Nghiên cứu phương pháp mô phỏng và đánh giá dao động của tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ neo

Nghiên cứu phương pháp mô phỏng và đánh giá dao động của tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ neoNghiên cứu phương pháp mô phỏng và đánh giá dao động của tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ neoNghiên cứu phương pháp mô phỏng và đánh giá dao động của tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ neoNghiên cứu phương pháp mô phỏng và đánh giá dao động của tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ neoNghiên cứu phương pháp mô phỏng và đánh giá dao động của tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ neo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG TRÌNH THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG CỦA TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI DẠNG TRỤ NEO Chủ nhiệm đề tài: ThS NGUYỄN XUÂN HÒA Thành viên tham gia: ThS TÔ NGỌC MINH PHƯƠNG ThS VŨ THỊ KHÁNH CHI Hải Phòng, tháng4/2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu, kết cấu công trình nghiên cứu Kết đạt đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI DẠNG TRỤ ĐỨNG 1.1 Tua bin điện gió khơi (FOWT) 1.2 Phân loại qua bin điện gió khơi 1.3 Cấu tạo thân tua bin điện gió 1.4 Cấu tạo hộp máy 10 1.5 Cấu tạo cánh quạt tua bin 11 1.6 Cấu tạo hệ dây neo 15 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI 18 2.1 Xây dựng mô hình tua bin điện gió khơi dạng trụ đứng 18 2.2 Điều khiển dao động hệ 21 2.2.1 Thiết lập mô điều khiển dao động 21 2.2.2 Mô hệ tua bin điện gió dạng trụ có nhiều điều khiển dao động 22 2.3 Tải trọng tác dụng lên hệ 23 2.3.1 Tải trọng khí động trọng lực 23 2.3.2 Tải trọng thủy tĩnh 25 2.3.3 Tải trọng thủy động lực 26 2.4 Phương trình dao động hệ 28 2.5 Phương trình sóng 29 CHƯƠNG KẾT QUẢ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 31 3.1 Các kết mô số 31 3.2 Kết thực nghiệm 33 3.2.1 Tua bin điện gió dạng trụ lắp đặt điều khiển trụ giá trị To, ωs, 2d,  sd biến thiên 33 3.2.2 Tua bin dạng trụ có điều khiển dao động hộp máy móng có ωn biến thiên 37 3.2.3 Tua bin điện gió dạng trụ neo có nhiều điều khiển móng và/hoặc hộp máy với giá trị ωnj, ωnk thay đổi 38 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 46 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1:Bảng thống kê thông số kỹ thuật mô hình OC3-Hywind Bảng 2: Thông số kỹ thuật tua bin NREL 5-MW 10 Bảng 3: Thông số kỹ thuật dây neo tua bin dạng trụ đứng 16 Bảng 4: Các thông số kỹ thuật hệ 32 Bảng 5: Chuyển vị RMS hệ lắp điều khiển thân móng 34 Bảng 6:Chuyển vị cực đại hệ lắp điều khiển thân móng 34 Bảng 7: Các trường hợp tần số cài đặt sẵn điều khiển 38 Bảng 8: Biên độ điều khiển hiệu giảm biên độ RMS biên độ cực đại hệ lắp nhiều điều khiển dao động 39 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Các dạng chân đế tổ hơp đơn tua-bin, (a) Trụ, (b) Neo đứng (TLP) (c) Sà lan Hình 2: Cấu tạo điển hình tua bin điện gió dạng trụ neo Hình 3: Các bậc tự xét đến dao động tua bin điện gió Hình 4:Mô hình tua bin điện gió khơi OC3-Hywind SB 10 Hình 5: Hệ số Reynolds phân bố theo chiều dài cánh tua bin 12 Hình 6: Mặt cắt cánh quạt tua bin trường hợp tỉ số r/R=0.7 