Luận văn thạc sĩ về thiết kế và mô phỏng thiết bị sử dụng năng lượng sóng biển để sản xuất điện

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu công nghệ chế tạo máy nghiên cứu thiết kế và mô phỏng thiết bị sử dụng năng lượng sóng biển sản, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Lý Thái Bình
• Người hướng dẫn: PGS. TS Trần Doãn Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• 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
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.6. Tính mới của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊNH NGHĨA CÁC THÔNG SỐ CỦA SÓNG BIỂN VÀ PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN
• 2.1. Các thông số của sóng biển
• 2.2. Phân loại thiết bị
• 2.2.1. Phân loại theo vị trí lắp đặt so với bờ biển
• 2.2.2. Phân loại theo đặc điểm hấp thụ năng lượng
• 2.3. Các phương pháp chuyển đổi năng lượng
• 2.3.1. Dạng chuyển đổi tua bin
• 2.3.2. Dạng chuyển đổi thủy lực
• 2.3.3. Dùng động cơ tuyến tính
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC DÙNG TRONG THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
• 3.1. Ứng dụng hệ thống thủy lực trong các thiết bị hấp thụ năng lượng theo đường - Attenuators
• 3.2. Ứng dụng hệ thống thủy lực cho dạng hấp thụ điểm
• 3.3. Ứng dụng hệ thống thủy lực cho thiết bị kiểu chắn sóng - Terminators
• 3.4. Yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống thủy lực
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC - THIẾT BỊ PELAMIS
• 4.1. Bảng thiết kế mô hình tỉ lệ 1/7 của thiết bị Pelamis dùng cho thử nghiệm
• 4.2. Bảng thiết kế mô hình
• 4.3. Tính toán, thiết kế mạch thủy lực
• 5. CHƯƠNG 5: CÁC LÍ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN
• 5.1. Điều khiển pha – Latching control
• 5.2. Reactive loading control
• 5.3. Điều khiển mạch thủy lực thiết bị Pelamis
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS CFX 14
• 6.1. Thông số đầu vào
• 6.2. Cơ sở tính toán dự đoán công suất hấp thụ của ống chính
• 6.3. Giới thiệu phần mềm Ansys CFX 14
• 6.4. Mô phỏng trên phần mềm Ansys CFX 14
• 6.4.1. Các bước khi tiến hành mô phỏng một bài toán trên máy tính
• 6.4.2. Mô phỏng trên phần mềm Ansys CFX
• 7. KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. Hướng phát triển đề tài
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Giới thiệu về năng lượng sóng biển

Năng lượng sóng biển là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, được khai thác từ sự chuyển động của nước biển. Nguồn năng lượng này không chỉ sạch mà còn có trữ lượng phong phú, góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo các nghiên cứu, năng lượng sóng biển có mật độ cao nhất trong số các nguồn năng lượng tái tạo, với khả năng cung cấp năng lượng ổn định trong suốt thời gian dài. Điều này khiến cho công nghệ năng lượng sóng trở thành một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng. Việc phát triển và ứng dụng các thiết bị sản xuất điện từ năng lượng sóng biển không chỉ giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững. Nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, đã bắt đầu nghiên cứu và triển khai các giải pháp để khai thác nguồn năng lượng này.

II. Thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển

Các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm attenuators, point absorbers, và terminators. Mỗi loại thiết bị có nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng, phù hợp với điều kiện môi trường và mục tiêu khai thác năng lượng. Trong đó, thiết bị Pelamis là một trong những đại diện tiêu biểu cho công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi thủy lực. Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý thu thập năng lượng từ sự dao động của sóng biển, chuyển đổi thành năng lượng cơ học và sau đó thành điện năng. Việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất thu thập năng lượng mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất điện từ năng lượng sóng biển.

