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

NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN SẢN XUẤT ĐIỆN DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰCChuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: 605204 LUẬN VĂN THẠC SĨ... 2-

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

0

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN 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

Họ và tên học viên: LÝ THÁI BÌNH Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 09/12/1985 Nơi sinh: ĐỒNG NAI

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy MSHV: 09040361

“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 mô hình 1/7 thiết bị Pelamis

• Mô phỏng hoạt động và dự đoán công 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

để em hoàn thành đề tài

Vì thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế, trong thời gian thực hiện luận văn có nhiều khó khăn nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý Thầy, Cô đóng góp ý những thiếu xót để luận văn được hoàn thiện hơn

Học viên

Lý Thái Bình

4

TÓM 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 công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành điện Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu một bộ công

cụ hỗ trợ cho việc dự đoán hoạt động và công suất của mô hình bằng cách xây dựng

mô hình số trên phần mềm Ansys CFX 14 nhằm giảm chi phí trong giai đoạn đầu thiết

kế khi không phải chế tạo thử mô 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

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 THÔNG SỐ CỦA SÓNG BIỂN VÀ PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN 13

2.1 Các thông 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

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 mô hình tỉ lệ 1/7 của thiết bị Pelamis dùng cho thử nghiệm 35

4.2.1 Bảng thiết kế mô hình 36

4.2.2 Tính toán, 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 TOÁN 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 toán dự đoán công 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 mô phỏng một bài toán trên máy tính: 54

6.5.2 Cơ sở lý thuyết: 55

6.6 Mô 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

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 công 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 Đông Bắc công 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 công suất đạt 20 kW/m vào tháng 7, 8 tại các vùng Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ, các vùng khác công 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 mô phỏng thiết bị sử dụng năng lượng sóng biển sản xuất điện dùng bộ chuyển đổi thủy lực”

Mô phỏng động học và dự đoán công suất thu được trên phần mềm Ansys CFX

14

Thu thập tài liệu về công nghệ sản xuất điện từ sóng biển

Tìm hiểu nguyên lý và cấu tạo thiết bị Pelamis

Tìm hiểu nguyên lý và thiết bị bộ chuyển đổi thủy lực

Mô phỏng mô hình tương tác giữa chất lỏng và rắn (FSI-Fluid Structure Intraction) trên phần mềm Ansys CFX 14 Dự đoán công suất

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

Ở nước ta các công trình nghiên cứu về thiết bị sản xuất điện từ sóng biển còn ít

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

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, mô phỏng một thiết bị điển hình là tính mới của đề tài

là các thí dụ về sóng đơn vì bề mặt của nó có thể mô 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 mô 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

một bụng sóng đi qua một điểm cố định

14

đến mặt nước trung bình Khối lượng riêng của nước

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 nguyên lý vật lý và công 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

địa chất bờ biển, thủy triều phạm vi, bảo quản cảnh quan ven biển, …

Xa bờ: ở vùng nước

biển sâu hơn 40m

McCabe Wave Pump, Pelamis

Năng lượng cao 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:

Công 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: Mô hình thiết bị Pelamis 2.2.2.2 Kiểu tràn:

Hình 2 2: Mô hình thiết bị Wave Dragon Đặc điểm:

Dòng sóng biển sẽ được chắn và dẫn vào một bồn chứa làm quay một tua bin thủy lực

Hình 2 4: Mô hình thiết bị sử dụng nguyên 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

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 không khí làm quay cánh tua bin từ đó kéo theo làm quay thiết bị phát điện

Điển hình của loại nén không 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

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

24

Hình 2 11: Danh sách các thiết bị tương ứng với công ty sản xuất

hệ thống thủy lực có ý nghĩa to lớn và triển vọng trong nghiên cứu các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển

Như đã trình bày trên, chủ yếu các thiết bị hiện năng được chia là 3 dạng chính dựa theo cách hấp thụ năng lượng (attenuators, point absorbers và terminators)

3.1 Ứng dụng hệ thống thủy lực trong các thiết bị hấp thụ năng lượng

theo đường - Attenuators:

