng:

Hình 2.14 Lực đẩy Ác-si-met tác dụng lên tấm phẳng

Dưới tác dụng của lực đẩy Ác-si-met, hình dạng của tấm phẳng đối xứng và được

cố định ở đáy biển nên lực ác-si-met có xu hướng kéo tấm phẳng về vị trí cân bằng (vị trí thẳng đứng) (hình 2.14) Đồng thời do tác dụng của sóng biển phản xạ, giữa chu kỳ cực tiểu của sóng biển sẽ làm cho tấm phẳng hồi vị về vị trí cân bằng nhanh hơn

Kích thước của tấm phẳng sẽ phụ thuộc vào chiều sâu nước biển và chiều sâu năng lượng sóng biển có thể khai thác do đó kết cấu nữa dưới của tấm phẳng chủ yếu mang nhiệm vụ kết cấu liên kết tấm phẳng và đế, nữa trên chịu tác dụng trực tiếp và tiếp nhận năng lượng chính nên có kết cấu và biên dạng đặc biệt để phát huy tối đa chức năng của nó

Áp suất ở độ sâu từ 10 – 20 m cũng ảnh hưởng rất lớn đến kích thước của tấm phẳng, nếu tấm phẳng quá rộng mà vẫn đảm bảo điều kiện bền thì kết cấu phải rất phức tạp, nên chiều rộng của tấm phẳng chỉ thiết kế ở mực vừa phải để hạn chế áp lực tác

dụng lên tấm phẳng Đồng thời nếu tấm phẳng quá rộng thì sóng biển phản hồi cũng làm giảm lực đẩy của tấm phẳng theo chiều làm việc

Hình 2.15 Hình dạng tấm phẳng thiết kế

Chương 3 TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN LÊN

BỘ CHUYỂN ĐỔI DẠNG TẤM

3.1 Điều kiện thực tế năng lượng biển Việt Nam và khu vực Biển Đông

3.1.1 Chế độ gió trên khu vực biển Việt Nam

Hình 3.1 Chế độ gió trên biển Việt Nam Khi nghiên cứu về song, yếu tố quan trọng cần xem xét đến là năng lượng gió-yếu tố quyết định năng lượng sóng Đặc biệt, theo phương pháp nghiên cứu của đề tài, tính toán năng lượng sóng dựa trên năng lượng gió nên đặc điểm và tốc độ gió cũng được xét đến Như trên hình 3.1 ta có thể thấy được tốc độ gió trung bình ở các khu vực trên biển Việt Nam

3.1.2 Chế độ sóng vùng biển Việt Nam