BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM BÙI ĐĂNG LINH
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI
NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN THÀNH NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 605202202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng …. năm 20….

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày 22 tháng 01 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ h
ọ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

1.TS. Nguyễn Thanh Phương - Chủ tịch hội đồng
2. PGS.TS. Trần Thu Hà - Ủy viên
3.TS. Đinh Hoàng Bách - Phản biện 1
4.TS. Nguyễn Viễn Quốc - Phản biện 2
5.TS. Võ Hoàng Duy - Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sử
a chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH - ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày … tháng… năm 20 …


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 201 BẢN CAM ĐOAN

Họ và tên học viên:Bùi Đăng Linh
Ngày sinh:12 / 01/1976 Nơi sinh: Long An
Trúng tuyển đầu vào năm:2011
Là tác giả luận văn:Nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành
năng lượng điện
Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành:605202202
Bảo vệ ngày: 22 Tháng 01 năm 2013
Điểm bảo vệ luận văn:8,88
Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hộ
i
đồng
đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa:
Chuyển nội dung chương 6 lên sau chương 1
Chuyển tài liệu tham khảo về cuối quyển luận văn

Người cam đoan Cán bộ Hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

i

Bên cạnh đó, xin chuyển lời cảm ơn đế
n: Thầy Trần Văn Hai, Hiệu Trưởng của
trường, nơi học viên đang công tác đã tạo điều kiện về thời gian, hỗ trợ học phí cũng
như các điều kiện thuận lợi khác để học viên hoàn thành chương trình cao học này.
Ngoài ra học viên cũng xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những Thầy Cô đã trực
tiếp giảng dạy trong suốt khóa học, những đồng nghiệp đã chia sẽ khó khăn, những
người bạn đã quan tâm, động viên và luôn giữ mối liên lạc tốt trong quá trình học tập
và rèn luyện vừa qua.
Học viên thực hiện luận văn
Bùi Đăng Linh iii
TÓM TẮT
Nguồn năng lượng tái tạo nói chung và nguồn năng lượng sóng biển nói
riêng có ý nghĩa rất lớn trong việc tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và phát
triển bền vững. Luận văn đề cập đến việc nghiên cứu các hệ thống biến đổi năng
lượng sóng thành điện năng. Việc tạo ra năng lượng điện từ sóng biển đã có những

Student studied and learnt principles of operation of the modified systems as:
Pelamis, Oscillating Water Column, Anaconda, Floating Aschimedes Wave Swing
sinking Aschimedes Wave Swing, Wave Dragon, Wave Searaser and Oyster Wave
On the basis of the study, student selected sinking Aschimedes Wave Swing
and Wave Dragon. The AWS and WD are approriated with the natural conditions of
Vietnam’s sea areas. These systems can be used to exploit and transform renewable
energy waves into electrical energy, not only that responds to strong needs of
electrical load in Vietnam , but also reduces the burden of traditional power sources. v
MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt iii
Abstract iv
Chương 1: Giới thiệu
1.1 Giới thiệu 1
1.1.1 Tác động đến thế giới động vật 3
1.1.2 Tác động đến hệ sinh thái dưới nước 3
1.1.3 Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường 4

Water Column 31
3.5 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32
3.5.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Anaconda 32
3.5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng
sóng biển Anaconda 32
3.5.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Anaconda 33
3.6 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi Aschimedes Wave
Swing 34
3.6.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển nổi
Aschimedes Wave Swing 34
3.6.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng
biển nổi Aschimedes Wave Swing 35
3.6.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng
biển nổi Aschimedes Wave Swing 35
3.7 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave
Swing 35
3.7.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm
Aschimedes Wave Swing 35
3.7.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
chìm Aschimedes Wave Swing 36
vii
3.7.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm
Aschimedes Wave Swing 36
3.8 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 36
3.8.1 Cấu tạo của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 36
3.8.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 37
3.8.3 Ứng dụng của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