III. Mô phỏng và dự đoán công suất

Việc mô phỏng hoạt động của thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển có vai trò quan trọng trong việc dự đoán công suất thu được. Sử dụng phần mềm Ansys CFX 14, các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng các yếu tố như chuyển động của sóng, áp lực tác động lên thiết bị, và các yếu tố môi trường khác. Phương pháp này giúp giảm chi phí trong giai đoạn thiết kế ban đầu, tránh việc phải chế tạo thử nghiệm nhiều mô hình vật lý. Đặc biệt, việc mô phỏng cho phép đánh giá hiệu suất của thiết bị trong các điều kiện khác nhau, từ đó tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng. Thông qua mô phỏng, các thông số như hiệu suất năng lượng và khả năng hoạt động của thiết bị có thể được phân tích và điều chỉnh để đạt được kết quả tối ưu nhất.

IV. Ứng dụng và tiềm năng của năng lượng sóng biển tại Việt Nam

Việt Nam có bờ biển dài và tiềm năng lớn về năng lượng sóng biển, đặc biệt là ở các vùng biển Trung Bộ và Đông Nam Bộ. Các nghiên cứu cho thấy, năng lượng sóng biển có thể tạo ra công suất điện lên đến 40 kW/m ở một số khu vực. Việc khai thác nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế. Chính phủ Việt Nam đã nhận thức được tầm quan trọng của năng lượng tái tạo và đã bắt đầu triển khai các kế hoạch phát triển năng lượng biển. Nghiên cứu và phát triển các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển sẽ là một bước tiến quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu dự báo tăng trưởng khoảng 57% trong giai đoạn từ năm 2004 đến năm 2030, kéo theo tốc độ tiêu thụ điện bình quân gia tăng 0,46 kWh/người mỗi năm. Đi cùng với nhu cầu năng lượng là lượng phát thải khí nhà kính tăng vọt từ 26,9 tỷ m³ năm 2004 lên mức ước tính 42,9 tỷ m³ vào năm 2030. Trước sức ép cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch, năng lượng sóng biển nổi lên như một giải pháp đột phá với mật độ năng lượng vượt trội, đạt từ 2 đến 3 kW/m² diện tích đón sóng thẳng đứng so với mức 0,3 kW/m² của năng lượng mặt trời. Hơn nữa, sóng biển duy trì thời gian phát điện hữu ích lên tới 90% thời gian trong ngày, cao hơn gấp 3 đến 4 lần so với điện gió và điện mặt trời vốn chỉ dao động ở mức 20% đến 30%.

Việt Nam sở hữu vùng đặc quyền kinh tế hơn 1 triệu km² với bờ biển dài, được phân chia thành 54 vùng năng lượng sóng đặc trưng. Mật độ công suất sóng tại vùng biển ngoài khơi Nam Trung Bộ đạt trung bình 25 kW/m, cực đại lên tới 40 kW/m tại khu vực đảo Phú Quý vào mùa gió Đông Bắc và duy trì khoảng 20 kW/m vào mùa gió Tây Nam. Nhằm khai thác tiềm năng to lớn này, đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế mô hình thiết bị Pelamis tỷ lệ 1/7 sử dụng bộ chuyển đổi thủy lực và mô phỏng tương tác thủy động lực học trên phần mềm Ansys CFX 14. Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 07/2012 đến tháng 06/2013 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng, giúp giảm thiểu khoảng 60% đến 70% chi phí thử nghiệm thực địa ban đầu thông qua mô hình số hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết sóng nước tuyến tính Airy, xác định mật độ năng lượng của sóng hình sin truyền qua môi trường nước biển có khối lượng riêng 1185 kg/m³ dưới gia tốc trọng trường 9,8 m/s². Phân loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển được hệ thống hóa theo vị trí lắp đặt gồm ba nhóm chính: trên bờ, gần bờ với độ sâu từ 20 đến 30 m và xa bờ ở độ sâu lớn hơn 40 m. Về mặt nguyên lý hấp thụ, công nghệ được chia thành dạng hấp thụ theo đường (Attenuators), dạng phao hấp thụ điểm (Point Absorbers), dạng cột nước dao động (OWC) và dạng chắn sóng tràn (Terminators).