Thiết bị có dạng một số cơ cấu có các khớp nối nổi trên mặt nước thu năng lượng sau

đó hệ thống thủy lực sẽ dẫn động mô tơ quay máy phát điện Năng lượng thu được sẽ tối đa khi tần số dao động riêng của thiết bị bằng với tầng số dao động của sóng

Đơn cử là thiết bị Pelamis của Ocean Power Delivery, Vương Quốc Anh Thiết bị này

sử dụng truyền động thủy lực Công nghệ điển hình nhất là thay đổi năng lượng sóng không ổn định thành năng lượng thủy lực ổn định bằng bình tích áp áp suất cao sau đó dẫn động mô tơ máy phát điện Một cặp xi lanh sẽ thu chuyển động xoay quanh khớp của thiết bị để bơm lưu chất trong mạch làm quay mô tơ máy phát

26

Hình 3 1: Sơ đồ bộ chuyển đổi thủy lực trong thiết bị hấp thụ năng lượng theo đường

Dạng thiết bị kiểu hấp thụ điểm phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây Hệ gồm một phao nổi dẫn động một xi lanh thủy lực bơm lưu chất trong mạch Sử dụng hệ bình tích áp cao và bình tích áp thấp để ổn định dòng lưu chất Bình tích áp sử dụng khí nitơ

có thể chịu nén tới áp suất 50-60 Mpa

Hình 3 2: Sơ đồ bộ chuyển đổi thủy lực trong thiết bị hấp thụ năng lượng điểm

28

Hình 3 3: Sơ đồ bộ chuyển đổi thủy lực trong thiết bị hấp thụ năng lượng kiểu chắn

sóng

Ổn định công suất đầu ra

Khi sóng là ngẫu nhiên, nó làm cho sản lượng điện thiết bị không ổn định Do đó, làm thế nào để giải quyết vấn đề này trở thành vấn đề quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống thủy lực Bánh đà và hệ thống lưu trữ năng lượng thành phần (bình tích áp) để làm giảm sự biến động năng lượng thường được sử dụng

Động cơ thủy lực được nối với máy phát thông qua bánh đà Khi sóng biển lớn, tốc độ của mô tơ cao, bánh đà sẽ thu năng lượng; và khi sóng nhỏ, tốc độ mô tơ thấp, bánh đà giải phóng năng lượng Bằng cách này, dễ dàng tạo được tạo được sự chuyển động ổn định của máy phát Tuy nhiên, sử dụng bánh đà lại gây ảnh hưởng đến khả năng bảo trì của thiết bị nhất là thiết bị trên biển Vì vậy hệ thống thủy lực ít sử dụng bánh đà để ổn định công suất Thay vào đó, bình tích áp được sử dụng nhiều hơn với một số ưu điểm như dễ lắp đặt, tuổi thọ cao, giảm tiếng ồn, dao động nhỏ và có thể cung cấp áp cho hệ thống, giữ cho hệ thống an toàn ở một áp suất cho phép

=

Với :

Q lưu lượng trong mạch (luôn luôn thay đổi)

lưu lượng riêng của bơm, sẽ thay đổi để cho tốc độ đầu ra của mô tơ là ổn định Pelamis và WaveRoller là hai thiết bị điển hình sử dụng mô tơ có lưu lượng riêng thay đổi để ổn định tần số dòng điện đầu ra Lưu lượng riêng của mô tơ được điều chỉnh theo thời gian thực theo điều kiện của sóng Máy phát nhờ có tốc độ ổn định của mô tơ

mà tạo ra dòng điện AC ổn định với tần số cố định

30

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG DÙNG BỘ

CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC-THIẾT BỊ PELAMIS

Hình 3 4: Hai phiên bản của thiết bị Pelamis

Hình 3 5: Mô hình cụm phát điện và với các thiết bị thủy lực bên trong

Thiết bị phát điện Pelamis là một công nghệ có sử dụng các chuyển động của sóng biển để tạo ra điện và dùng bộ chuyển đổi thủy lực Thiết được cấu tạo bởi các bộ phận kết nối với nhau sẽ lắc lư và uốn cong khi sóng truyền qua, những chuyển động

