119
Chương III
CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI
NĂNG LƯỢNG SÓNG THÀNH ĐIỆN NĂNG
Chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng được thực hiện nhờ các thiết bị
như động cơ, máy phát - các thiết bị này chuyển đổi một phần chuyển động quỹ
đạo hình tròn của hạt nước trong sóng. Người lướt ván vùng sóng đổ cũng đóng
vai trò chuyển đổi năng lượng sóng bao gồm cả thế năng và động năng của
trường sóng khi sóng chuyển động vào bờ.
Năng lượng sóng có thể được tách ra từ 3 vectơ chuyển động thành phần của
trường sóng:
1. Thành phần chuyển động lên xuống;
2. Thành phần chuyển động ngang;
3. Thành phần chuyển động quay.
Các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng được thiết kế để chuyển đổi một
hoặc nhiều các vectơ chuyển động thành phần nêu trên. Một vài loại thiết bị được
thiết kế để chuyển đổi thành phần chuyển động quay, chuyển động lên xuống hay
chuyển động ngang. Có loại thiết bị được thiết kế để chuyển đổi cùng một lúc hai
hay cả ba dạng chuyển động thành phần nêu trên.
Trong thực tế, trạng thái mặt biển bao gồm tổng hợp của sóng gió và sóng
lừng, tạo ra một trường sóng phức tạp bao gồm cả tương tác giữa sóng và gió,
sóng gió hiện tại và sóng lừng từ xa truyền đến, do vậy việc tạo ra các thiết bị
chuyển đổi năng lượng với trạng thái mặt biển hiện thực là một vấn đề rất phức
tạp về công nghệ.
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
120
0
1 - 25
>25
Nguyên lý vật lý
Nhà thiết kế
Tên thiết bị
Dao động cột nước
trong sóng
Nhà máy PICO,
Azores
Sóng tràn
Tapchan, Na Uy
Dao động cột nước
trong sóng
Oceanlinx
Oceanlinx
Hấp thụ điểm
Ocean Power
Technology
PowerbuOY
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
Hấp thụ điểm
AWS II
AWS II
Hấp thụ điểm
Finavera
Renewable
AquaBuOY
Hấp thụ điểm
Wavebob
Wavebob
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.
122
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
Hình III.1. Nguyên lý sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng [15]
III.2.2. Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng
Có hai dạng thiết bị để biến đổi năng lượng sóng thành điện năng làm việc
theo nguyên lý này (xem hình III.2):
- Máy phát cảm ứng ở dạng phao dao động theo sóng (nam châm vĩnh cửu
dao động lên xuống, cuộn dây được cố định xuống đáy biển - hình 2a).
- Máy phát gắn với hệ thống phao cố định có gắn nam châm cố định với máy
phát cảm ứng (hình 2b).
Hình III.2. Nguyên lý biến đổi điện để tạo ra điện năng [15]
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
sóng. Tốc độ vòng quay của tuốc bin không khí sẽ được tính toán dựa vào bộ
cánh điều chỉnh hướng của tuốc bin gió và sự điều tiết lượng gió phù hợp với chu
kỳ và độ cao của sóng. Nếu thiết bị được sử dụng chỉ để tích điện ở điện áp thấp
(không cần điện áp ổn định) thì thiết bị này sẽ đạt hiệu quả biến đổi năng lượng
cao đối với mọi loại sóng. Ở Nhật đã sử dụng phương pháp này để tạo ra công
suất 2MW trên một trạm nổi ngoài biển từ năm 1979 đến nay.
III.2.4. Nguyên lý sử dụng phương pháp lắc có công suất lớn để biến
đổi năng lượng sóng sang cơ - điện năng
Hình III.4. Phương pháp lắc có công suất lớn để tạo điện năng từ năng lượng sóng [15]
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 III. 4). 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
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
125
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.
III.2.5. Nguyên lý tạo điện năng từ sóng với công suất nhỏ thông qua
tuốc bin thuỷ lực
Đây là phương pháp tạo ra điện năng khá đơn giản xong hiệu suất thấp và chỉ
ở phạm vi công suất nhỏ. Nguyên lý này được mô tả trên hình III.5 với quy trình
kỳ của từng sóng riêng biệt. Các nhà kỹ thuật đã nghiên cứu nhiều giải pháp để
tập trung, tích trữ năng lượng sóng (giống như gương hội tụ ánh sáng mặt trời
trong công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời).
Một trong số các giải pháp tích tụ năng lượng sóng biển gọi là “Phương pháp
nắn chỉnh PACCELA” được trình bày dưới đây:
Sơ đồ làm việc của hệ thống nắn chỉnh PACCELA gồm (hình III.7):
- Máy phát điện (1),
- Tuốc bin thuỷ lực (2),
- Bể chứa nước (3),
- Hệ thống van lấy nước từ biển dưới tác dụng của sóng.
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
127
III.3. CÁC LOẠI THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG
THÀNH ĐIỆN NĂNG ĐƯỢC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ
GIỚI
Dựa trên các nguyên lý chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng, hiện nay
trên thế giới có một loạt các loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng. Trên hình
III.8 đưa ra một số phương pháp chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
thường được sử dụng tại các trạm phát điện từ năng lượng sóng trong thực tế.
Bảng III.2 và hình III.9 – III.40 đưa ra các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng
thành điện năng hiện đang được nghiên cứu và thử nghiệm áp dụng trong thực tế
hoặc đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển.
Hình III.7. Nguyên lý làm việc của hệ thống nắn chỉnh PACCELA [15]
Hình III.8. Một số phương pháp chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
133
134
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
135
136
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
137
138
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
Hình III.9. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wave Dragon
Hình III.10. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Pelamis
Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển và những người khác
Hình III.17. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Floating – buoy design
Hình III.18. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Parabolic Wall & Denniss-Auld Turbine
Chương III. Các phương pháp và thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng
Hình III.19. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Wavebob
Hình III.20. Thiết bị chuyển đổi năng lượng Sper buoy
143
Copyright: Tài liệu đại học ©