12 Hình 7: Hệ số lực đẩy CT CP mô hình tính toán so với mô hình thực tế lắp đặt 13 Hình 8: Hình mô tả diện phân bố khí động học 14 Hình 9: Hệ số CT CP tính toán ReFRESCO công trình tua bin lắp đặt thực tế 15 Hình 10: Hình dạng dây neo ứng với trường hợp tải trọng ngang khác vị trí buộc neo vào thân trụ 17 Hình 11: Mô hình tính toán tua bin điện gió khơi dạng trụ đứng 18 Hình 12: Mô hình tính cánh quạt tua bin 20 Hình 13: Mô hình lắp đặt điều khiển dao động hộp máy thân trụ 22 Hình 14: Cao độ mặt biển mô phỏng, vận tốc mặt biển vận tốc theo phương ngang gia tốc 33 Hình 15: Ảnh hưởng vị trí lắp đặt điều khiển theo phương đứng lên phản ứng hệ 35 Hình 16: Ảnh hưởng tỉ số khối lượng điều khiển toàn hệ lên phản ứng hệ 35 Hình 17: Đánh giá phản ứng hệ không lắp điều khiển dao động hệ có lắp điều khiển dao động 36 Hình 18: Đánh giá phản ứng hệ không lắp điều khiển dao động hệ có lắp 01 điều khiển dao động hộp máy 01 điều khiển dao động thân móng 38 Hình 19: Ảnh hưởng tỉ số khối lượng lên hiệu hệ điều khiển 39 Hình 20: Phản ứng hệ không lắp điều khiển hệ lắp nhiều điều khiển thân móng 41 DANH SÁCH THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết tắt, chữ đầy đủ, nghĩa, chữ từ Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Khai thác, sản xuất tiêu thụ lượng có nguồn gốc hóa thạch (dầu mỏ, than đá) nguyên nhân làm tăng lượng khí nhà kính dẫn đến biến đổi khí hậu - mối nguy toàn cầu, nhu cầu lượng lại ngày tăng nhanh Trong đó, nguồn lượng hóa thạch cạn dần có tác động mạnh đến môi trường, nguồn thủy điện nhạy cảm với hệ sinh thái thiên tai lũ lụt động đất Năng lượng hạt nhân có nhiều nguy an toàn thiếu biện pháp dài hạn cho chất thải hạt nhân Vì thế, công nghệ lượng ở nước tiên tiến chuyển dần sang nguồn tái tạo mặt trời, gió, khí sinh học, sóng thủy triều Trong đó, khai thác điện từ gió mặt trời công nghệ lượng tái tạo phát triển nhanh nhất.Khai thác lượng từ gió dường khả thi đáng tin cậy ở nhiều nước với tỷ lệ phát triển hàng năm khoảng 25-30%.Công nghiệp điện gió với tốc độ đầu tư phát triển công nghệ cung cấp tới 12% nhu cầu điện toàn cầu vào năm 2050 Hơn nữa, điện gió đóng góp lớn cho giảm thiểu khí nhà kính, dự báo làm giảm 0.5 tỷ CO2 (9.2%) vào năm 2020 làm giảm tỷ CO2 (7.8%) vào năm 2050 Tại số quốc gia, khai thác điện từ tua-bin gió bờ gần tới mức giới hạn mật độ Đồng thời, tua-bin gió bờ có số tác động xấu tới môi trường cản trở tầm nhìn gây tiếng ồn với tần số thấp, nên ngày khó khăn việc tìm kiếm địa điểm xây dựng mới.Trong đó, việc đặt tua-bin gió khơi ảnh hưởng tới tầm nhìn tiếng ồn đồng thời có nguồn gió nhiễu động hơn, tăng tốc độ vòng quay chiều dài cánh quạt gió.Tuy nhiên, với công nghệ giá thành công trình việc lắp dựng tua-bin gió khơi cao, phụ thuộc chủ yếu vào độ sâu nước biển khoảng cách từ bờ.Phần kết cấu móng, lắp dựng kết nối lưới điện chiếm phần lớn giá thành công trình tua-bin điện gió khơi Mặc dù vậy, điện tua-bin điện gió khơi sản xuất cao 50% so với tua-bin ở vị trí bờ vận tốc gió cao ổn định Theo thống kê, tua bin-gió khơi chiếm khoảng 1.8% tổng công suất lắp đặt sản xuất 3.3% tổng sản lượng điện năm 2006 Vì vậy, phát triển tua-bin ở khơi định hướng chiến lược Trang công nghiệp sản xuất