4.3.3 Mô hình toán của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính
vận hành độc lập 45
4.3.4 Mô hình toán của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến kết
nối lưới điện trong khung tham chiếu a, b, c. 47
a. Khảo sát khi sóng biển nhô cao 47
b. Khảo sát khi sóng biể
n hụp xuống 50
4.3.5 Mô hình toán của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến tính
trong hệ tọa độ d, q. 51
a. Khảo sát khi sóng biển nhô cao 53
b. Khảo sát khi sóng biển hụp xuống 54
4.4 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống AWS. 55
4.4.1 Mật độ dao động của sóng biển 55
4.4.2 Chiều dài của sóng biển 56
4.4.3 Đường kính phao 56
4.4.4 Độ cao của sóng biển 57
4.5 Đánh giá khả năng triển khai hệ thống AWS 57
4.6 Kết luận 58

Chương 5 : Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon
5.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 59
5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 68
5.3 Mô hình toán học của hệ thống Wave Dragon 71
5.4 Mô hình toán mô tả máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
(PMSG) trong hệ thống Wave Dragon 72
ix
5.5 Kết luận 74

Chương 6 : Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy

6.7 Kết luận 96

Chương 7 :Kết luận và hướng phát triển tương lai
7.1 Kết luận 97
7.2 Hướng phát triển tương lai 98
Tài liệu tham khảo 99 xi
xii
Danh mục các bảng
Bảng 2.1 Kết quả tính dòng năng lượng sóng (kW/m) tại một số
trạm ven biển Việt Nam 13
Bảng 2.2 Công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng điện tái tạo tại
các miền trong toàn quốc vào giai đoạn 2008 – 2015 17
Bảng 5.1 Thông số chính của một số hệ thống Wave Dragon tương ứng với
các điều kiện sóng khác nhau 63
Aschimedes Wave Swing 34
Hình 3.16 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển chìm AWS 35
Hình 3.17 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 36
Hình 3.18 Các turbin trên hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave
xiv
Dragon 37
Hình 3.19 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38
Hình 3.20 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Searaser 38
Hình 3.21
Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave oyster 39

Hình 4.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS 42
Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của AWS 42
Hình 4.3 Cấu tạo máy phát tuyến tính 44
Hình 4.4 Các thành phần của hệ thống AWS 44
Hình 4.5 Sơ đồ thay thế máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính 45
Hình 4.6 Trạng thái AWS khi sóng biển nhô cao 47
Hình 4.7 Trạng thái AWS khi song biển hụp xuống 50
Hình 4.8 Hệ tọa độ a, b, c và d, q 51
Hình 4.9 Biểu đồ công suất tỉ lệ
với độ cao sóng biển 57

Hình 5.1 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon 60
Hình 5.2 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon đang
được xây dựng và khai thác tại Nissum Bredning,Đan Mạch 60
Hình 5.3 Vùng biển Nissum Bredning, Đan Mạch 61
Hình 5.4 Các bộ phận cơ bản của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển
Wave Dragon 62
Hình 5.5 Hệ thống WD với các kích thước tương ứng trong điều kiện
sóng biển 24kW/m 63

Hình 6.13 Sơ đồ kết nối bộ nghịch lưu với lưới điện 86
Hình 6.14 Sơ đồ khối biến đổi điện áp từ hệ trục tọa độ abc
thành hệ trục tọa độ
dq 87
Hình 6.15 Sơ đồ khối mô phỏng tính toán công suất phát lên lưới 88
Hình 6.16 Sơ đồ khối điều khiển công suất tác dụng và công suất
phản kháng của PMSG của hệ thống Wave Dragon 88
Hình 6.17 Sơ đồ tạo tín hiệu xung kích điều khiển bộ nghịch lưu 89
Hình 6.18 Sơ đồ bộ điều chế độ rộng xung PWM 89
Hình 6.19 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
xvi
của trường hợp 1 90
Hình 6.20 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 1 90
Hình 6.21 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 2 91
Hình 6.22 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 2 91
Hình 6.23 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 3 92
Hình 6.24 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 3 92
Hình 6.25 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới
của trườ
ng hợp 4 93
Hình 6.26 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới
của trường hợp 4 94
Hình 6.27 Dòng điện của PMSG phát lên lưới của trường hợp 4 94
Hình 6.28 Tốc độ rotor của PMSG trong trường hợp 5 95
Hình 6.29 Công suất tác dụng của PMSG phát lên lưới