Hệ thống truyền động và chuyển đổi năng lượng tập trung vào lý thuyết thủy lực thể tích áp suất cao. Truyền động thủy lực khắc phục hoàn toàn nhược điểm hiệu suất thấp chỉ từ 10% đến 30% của hệ khí nén và độ cồng kềnh, dễ mài mòn của cơ cấu bánh răng cơ khí thuần túy. Hệ thống thủy lực cho phép biến đổi dao động sóng tần số thấp, lực kích thích lớn thành chuyển động quay tốc độ cao của trục máy phát điện dưới dải áp suất làm việc từ 53 bar đến 210 bar. Đồng thời, hai lý thuyết điều khiển tối ưu hóa công suất được tích hợp gồm lý thuyết điều khiển pha Latching đóng mở van định thời và lý thuyết điều khiển phụ tải kháng (Reactive Loading Control) nhằm đồng pha dao động riêng của thiết bị với tần số sóng tới.

Phương pháp nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu được tính toán thu nhỏ theo mô hình đồng dạng hình học tỷ lệ 1/7 từ nguyên mẫu công nghiệp Pelamis P2 ngoài khơi Scotland (nguyên bản dài 180 m, đường kính 4 m, khối lượng 1350 tấn). Mô hình thiết kế bao gồm 4 phân đoạn ống trụ chính đường kính 0,5 m, chiều dài tổng thể 17 m, liên kết với nhau qua 3 khớp nối hai bậc tự do và mũi đón sóng hình côn dài 5 m.

Phương pháp thu thập dữ liệu thủy văn dựa trên số liệu quan trắc sóng tại 54 vùng biển Việt Nam với các kịch bản chiều cao sóng từ 1 m đến 3 m và chu kỳ sóng từ 4 s đến 8 s. Phương pháp phân tích sử dụng kỹ thuật mô phỏng số động lực học dòng lưu chất (CFD) kết hợp tương tác lưu chất - kết cấu (FSI) trên phần mềm Ansys CFX 14. Lý do lựa chọn phương pháp mô phỏng số đa pha thay vì thử nghiệm thực nghiệm toàn phần ngay từ đầu là nhằm tối ưu hóa chi phí nghiên cứu, cho phép khảo sát chính xác biến thiên góc lắc, vận tốc góc, gia tốc góc và dự đoán chính xác công suất hấp thụ của cụm ống chính trong các điều kiện sóng ngẫu nhiên.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã hoàn thiện bản thiết kế kết cấu cơ khí của mô hình Pelamis 1/7 với 4 phân đoạn ống composite sợi thủy tinh đường kính 500 mm, chiều dài mỗi đoạn 4000 mm, tích hợp hệ thống dằn bằng thép bên trong để định vị trạng thái nửa nổi nửa chìm ổn định. Ba cụm khớp nối không gian hai bậc tự do được bố trí xen kẽ vuông góc nhau giúp tối đa hóa khả năng hấp thụ động năng sóng đa hướng, tăng hiệu suất thu nhận góc lắc lên hơn 30% so với khớp bản lề một trục truyền thống.

Thứ hai, các thông số mạch thủy lực công suất được xác lập hoàn chỉnh. Với vận tốc chuyển động tịnh tiến của piston xy lanh đạt v = 0,2 m/s và hành trình L = 250 mm, thời gian một chu kỳ làm việc là 2,5 s (tương ứng 24 hành trình/phút). Hai xy lanh thủy lực đường kính nòng D = 100 mm và cần d = 70 mm tạo ra lưu lượng dầu tổng cộng 94,2 lít/phút (47,1 lít/phút mỗi xy lanh). Hệ thống dẫn động động cơ thủy lực cánh gạt Vickers mã hiệu 25M55A-11C-20 với lưu lượng riêng 57,7 cm³/vòng, sinh công suất định mức 10 kW, mô-men xoắn 60 Nm ở tốc độ 1450 vòng/phút dưới áp suất làm việc liên tục 53 bar. Bình tích áp khí Nitơ dung tích 18,9 lít chịu áp lực tối đa 210 bar đảm bảo duy trì áp suất mạch ổn định.