điện từ gió Dựa vào số liệu 8000 vị trí với vận tốc gió ở độ cao 80 m, đồ gió toàn cầu xây dựng, xác định vùng có tiềm khai thác điện từ gió, có vùng biển khơi Việt Nam, Trung Quốc Nhật Bản Đồng thời, đồ xác định nhiều vùng biển sâu gần bờ có có tiềm lớn điện gió Mỹ, bờ tây phía nam châu Phi, Tây Ban Nha, Na-Uy, Nhật Bản, Ấn Độ vùng biển phía đông nước Úc Việc xây dựng nhà máy điện gió khơi khả thi bởi vị phận tua-bin gió vận chuyển xàlan tàu biển tới địa điểm lắp dựng.Nhà máy điện gió bờ thường có tổng công suất 50 MW tổng công suất nhà máy điện gió khơi 100 MW.Móng, kết nối lưới điện bảo trì vận hành thách thức điện gió khơi Giá thành tua-bin điện gió khơi có chân đế ngàm cứng ở đáy biển thường tăng theo độ sâu nước, loại chân đế thường không kinh tế ở vùng biển sâu Bởi vậy, với vùng biển xa bờ sâu tua-bin có chân để có hiệu kinh tế hợp lý nhất.Các chân đế cho tua-bin điện gió thừa hưởng nhiều công nghệ từ công nghiệp dầu khí khơi.Để giảm thiểu dao động dịch chuyển, chân đế thường có kích thước lớn trọng lượng lớn nhiều so với trọng lượng kết cấu tuabin.Chính vậy, lắp dựng tua-bin có công suất lớn, từ đến 10 MW, để giảm thiểu giá thành sản xuất điện Một báo cáo gần Ủy ban Năng lượng quốc tế (International Energy Agency, IEA) lượng gió khơi công nghệ lượng tái tạo có nhiều hứa hẹn phát triển ở mức độ Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Nhiều thiết kế sơ tổ hợp tua-bin điện gió thực cho tua bin điện gió khơi nhằm tính toán tiêu kinh tế-kỹ thuật việc sản xuất điện từ gió Các thiết kế khảo sát vấn đề pháp lý, tác động đến môi trường, chế tạo, lắp dựng vận hành Tuy nhiên, có nghiên cứu tìm hiểu điều khiển dao động tua bin điện gió dạng trụ điều kiện tải trọng đồng thời gió-sóng-tua bin vận hành Nghiên cứu dựa kết nghiên cứu trước mô thân móng nổi, mô hệ dây neo, tính toán tải trọng tác dụng lên hệ, Trang đánh giá phản ứng tua bin chịu tải trọng gió-sóng tải trọng gây trình vận hành tua bin kết nghiên cứu điều khiển dao động Tiến sĩ Đinh Văn Nguyên, dựa kết nghiên cứu thực trao đổi với chủ nhiệm nghiên cứu trên, tác giả tiến hành thu thập số liệu thực nghiên cứu Nghiên cứu nhằm mục đích tổng hợp nghiên cứu thực hiện, đề phương hướng nghiên cứu đề tài luận án tiến sĩ tác giả Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: phương pháp xây dựng mô hình số tua bin điện gió khơi lắp đặt điều khiển dao động hộp máy thân móng - Phạm vi nghiên cứu: Tua bin điện gió khơi dạng trụ đứng (SPAR – TYPE) Phương pháp nghiên cứu, kết cấu công trình nghiên cứu Nghiên cứu thống kê số liệu tổng hợp nghiên cứu thực trước Kết đạt đề tài - Đối với chuyên ngành: Nghiên cứu nhằm mục đích mô tả phản ứng với điều kiện làm việc rút kinh nghiệm xây dựng mô hình thực nghiệm để tăng cường hiểu biết phản ứng động lực học tua bin điện gió khơi tác dụng sóng, gió, tua bin làm việc môi trường nước sâu - Đối với việc hình thành chủ trương sách nhà nước: Nghiên cứu góp phần tăng cường hiểu biết công trình tua bin điện gió khơi Điều giúp cho nhà sách việc hoạch định sách lượng quốc gia có nguồn tài nguyên điện gió - Phương pháp mới: Nghiên cứu sử dụng phương pháp toán để tiến hành mô đánh giá phản ứng động lực học công trình tua bin điện gió dạng