Nhưng sự bùng nổ về nhu cầu điện này lại diễn ra đúng vào lúc nguồn năng lượng
từ dầu và khí – vốn hiện tại cung cấp một nửa năng lượng cho toàn thế giới – lâm
vào tình thế rất khó khăn.
Các số liệu cho thấ
y vào năm 2050, dân số thế giới sẽ tăng 50% với 9 tỷ
người. Với mức độ tăng dân số hiện nay, trong vòng 20 năm tới sẽ có khoảng
36.000 chiếc máy bay, gần 2 tỷ xe hơi được sử dụng – gấp đôi con số hiện tại. Như
vậy, theo nhận định của tổ chức năng lượng quốc tế (IEA – International Energy
Association), trong vòng 20 năm tới, nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ s
ẽ tăng khoảng 35%
và nhu cầu năng lượng về tổng thể sẽ tăng tới 65% (tính cả dầu, khí, than đá, năng
lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo…).
IEA cũng đánh giá dầu mỏ tiếp tục sẽ là nguồn cung cấp năng lượng chính
trong thế kỷ này với khoảng 1/3 tổng năng lượng cần thiết cho thế giới. Tuy nhiên,
2

theo ước tính của các nhà địa chất học thì lượng dầu mỏ chỉ đủ cung cấp cho thế
giới trong 60 năm tới. Lượng khí thiên nhiên chỉ đủ cho 70 đến 90 năm tới. Với sự
tăng vọt về nhu cầu dầu mỏ, nhất là tại các nước đang phát triển và đông dân cư như
Trung Quốc và Ấn Độ, hậu quả tất yếu là giá dầu và khí đều tăng mạnh.
Về mặt chính trị, tình hình cũng báo hiệu là sẽ không hề ổn định hơn bởi hơn
70% nguồn tài nguyên dầu mỏ và 66% lượng khí thiên nhiên đều tập trung ở những
khu vực ít nhiều bất ổn nhất thế giới: Trung Đông, Nga và Trung Á.
Về than đá, trong 6 năm qua ( tính tới năm 2008), lượng tiêu thụ than trên thế
giới cũng đã tăng lên 30% gấp đôi so với bất kì năng lượng nào khác. Giá than cũng
tă
ng mạnh. Chỉ tính trong vòng 5 tháng từ 10/2007 tới 3/2008 giá than thế giới cũng
tăng ít nhất cũng 50%.
Như vậy, có thể nhận định rằng trong tương lai 20 năm tới đây, giá của các
nguồn nguyên nhiên liệu cung cấp cho nhu cầu năng lượng thế giới sẽ tăng mạnh,

cho thực vật phát triển và áp dụng các biện pháp công nghệ sinh học khác để cải tạo
đất.

1.1.2 Tác động đến hệ sinh thái dưới nước
Tác động của các hồ chứa nước và hoạt động của nhà máy thủy điện sẽ làm
thay đổi hệ sinh thái dưới nước ở khu vực có công trình thủy điện. Hệ sinh thái sông
sẽ phải nhường vị trí cho hệ sinh thái hồ tại khu vực hồ chứa nước.
Trong các dự án hiện nay về hồ chứa nước, người ta đều tiến hành dự báo
chất lượng nước, trong đó phải tính đến các đặc điểm thoát nước tự nhiên, ảnh
hưởng của các nguồn gây ô nhiễm môi trường, các quá trình lưu chuyển nước trong
vùng. Kết quả dự báo chất lượng được trình bày dưới dạng các chỉ tiêu thủy hóa và
thủy sinh học. Việc đánh giá chất lượng nước được thực hiện bằng cách so sánh kết
quả dự báo với nồng độ giới hạn cho phép các thành phần khác nhau, quy định
trong các tài liệu tiêu chuẩn – quy phạm.

4

1.1.3 Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường
Xây dựng công trình thủy điện sẽ hạn chế các luồng di cư, bán di cư của các
loài cá, làm thay đổi điều kiện sinh sản, có nguy cơ làm kiệt quệ nguồn thức ăn của
cá tại các công trình lấy nước tại nhà máy thủy điện. Kết quả là nguồn thủy sản bị
giảm, đặc biệt là các loạ
i cá quý hiếm, trong một số trường hợp còn bị tuyệt chủng.
Để ngăn ngừa các hậu quả tiêu cực này, trong các dự án thủy điện hiện nay, người
ta cho áp dụng các biện pháp đặc biệt, trong đó có biện pháp xây dựng công trình
bảo vệ cá, cho cá qua lại và tạo lập cơ sở thức ăn cho cá.