Thứ ba, mô phỏng số trên Ansys CFX 14 chỉ ra rằng khi áp dụng giải thuật điều khiển pha Latching, hệ thống phao nổi giữ ổn định chuyển động và giải phóng đúng pha của đỉnh sóng, giúp tăng công suất hấp thụ thủy lực trung bình thêm khoảng 25% đến 35% so với chế độ làm việc không có điều khiển giảm chấn thích nghi.

Thảo luận kết quả

Dao động sóng biển trong tự nhiên mang tính chất ngẫu nhiên cao, dẫn đến sự biến thiên liên tục về lưu lượng và áp suất trong mạch thủy lực. Kết quả nghiên cứu chứng minh rằng việc kết hợp bình tích áp dung tích 18,9 lít và mô-tơ thủy lực có khả năng điều chỉnh lưu lượng riêng theo thời gian thực đã triệt tiêu đến hơn 80% hiện tượng dao động áp suất xung đột biến. Nhờ đó, tốc độ trục quay máy phát điện được duy trì quanh ngưỡng định mức 1450 vòng/phút, đảm bảo ổn định tần số dòng điện xoay chiều đầu ra hòa vào lưới điện tiêu chuẩn.

Khi so sánh với các thử nghiệm của thiết bị Pelamis P1 công suất 750 kW tại Trung tâm Năng lượng Biển Châu Âu (EMEC) và trang trại sóng Aguçadoura 2,25 MW tại Bồ Đào Nha, mô hình 1/7 thể hiện sự tương thích cao về quy luật phản ứng thủy động lực học. Các dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị pha động học và biểu đồ phân bố áp suất dòng chảy quanh thân ống nổi, qua đó chứng minh rằng thiết kế hình học thuôn dài giúp giảm đáng kể tải trọng va đập phá hủy khi gặp sóng lớn cục bộ.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa thuật toán điều khiển pha Latching và Reactive Loading thời gian thực bằng cách nhúng mã điều khiển số vào vi xử lý DSP tốc độ cao, điều khiển trực tiếp cụm van phân phối tỷ lệ Solenoid SV5-10 nhằm nâng cao hệ số thu hồi năng lượng thêm 15% đến 20%, thực hiện trong lộ trình 6 đến 12 tháng do các nhóm nghiên cứu điều khiển tự động hóa đảm nhiệm.

Thứ hai, tiến hành chế tạo vật lý hoàn chỉnh mô hình thực nghiệm tỷ lệ 1/7 từ sợi thủy tinh và lắp ráp hệ thống trạm nguồn thủy lực Vickers 10 kW theo đúng hồ sơ thiết kế, phục vụ thử nghiệm kéo thả tại bể thử sóng chuyên dụng hoặc vùng biển ven bờ tỉnh Bình Thuận, mục tiêu đạt công suất phát điện thực tế từ 5 đến 8 kW trong thời gian 12 đến 18 tháng, chủ trì bởi Trường Đại học Bách Khoa kết hợp các doanh nghiệp cơ khí hàng hải.

Thứ ba, nâng cấp hệ thống tích trữ năng lượng bằng cách bổ sung cụm bình tích áp thủy lực đa tầng và van xả áp an toàn phản ứng nhanh, giữ ổn định dải áp suất làm việc trong biên độ dao động dưới 5%, thực hiện trong 9 tháng bởi các kỹ sư cơ học thủy khí.

Thứ tư, xây dựng đề án quy hoạch tổng thể trạm điện sóng biển ngoài khơi quy mô công nghiệp từ 10 MW đến 50 MW tại khu vực đảo Phú Quý và Côn Đảo, thay thế từng bước nguồn phát điện diesel đắt đỏ, cắt giảm khoảng 40% chi phí vận hành nguồn điện hải đảo trong giai đoạn 2024 đến 2030, do Bộ Công Thương và Tập đoàn Điện lực Việt Nam chủ trì xây dựng chính sách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư thiết kế cơ khí và hệ thống thủy lực: Tiếp cận phương pháp tính toán chọn lựa linh kiện thủy lực áp suất cao từ xy lanh, van chỉnh áp DGMC2, van tiết lưu DGMFN đến mô tơ thủy lực cánh gạt 10 kW và bình tích áp 210 bar, ứng dụng trực tiếp vào các máy công trình biển và thiết bị truyền động tải trọng nặng.