trụ điều kiện khí hậu môi trường biển nước sâu - Tri thức rút từ công trình nghiên cứu: Trang khí động học tính chất học Hơn nữa, mô hình áp lực thủy tĩnh chuẩn hóa để so sánh tọa độ tâm đẩy S-FOWT trọng tâm S-FOWT nghiên cứu [28] Bảng 4: Các thông số kỹ thuật hệ Giả thiết thực mô hình coi (i) toàn hộ S-FOWT với điều khiển dao động thân trụ, có hai giá trị lực kéo ban đầu To, tần số dao động biến thiên, vị trí zsd thay đổi theo phương đứng giá trị µsd thay đổi; (ii) toàn hệ S-FOWT có điều khiển dao động hộp máy điều khiển dao động thân trụ với giá trị tần số điều chỉnh được, vị trí theo phương đứng thân trụ tần số biến thiên điều khiển hộp máy; (iii) hệ có nhiều điều khiển dao động hộp máy thân trụ hay có thân trụ với giá trị tần số khác Sự biến thiên giá trị phản ứng RMS giá trị phản ứng lớn để đánh giá hiệu trình điều khiển Tính khả thi phương pháp điều khiển dao động đánh giá cách sử dụng ngập nước thân trụ bước lớn điều khiển dao động Trang 32 Hình 14: Cao độ mặt biển mô phỏng, vận tốc mặt biển vận tốc theo phương ngang gia tốc 3.2 Kết thực nghiệm 3.2.1 Tua bin điện gió dạng trụ lắp đặt điều khiển trụ giá trị To, ωs, 2d,  sd biến thiên Sự giảm biên độ RMS chuyển vị cánh quạt, chuyển vị xoay hộp máy, chuyển vị xoay thân móng trụ nổi, chuyển vị thẳng đứng móng trụ chuyển vị lật móng trụ biên độ lớn sử dụng điều khiển dao động so sánh với chuyển vị hệ không lắp điều khiển dao động thể bảng bảng Bộ điều khiển dao động lắp đặt mặt thoáng hệ số khối lượng điều khiển  sd 3% Tất giá trị tần số điều chỉnh ω lực kéo ban đầu T0 Trang 33 cho thấy hệ có lắp đặt điều khiển dao động hiệu rõ rệt trường hợp chuyển vị xoay hộp máy chuyển vị lật móng trụ Chuyển vị theo phương thẳng đứng thân móng giảm không đáng kể nhỏ 1% Chuyển vị cánh tăng nhẹ 0,05 – 0,11% sử dụng điều khiển dao động Bảng 5:Chuyển vị RMS hệ lắp điều khiển thân móng Bảng 6:Chuyển vị cực đại hệ lắp điều khiển thân móng Nếu điều khiển điều chỉnh lên tần số tần số đỉnh sóng ωpω = 0,5969 rad/s, hệ lắp điều khiển làm việc hiệu hẳn, đặc biệt chuyển vị xoay hộp máy chuyển vị lật móng trụ Lực căng cáp neo T0 = 107N gây tần số dao động xoay cao chịu ảnh hưởng tải trọng sóng Do đó, lực căng lớn có hiệu lớn lực căng lớn nhỏ hệ lắp đặt điều khiển, ví dụ T0 = 105N.Tuy nhiên, để đạt điều phải tăng chiều dài dây cáp neo đặt thêm vât nặng dọc theo dây cáp [22] Hình thể ảnh hưởng vị trí điều kiển theo phương đứng điều kiện ωs = ωpω = 0,5967 rad/s T0 = 107N Biên độ RMS giảm vị trí điều khiển lắp đặt thấp Biên độ dao động cực đại gần không thay đổi vị trí lắp đặt khoảng – 20m nhỏ vị trí thấp Biên độ dao động giảm nhiều điều khiển lắp đặt vị trí sâu 60m Tuy nhiên điều không khả thi vị trí ballast Do vị trí lắp đặt điều khiển zd  vị trí tối ưu Trang 34 Hình 15: Ảnh hưởng vị trí lắp đặt điều khiển theo phương đứng lên phản ứng hệ Hình 15 thể ảnh hưởng tỉ số khổi lượng điều khiển dao động hệ bị điều khiển điều kiện ωs = 0,5967 rad/s T0 = 107N Biên độ RMS biên độ lớn chuyển vị xoay hộp máy, chuyển vị xoay móng trụ chuyển vị lật lớn trường hợp tỷ số khối lượng lớn Tỉ số khối lượng lớn làm cho thân móng ngập nước nhiều nên chọn μsd = 3% Hình 16: Ảnh hưởng tỉ số khối lượng điều khiển toàn hệ lên