Đặt vấn đề Đứng trước vấn đề chung của toàn thế giới, các nước trên thế giới đang nỗ lực để bảo vệ môi trường cùng với sự gia tăng nhanh chóng của dân số và nhu cầu năng lượng thì việc tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo và bền vững trở nên ngày càng quan trọng. Với hơn 70% bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước biển, năng lượng sóng biển có tiềm năng lớn cho việc phát triển và cung cấp điện năng cho nhiều khu vực trên thế giới. Sóng biển là một nguồn tiềm năng vô cùng lớn với sự di chuyển không ngừng và không gian mặt biển rộng lớn. Tuy nhiên, để tận dụng được sóng biển thành năng lượng điện, chúng ta cần các công nghệ và thiết bị đáng tin cậy và hiệu quả.
Năng lượng sóng biển là một nguồn năng lượng tái tạo, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch và giảm lượng khí nhà kính thải ra môi trường và đóng góp vào nỗ lực chống biến đổi khí hậu. Sử dụng năng lượng sóng biển là một cách để đa dạng hóa nguồn cung năng lượng, giảm rủi ro và phụ thuộc vào một nguồn năng lượng duy nhất. Sóng biển có thể dự trữ một lượng lớn năng lượng, và việc phát triển công nghệ để hiệu quả hóa quá trình khai thác có thể làm cho nó trở thành một nguồn năng lượng ổn định. Việc phát triển và triển khai các dự án năng lượng sóng biển có thể tạo ra cơ hội việc làm và kích thích tăng trưởng kinh tế trong các khu vực địa phương và quốc gia.
Đi kèm với những lợi ích to lớn như vậy thì cũng có những thách thức phải giải quyết. Phát triển và triển khai công nghệ khai thác năng lượng sóng biển đòi hỏi đầu tư lớn. Chi phí này thường là một rào cản lớn đối với việc áp dụng quy mô lớn. Liệu năng lượng sóng biển có đủ sức để cạnh tranh với các nguồn năng lượng tái tạo khác như điện gió, năng lượng mặt trời.
Với niềm đam mê nhiệt huyết mong muốn giải đáp các vấn đề này, vốn kiến thức đã được dạy ở trên trường, quyết định thực hiện ý tưởng “Điều khiển nâng cao hiệu suất thu hồi thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển” cho đồ án tốt nghiệp. Hy vọng đồ án sẽ hoàn thành tốt, hoàn thiện mô hình có thể hoạt động chính xác các nhiệm vụ được giaovà tối ưu hóa thiết kế mà thị trường thế giới đã và đang sản xuất. Tất cả chúng ta đều có một nỗi lo vô hình khi môi trường của Trái đất đang bị ảnh hưởng rất nghiêm trọng. Vì vậy, phát triển và sử dụng tốt nguồn năng lượng sóng là 3 vấn đề cấp thiết của toàn nhân loại.
Người ta cũng mong muốn nhìn nhận khía cạnh kinh tế và xã hội, với hy vọng rằng việc phát triển năng lượng sóng sẽ tạo ra cơ hội việc làm và kích thích tăng trưởng kinh tế trong cộng đồng địa phương và quốc gia. Lý do chọn đề tài Tại Việt Nam, việc khai thác và sử dụng năng lượng sóng biển còn khá mới mẻ. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ khai thác năng lượng sóng biển là bước quan trọng. Các tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp có thể hợp tác để phát triển các thiết bị và hệ thống hiệu quả.
Việc hợp tác với các quốc gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực này có thể giúp Việt Nam nhanh chóng tiếp cận công nghệ và kiến thức mới. Chính phủ có thể đưa ra chính sách và các biện pháp khuyến khích đầu tư trong lĩnh vực năng lượng sóng biển. Các biện pháp hỗ trợ tài chính và thuế có thể tạo động lực cho doanh nghiệp đầu tư vào các dự án này. Thực hiện các dự án thử nghiệm và pilot để đánh giá khả năng thực tế và hiệu suất của các công nghệ khai thác sóng biển trước khi triển khai quy mô lớn.
Từ những lý do đã nêu ở trên thì đã dẫn đến quyết định chọn ý tưởng “Điều khiển nâng cao hiệu suất thu hồi thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài có thể giúp tìm ra cách để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi năng lượng từ sóng biển, điều này có thể bao gồm cải thiện thiết bị, quy trình sản xuất, và các phương pháp khác để tăng cường hiệu suất hệ thống. Nghiên cứu về năng lượng sóng biển cũng mở cánh cửa cho việc chia sẻ kiến thức và học tập quốc tế, tạo điều kiện cho sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và chuyên gia trên toàn cầu. Ý nghĩa thực tiễn: Sau khi hoàn thành xong đề tài sẽ giúp cho nhóm cải thiện các khả năng như giải quyết các vấn đề phát sinh.
Mục đích của đề tài là giảm phần lớn chi phí thiết kế, tối ưu hóa khả năng thu hồi năng lượng sóng. Từ các bước tiến nhỏ này, có thể từng bước phát triển và hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu của đề án này là nghiên cứu và phân tích công nghệ thu hồi năng lượng sóng biển để tạo ra năng lượng điện. Chúng ta sẽ xem xét các phương pháp và thiết bị hiện có, đánh giá hiệu suất và tiềm năng của chúng, và đề xuất cách cải thiện và tối ưu hóa 4 công nghệ này.
Mục tiêu cuối cùng là đóng góp vào việc phát triển các nguồn năng lượng sạch và bền vững từ sóng biển. Ngoài ra: • Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mô hình và tính toán lựa chọn 2 động cơ bước. • Động cơ bước di chuyển khối lượng đến vị trí tối ưu nhằm tăng hiệu suất thu hồi năng lượng đáp ứng được yêu cầu đề ra. • Xây dựng hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu của các cảm biến làm cơ sở để tính toán, nâng cao hiệu suất năng lượng.
Giới hạn của đề tài Do còn nhiều hạn chế về kiến thức chuyên môn nên đồ án chỉ tập trung thực hiện các vấn đề sau: • Nghiên cứu, thí nghiệm trên hồ sóng nhân tạo. • Thí nghiệm với tần số sóng thấp nhưng ổn định dẫn đến công suất đầu ra thấp. Phương pháp nghiên cứu Tìm kiếm những tài liệu khoa học có liên quan đến đề tài đang làm. Từ đó đưa ra những đánh giá chung và chọn lựa những phương thức phù hợp cho đề tài.
Tham khảo những bài báo khoa học trên diễn đàn để hiểu hơn về nguyên lý hoạt động. Tìm kiếm các tài liệu giúp tính toán lựa chọn các cơ cấu chuyển động một cách chính xác, tính toán công suất động cơ, các phương pháp phù hợp. Tham khảo và tìm hiểu về quy hoạch thực nghiệm, xây dựng hàm vị trí dựa trên phương trình hồi quy tuyến tính. Kết quả dự kiến đạt được • Thuyết minh đồ án tốt nghiệp.
• Bản vẽ lắp của mô hình. • Poster mô hình sản phẩm 2. Tổng quan về hệ thống thu hồi năng lượng sóng Năng lượng sóng đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong nỗ lực chuyển đổi từ nguồn năng lượng hóa thạch sang nguồn năng lượng tái tạo. Sức mạnh của sóng biển 5 mang theo một lực lượng đặc biệt mà chúng ta có thể tận dụng để tạo ra điện năng sạch và bền vững.
Năng lượng sóng biển không chỉ là một nguồn năng lượng tái tạo mới mẻ mà còn là một phần quan trọng của chiến lược chống biến đổi khí hậu và đảm bảo an ninh năng lượng. Việc khai thác năng lượng từ sóng biển đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến và sự tìm hiểu sâu rộng về động lực học của sóng. Các hệ thống thu hồi năng lượng sóng biển có thể bao gồm các thiết bị như bơi sóng, cột nước hoặc các cấu trúc đặc biệt để chuyển động theo sóng và tạo ra điện năng. Những tiến bộ trong công nghệ và quản lý nguồn lực có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí, đưa năng lượng sóng biển trở thành một nguồn năng lượng tái tạo hứa hẹn.1 minh họa hệ thống khai thác điện từ sóng biển, trong đó các thành phần chính bao gồm phao nổi, hệ thống truyền động và máy phát điện.
Hệ thống này hoạt động dựa trên chuyển động lên xuống của phao nổi dưới tác động của sóng biển, qua đó truyền năng lượng cơ học đến máy phát điện thông qua các cơ cấu cơ khí. Bên cạnh lợi ích về mặt năng lượng, nghiên cứu và triển khai năng lượng sóng biển còn mở ra nhiều cơ hội về kinh tế, xã hội và môi trường. Tạo ra việc làm, giảm phát thải khí nhà kính và cải thiện an ninh năng lượng là những ảnh hưởng tích cực mà năng lượng sóng biển mang lại cho cộng đồng và toàn cầu. Tuy nhiên, để đạt được những lợi ích này, chúng ta cần sự đầu tư nghiên cứu và sự hợp tác quốc tế để phát triển và triển khai công nghệ năng lượng sóng biển một cách hiệu quả và bền vững.
Một ví dụ cụ thể về thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển là thiết bị dạng phao cứu sinh được triển khai ở Hawaii, như minh họa trong Hình 2. Thiết bị này sử dụng nguyên lý nổi trên mặt nước để thu thập năng lượng từ sóng và chuyển đổi thành điện năng. Công nghệ này không chỉ đóng góp vào việc sản xuất điện sạch mà còn giúp bảo vệ môi trường biển. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều mô hình khác nhau cho việc thu hồi năng lượng sóng.
Một trong những mô hình đầu tiên ra đời là của Carnegie Wave Energy, một công ty năng lượng của Australia hợp tác với công ty năng lượng Western Power của chính phủ nước này với kế hoạch xây dựng mô hình sản xuất điện nhờ vào năng lượng của sóng biển 6 Hình 2. Hệ thống khai thác điện từ sóng biển [1] Hình 2. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển dạng phao cứu sinh ở Hawaii [1] 7 2. Tình hình phát triển trong và ngoài nước 2.
Ngoài nước Hiện nay các quốc gia ven biển trên thế giới như Mỹ, Đức, Nhật Bản, Thụy Điển, Đan Mạch, Scotland, Bồ Đào Nha, Nga, Trung Quốc,. có nhiều nghiên cứu ứng dụng tài nguyên năng lượng sóng để phát điện năng phục vụ chiếu sáng và hoạt động kinh tế ở các hải đảo và các vùng ven biển.3 là một ví dụ điển hình có tên là Azura, thiết bị đầu tiên khai thác năng lượng sóng biển ở Mỹ, được lắp đặt tại khu thử nghiệm năng lượng sóng Navy vịnh Kaneohu, Hawaii. Thiết bị này có công suất 20kW và được đặt dưới độ sâu khoảng 30m.