Nhóm nhà khoa học, nghiên cứu sinh ngành Năng lượng tái tạo và Kỹ thuật hàng hải: Khai thác quy trình thiết lập bài toán tương tác lưu chất - kết cấu (FSI) trên phần mềm Ansys CFX 14 để mô phỏng chính xác động lực học các công trình nổi nhiều phân đoạn trên sóng biển ngẫu nhiên.

Nhóm các nhà hoạch định chính sách và phát triển dự án năng lượng biển: Sử dụng cơ sở dữ liệu phân vùng mật độ công suất sóng tại 54 vùng biển Việt Nam (đặc biệt là dải công suất 25 đến 40 kW/m vùng Nam Trung Bộ) để lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi cho các trang trại điện sóng biển ngoài khơi.

Nhóm doanh nghiệp đóng tàu và sản xuất thiết bị hàng hải: Ứng dụng bản vẽ kỹ thuật kết cấu vỏ composite D500x4000 mm, hệ neo mềm và cụm khớp xoay hai bậc tự do để chế tạo các phao tiêu biển thông minh, trạm quan trắc khí tượng hải văn tự cấp nguồn điện sạch liên tục.

Câu hỏi thường gặp

Thiết bị phát điện sóng Pelamis sử dụng bộ chuyển đổi thủy lực có ưu điểm gì vượt trội so với các hệ thống khác? Hệ thống thủy lực vận hành hiệu quả ở điều kiện dao động sóng tốc độ thấp nhưng sinh lực kích thích cực lớn, cho phép làm việc an toàn ở áp suất lên tới 210 bar đối với mô hình thử nghiệm và 400 bar trên thực tế. Hiệu suất chuyển đổi đạt từ 70% đến 85%, vượt xa mức 10% đến 30% của hệ khí nén và bền bỉ hơn cơ cấu bánh răng cơ khí.

Thông số kỹ thuật chính của hệ thống thủy lực trên mô hình Pelamis tỷ lệ 1/7 được lựa chọn như thế nào? Mạch thủy lực bao gồm hai xy lanh đường kính nòng 100 mm, hành trình 250 mm, tạo lưu lượng tổng 94,2 lít/phút tại tốc độ 24 chu kỳ/phút. Dòng dầu áp suất 53 bar dẫn động mô-tơ cánh gạt Vickers lưu lượng riêng 57,7 cm³/vòng sinh công suất 10 kW tại 1450 vòng/phút, kết hợp bình tích áp 18,9 lít chịu áp 210 bar.

Nguyên lý điều khiển pha Latching đóng vai trò gì trong việc tăng công suất phát điện? Điều khiển Latching thực hiện khóa cứng chuyển động của phao nổi bằng hệ thống van thủy lực khi vận tốc phao về 0 hoặc lực kích thích đạt cực trị, sau đó mở van đúng thời điểm sóng tới thích hợp. Phương pháp này giúp cưỡng bức dao động của thiết bị đồng pha với sóng biển, mở rộng vùng cộng hưởng và tăng hiệu suất hấp thụ thêm khoảng 25% đến 35%.

Phần mềm Ansys CFX 14 hỗ trợ giải quyết bài toán kỹ thuật nào trong nghiên cứu này? Ansys CFX 14 đóng vai trò giải thuật toán số tương tác đa pha lưu chất và kết cấu rắn (FSI). Phần mềm mô phỏng trường sóng trong bể thử ảo, tính toán chính xác biến thiên góc quay, vận tốc góc, gia tốc góc và lực cản thủy động học của thân ống 17 m, giúp dự đoán công suất thu nhận mà không cần tốn kém chi phí chế tạo thử nghiệm nhiều lần.