phản ứng hệ Hình 16 thể hiệu lắp điều khiển dao động, tua bin dạng trụ trì đặc tính tốt dao động thẳng đứng Biên độ chuyển vị xoay điều khiển dao động nằm khoảng hợp lý (-1.5m, 1.5m) hình 16 Trang 35 Hình 17: Đánh giá phản ứng hệ không lắp điều khiển dao động hệ có lắp điều khiển dao động Trang 36 3.2.2 Tua bin dạng trụ có điều khiển dao động hộp máy móng có ωn biến thiên Trong trường hợp T0 = 105N, μnd = 3%, μsd = 3%, Zd = 0m, tần số điều chỉnh điều khiển dao động móng trụ ωs = ωpω = 0,5969 rad/s tần số điều khiển dao động hộp máy ωn biến thiên, hình cho thấy biên độ lớn biên độ RMS giảm Kết cho thấy điều khiển dao động lắp móng trụ có tác dụng giảm chuyển vị xoay hộp máy so với điều khiển lắp hộp máy So với hiệu điều khiển dao động lắp điều khiển dao động thân móng nổi, hiệu điều khiển lắp hộp máy với dao động xoay thân móng giảm dao động lật đáng xem xét Tuy nhiên, tần số điều chỉnh lớn, điều khiển dao động hộp máy có độ lệch lớn, nhược điểm xem xét hiệu điều khiển cánh quạt Bộ điều khiển dao động hộp máy điều chỉnh đến tần số đỉnh sóng ωn = ωpω = 0,5969 rad/s hiệu nhiên độ lệch lớn 3,198m Do đó, chọn tần số 0,377 rad/s tần số này, phản ứng dao động giảm điều khiển có độ lệch nhỏ 1,994m Khoảng thời gian biên độ Fourier chuyển vị xoay hộp máy, chuyển vị xoay móng chuyển vị lật thể hình 18 Ưu điểm chuyển vị thẳng đứng hệ có điều khiển dao động độ lệch thể hình 18 Trang 37 Hình 18: Đánh giá phản ứng hệ không lắp điều khiển dao động hệ có lắp 01 điều khiển dao động hộp máy 01 điều khiển dao động thân móng 3.2.3 Tua bin điện gió dạng trụ neo có nhiều điều khiển móng và/hoặc hộp máy với giá trị ωnj, ωnk thay đổi Sáu trường hợp tần số điều chỉnh cho hộp máy điều khiển dao động thân móng trụ thể bảng Bảng 7: Các trường hợp tần số cài đặt sẵn điều khiển Độ lệch lớn điều khiển giảm biên độ lớn biên độ RMS hệ lắp nhiều điều khiển dao động hộp máy móng trụ với T0 = 107N, μnd = μsd = 0,03 Zd1 =…= Zds = bảng Trang 38 Bảng 8: Biên độ điều khiển hiệu giảm biên độ RMS biên độ cực đại hệ lắp nhiều điều khiển dao động Trường hợp trường hợp có hiệu việc giảm biên độ RMS biên độ lớn Tuy nhiên lại gây độ lệch điều khiển lớn Để nghiên cứu kỹ ảnh hưởng nhiều điều khiển dao động phản ứng hệ Ba điều khiển dao động hộp máy điều khiển móng trụ lắp đặt tần số điều chỉnh ωn = ωs = 0,5967 rad/s Biên độ RMS biên độ lớn độ lệch điều khiển dao động hệ có điều khiển với giá trị ωnd biến thiên thể hình 10 Độ lệch điều khiển giảm biên độ RMS biên độ lớn không đáng kể μnd tăng từ 0.01 – 0.05 Hiệu điều khiển tăng lên μnd tăng từ 0.02 – 0.03 Độ lệch điều khiển dao động vỏ hộp giảm đáng kể μnd tăng giá trị lớn 3.8 – 6.1m Do đó, hiệu điều khiển dao động lắp nhiều điều khiển hộp máy không đáng kể Hình 19: Ảnh hưởng tỉ số khối lượng lên hiệu hệ điều khiển Trường hợp không lắp điều khiển dao động hộp máy, biên độ phản ứng thể bảng Trong trường hợp 3, điều khiển thân móng điều chỉnh tần số chuyển vị xoay thân móng ngoại trừ trường hợp tần số nhỏ Tuy nhiên, trường hợp cho thấy biên độ phản ứng giảm độ Trang 39 lệch điều khiển dao động tương đối lớn Trường hợp – 6, số lượng điều khiển dao động thay đổi tần số điều khiển điều chỉnh đến tần số sóng 059696 rad/s Phản ứng hệ giảm rõ rệt chí tốt trường hợp ( điều khiển dao động lắp hộp máy móng trụ nổi) Điều cho thấy số lượng điều khiển không ảnh hưởng đến giảm phản ứng hệ Một điều đáng ý điều khiển điều chỉnh tần số sóng Trưởng hợp cho thấy giảm biên độ tốt độ lệch điều khiển đạt nên kết thu hình 20 Trang 40 Hình 20: Phản ứng hệ không lắp điều khiển hệ lắp nhiều điều khiển thân móng Trang 41 KẾT LUẬN Dựa nghiên cứu điều khiển dao động thân móng trụ hộp máy tua bin điện gió khơi dạng trụ đứng, phản ứng tua bin đánh giá, tổng hợp nghiên cứu Tua bin điện gió dạng trụ mô hình theo thời gian hệ nhiều bậc tự xem xét đến tải yếu tố khí động học cánh quạt, biến thiên khối lượng độ cứng theo đơn vị dài cánh quạt, trọng lực công trình, tương tác cánh quạt, hộp máy, thân móng nổi, hệ thống neo điều khiển dao động, ảnh hưởng tải trọng thủy động, mô men lực đẩy Trạng thái mặt biển random xem cộng tác dụng nhiều trường hợp sóng tuyến tính tiếng lẻ Thuật toán mô điều khiển tua bin thiết lập lắp đặt 02 điều khiển hộp máy thân trụ Trong ví dụ mô phỏng, tua bin điện gió 5MW dạng trụ lắp đặt điều khiển dao động, hiệu điều khiển tính khả thi lắp đặt kiểm nghiệm Đối với hệ sử dụng điều khiển, thiết lập tần số tần số đỉnh sóng, hiệu điều khiển dao động thể kết tích cực rõ rệt đặc biệt chuyển vị xoay hộp máy chuyển vị lật thân móng so với tần số điều khiển khác Khi sử dụng điều khiển dao động: - Thận trọng lựa chọn sd  0.03 lớn dẫn đến thân móng ngập nhiều trọng lượng điều khiển - Bộ điều khiển dao động theo phương ngang hiệu chuyển vị xoay hộp máy chuyển vị lật thân móng chuyển vị xoay thân - Lực kéo ngang ban đầu dây cáp neo dẫn đến tần số dao động xoay lớn cộng hưởng với thành phần tải trọng sóng, điều yếu tố giúp cải thiện hiệu điều khiển dao động cho tua bin - Lắp điều khiển dao động thân móng trụ hiệu lắp vị trí thấp Vị trí lắp đặt điều khiển dao động hiệu khả thi mặt thoáng Trang 42 - Hiệu giảm dao động xoay hộp máy lắp điều khiển thân móng trụ cao nhiều so với lắp điều khiển dao động hộp máy - Đặc trưng chuyển vị theo phương đứng tua bin móng trụ trì lắp đặt điều khiển dao động Khi sử dụng nhiều điều khiển dao động: - Độ lệch điều khiển lắp hộp máy giảm đáng kể tỉ số khối lượng điều khiển khối lượng toàn hệ tăng lên, giá trị độ lệch tương đối lớn Do đó, việc lắp đặt nhiều điều khiển dao động hộp máy không hiệu mà không khả thi - Khi điều khiển dao động thân móng trụ cài đặt tần số tần số dao động xoay, hiệu điều khiển giảm độ lệch điều khiển lớn - Nếu điều khiển thận trụ cài đặt tần số tần số sóng, hiệu điều khiển tốt thạm chí tốt trường hợp lắp đặt đồng thời điều khiển thân trụ hộp máy Khi đó, hệ có nhiều điều khiển tự động hiệu trường hợp điều kiện không xác định trước - Hiệu điều khiển không cải thiện đáng kể sử dụng nhiều điều khiển dao động Công thức kết nghiên cứu ban đầu giới thiệu nghiên cứu tảng cho việc ứng dụng phương pháp điều khiển dao động bán tự động hay điều khiển tự động nghiên cứu tác giả Trang 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Skaare B, Hanson TD, Niesel SRK Active tuned mass dampers for control of inplane vibration of wind turbine blades Structural control and Health monitoring 2013; 20(12):1377-1396 DOI:10.1002/stc.1524 