điện

Đươc phát triển bởi công ty Pelamis Wave Power (trước đây là Ocean Power Delivery), Pelamis trở thành thiết bị phát điện xa bờ đầu tiên tạo ra điện kết nôi vào lưới điện, khi nó được kết nối vào lưới điện Vương quốc Anh năm 2004 Pelamis Wave Power đã chế tạo và thử nghiệm 5 thiết bị Pelamis Ba thiết bị thế hệ đầu tiên - P1 đã được thử nghiệm trong một trang trại ngoài khơi bờ biển của Bồ Đào Nha năm

2009 và hai thiết bị thế hệ thứ hai - P2, bắt đầu kiểm tra ngoài khơi Orkney trong năm

2010

Hoạt động:

Pelamis thuộc nhóm thiết bị thu năng lượng sóng dọc theo phương truyền sóng –

Attenuating Hình dáng nhỏ và dài làm hạn chế được tác động của tải thủy động Với việc bối trí 2 khớp quay chéo nhau có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng khi sóng nhỏ nhưng lại giảm tải cũng như chuyển động khi có sóng lớn

Các dự án:

Kiểm tra phiên bản 2 ở European Marine Energy Centre (EMEC):

32

P2 là phiên bản thứ hai của công ty Pelamis Wave Power P2 dài 180m, đường kính 4m và trọng lượng khoảng 1350 tấn Gồm 5 ống và 4 khớp linh hoạt được thiết kế dài hơn và to hơn so với phiên bản P1 trước đây

Trong năm 2010, Pelamis Wave Power bắt đầu kiểm tra các máy P2 đầu tiên tại Trung tâm Năng lượng biển châu Âu (EMEC), Orkney, Scotland Máy thuộc sở hữu của công

ty tiện ích của Đức, E.ON, và là hợp đồng thương mại đầu tiên của Vương quốc Anh trong lĩnh vực năng lượng biển Trong tháng 3 năm 2010 Pelamis Wave Power công bố đơn đặt hàn thứ hai cho một máy P2, từ công ty năng lượng tái tạo Xcốt- len, Scottish Power Renewables, chi nhánh của Iberdrola Renovables Máy được lắp đặt tại EMEC, trong mùa hè năm 2011 Hai công ty thông báo rằng họ sẽ làm việc với nhau để chia sẻ

và cộng tác trong thử nghiệm phiên bản P2

Các dự án đang được phát triển:

E.ON và Scottish Power Renewables đã công bố kế hoạch xây dựng các dự án lớn hơn bằng cách sử dụng máy Pelamis trong vùng biển ngoài khơi bờ biển phía tây của

Orkney Cả hai công ty giành được hợp đồng cho thuê trong năm 2010 từ công ty bất động sản Crown, sở hữu diện tích mặt biển xung quanh Vương quốc Anh, cho các dự

án lên tới 50MW Pelamis Wave Power cũng được thuê bờ biển phía Bắc Scotland tại Farr Point, Sutherland để độc lập phát triển một dự án 50 MW

Trong tháng 10 năm 2010, pelamis năng lượng sóng được đảm bảo một thỏa thuận thứ hai từ Crown Estate để phát triển một dự án 10MW ở Bernera, Isle of Lewis, Scotland Trang trại, dự định xây dựng 2015-2016 sẽ bao gồm 14 máy Pelamis

Trong tháng 12 năm 2009, Pelamis Wave Power công bố một liên doanh với công ty của Thụy Điển Vattenfall để phát triển một trang trại sóng ngoài khơi bờ biển phía tây nam của Shetland Công ty liên doanh được đặt tên Aegir Wave Power, đang có kế

Chế tạo thử nghiệm:

Pelamis Wave Power thử nghiệm mẫu tỉ lệ thực đầu tiên tại Trung tâm Năng lượng biển châu Âu ở Orkney, Scotland từ 2004 đến 2007 Máy, công suất 750 kW, là làm máy phát điện sử dụng năng lượng sóng biển ngoài khơi kết nối và lưới điện lưới điện Mẫu thử dài 120m dài và đường kính 3,5 m Nó bao gồm bốn ống liên kết ba mô đun chuyển đổi ngắn hơn

Trang trại sóng Aguçadoura

Năm 2008 Pelamis thử nghiệm ba thiết bị thế hệ đầu tiên – P1 ở trại sóng Aguçadoura Nằm ngoài khơi bờ biển phía tây bắc của Bồ Đào Nha gần Povoa de Varzim các trang trại có công suất lắp đặt của 2.25MW và là dự án kết hợp nhiều máy phát đầu tiên trên thế giới Dự án này là một phần được tài trợ bởi Enersis – công ty tiện ích của Bồ Đào Nha, đồng thời thuộc sở hữu công ty đầu tư toàn cầu Babcock & Brown của Úc Trang trại phát điện đầu tiên vào 7-2008 nhưng đã kết thúc trong tháng 11-2008 khi

Babcock & Brown gặp phải khó khăn về tài chính

Sơ đồ khối của thiết bị

Cấu tạo khớp nối Dùng khớp bản lề Dùng khớp nối không gian

- tăng gấp đôi miền làm việc

Cải tiến hệ thống tích hợp bên trong nâng cao hiệu suất chuyển đổi

Kết cấu đơn giản hơn - nên giảm giá thành chế tạo Các hệ thống được lắp ráp

Piston thủy lực

-hydraulic rams

lưu chất - hydraulic fluid

Bộ tích áp - pressure accumulators

Van cao áp - high pressure valve

Động cơ thủy lực có lưu lượng thay đổi - variable displacement hydraulic motor Máy phát điện đồng

bộ 3 pha

Hình 4 1: Mô hình tỉ lệ 1/7

36

4.2.1 Bảng thiết kế mô hình

Chiều dài tổng cộng: 17 m

Đường kính: 0.5 m

Bao gồm 4 ống tròn có chiều dài bằng nhau

Khớp nối: 3 khớp nối, mỗi khớp có 2 bậc tự do

Mũi: dài 5m, với thiết kế đầu hình côn

Đuôi: phẳng

Mô hình sẽ được cố định bằng một hệ thống neo Chi tiết mô hình neo không đề

cập trong đề tài

Bảng thiết kế:

Các ống chính được làm từ sợi thủy tinh Tất cả các thành phần khác được dán

hoặc liên kết cơ khí đến các ống chính Vật liệu giá thành rẽ, linh hoạt trong thiết kế và

kết cấu cứng vững bên cạnh đó cũng dễ sửa đổi và sửa chữa Ngoài ra, bên trong mỗi

ống chính sẽ là một hệ thống dằn bằng thép Ở cuối ống được chụp kín bằng gỗ giúp

cho ống nổi

Hình 4 2: Hình dạng và kích thước mô hình

Bảng thiết kế gồm 4 cụm ống chính:

Mỗi khớp có 2 bậc tự do xoay như trên hình Khi các ống xoay quanh khớp bản lề sẽ dẫn động các xilanh thủy lực bơm lưu chất cung cấp cho động cơ máy phát điện

Hình 4 4: Khớp nối 2 bậc tự do

Hai khớp bản lề kế tiếp nhau sẽ được bố trí vuông góc nhau nhằm tăng hiệu suất thu năng lượng của thiết bị

38

Hình 4 5: -Phần mũi; 2-Ống giữa; 3-Phần đuôi; 4-Hốc chứa bộ điều khiển; 5-Khớp

xoay 2 bậc tự do; 6-Xi lanh thủy lực

Hình 4 6: -Khớp xoay; 2-Miếng kết nối; 3-Xi lanh thủy lực; 4-Chốt xoay cho xi lanh

thủy lực; 5-Trục xoay