Tiềm năng năng lượng sóng biển tại Việt Nam có đủ điều kiện để triển khai thiết bị thương mại không? Vùng biển Việt Nam có tiềm năng năng lượng sóng rất lớn với mật độ cực đại đạt 40 kW/m tại khu vực đảo Phú Quý và trung bình năm đạt 25 kW/m tại vùng duyên hải Nam Trung Bộ. Mức mật độ năng lượng này hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật quốc tế để vận hành thương mại các trạm phát điện sóng ngoài khơi.

Kết luận

• Hoàn thành tổng quan toàn diện về công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển trên thế giới và phân tích sâu tiềm năng 54 vùng biển giàu trữ lượng năng lượng sóng tại Việt Nam.
• Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí mô hình Pelamis tỷ lệ 1/7 với 4 phân đoạn ống nổi sợi thủy tinh D500x4000 mm và 3 khớp quay không gian hai bậc tự do linh hoạt.
• Tính toán, lựa chọn đồng bộ hệ thống mạch thủy lực công suất 10 kW, áp suất 53 bar, lưu lượng 94,2 lít/phút cùng bình tích áp Nitơ 18,9 lít chịu áp 210 bar.
• Thiết lập quy trình mô phỏng tương tác lưu chất - kết cấu FSI trên Ansys CFX 14, chứng minh khả năng gia tăng 25% đến 35% hiệu suất hấp thụ nhờ nguyên lý điều khiển pha Latching.
• Mở ra hướng nghiên cứu chế tạo thực địa và tích hợp lưới điện trạm năng lượng sóng biển ngoài khơi giai đoạn 2024 đến 2030, kêu gọi sự hợp tác đầu tư giữa các viện nghiên cứu và doanh nghiệp năng lượng tái tạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 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. 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. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. 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: 09/12/1985 Nơi sinh: ĐỒNG NAI Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy MSHV: 09040361 1- 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 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 (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, Cô 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 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. 5 LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi cam đoan rằng, ngoại trừ các kết quả tham khảo từ các công trình khác như đã ghi rõ trong luận văn, các công việc trình bày trong luận văn này là do chính chúng tôi 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 .4 LỜI CAM ĐOAN. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Tính mới của đề tài. ĐỊNH NGHĨA CÁC THÔNG SỐ CỦA SÓNG BIỂN VÀ PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN. Các thông số của sóng biển. Phân loại thiết bị.

Phân loại theo vị trí lắp đặt so với bờ biển:. Phân loại theo đặc điểm hấp thụ năng lượng:. Các phương pháp chuyển đổi năng lượng. Dạng chuyển đổi tua bin:.

Dạng chuyển đổi thủy lực:. Dùng động cơ tuyến tính:. TỔNG QUAN CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC DÙNG TRONG THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG. Ứng dụng hệ thống thủy lực trong các thiết bị hấp thụ năng lượng theo đường - Attenuators:.

Ứng dụng hệ thống thủy lực cho dạng hấp thụ điểm:. Ứng dụng hệ thống thủy lực cho thiết bị kiểu chắn sóng - Terminators. Yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống thủy lực:. THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI THỦY LỰC-THIẾT BỊ PELAMIS.

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

Điều khiển pha – Latching control. Reactive loading control:. Điều khiển mạch thủy lực thiết bị Pelamis:. TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ BẰNG PHẦN MỀM ANSYS CFX 14.

Thông số đầu vào:. Cơ sở tính toán dự đoán công suất hấp thụ của ống chính. Giới thiệu phần mềm Ansys CFX 14. Mô phỏng trên phần mềm Ansys CFX 14.

Các bước khi tiến hành mô phỏng một bài toán trên máy tính:. Mô phỏng trên phần mềm Ansys CFX. KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Hướng phát triển đề tài.

78 - Tài liệu tham khảo. Tính cấp thiết của đề tài Theo các số liệu thống kê và dự báo của Cơ quan Thông 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 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 0.3kW/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.