Lackner MA Controlling platform motions and reducing blade loads for floating offshore wind turbine Wind Engineering 2009;33(6):541-553 Namik H, Stol K Individual blade pitch control of foating wind turbine Wind energy 2011b; 14(3):373-388 DOI:10.1002/we.426 Lackner MA, Rotea MA Structural control of floating wind turbine Mechatronic 2011; 21:704-719 DOI10.1016/j.mechatronics.2010.11.007 Lackner MA, Rotea MA Passive structural control of offshore wind turbine Wind energy 2011b; 14(3)373-388.DOI.10.1002/we.426 Karimirad M, Moan T wave- and wind-induced dynamic response of catenary moored spar wind turbine Journal of waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering ( ASCE) 2012; 138(1):9-20 DOI:10.1061/(ASCE)WW.1943-5460.0000087 Rijkema D., and Vaz G., Viscous flow computations on propulsors: verification, validation and scale effects RINA 2011 Otto W., Rijkema D., Vaz G., Viscous flow calculation on an axial marine current turbine OMAE conference, Rio de Janeiro, 2012 Robertson A, N, , et al Summary of conclusions and recommendations srawn from the DeepCwind scaled floating offshore wind system test campaign, Proc 32nd ASME International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineerning, Nantes, France 10 Klaij C.M., Vuik C.-SIMPLE-type preconditioners for cell-centered, collocated finite volume discretization of incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations-International Journal for Numerical Methods in Fluids 71(7):830-849,2013 11 Nagarajaiah S Sonmez E Structures with semiactive variable stiffness single/multiple tuned mass dampers, Journal of Structural Enfineering, ASCE 2007; 133(1).67-77 DOI:10.1061/(ASCE)0733-9445(2007)133:1(67) 12 Karimirad M, Moan T Wave- and wind-induced dynamic response of catenary moored spar wind turbine Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering (ASCE) 2012;138(1):9-20 DOI:10.1061/(ASCE)WW.1943-5460.0000087 13 Jonkman JM Dynamic modeling and loads analysis of an offshore floating wind turbine, Technical Report NREL/TP-500-41958, 2007, NREL, Golden, Co 14 Faltinsen OM Sea loads on Ships and Offshore Structures Cambridge University Press: Cambridge, UK, 1990 15 Waris MB, Ishihara T Dynamic response analysis of floating offshore wind turbine with different type of heave plates and mooring systems by using a fully nonlinear model Coupled Systems Mechanis 2012;1(3):247-268 16 IEC 61400-3, Wind Turbine-Part 3: Design requirement for Offshore Wind Turbine, International Electrotechnical Commisson (IEC), 2006 Trang 44 17 Van-Nguyen Dinh, Biswajit Basu Passive control of floating offshore wind turbine nacelle and spar vibration by multiple tuned mass dampers.Structural control and Health monitoring (2014) DOI:10.1002/stc.1666 18 Jonkman JM Definition of the floating system for phase IV of OC3, Technical Report NREL/TP-500-47535, 2010, NREL, Golden, Co USA 19 Dinh VN, Basu B, Niesel SRK Impact of spar-nacelle-blade coupling on the edgewise response of floating offshore wind turbine, Coupled systems mechanics 2013; 2(3) DOI:10.12989/csm.2013.2.3.231 20, Staino B, Basu B, Niesel SRK Actuator control of edgewise vibration in wind turbine blades Jounal of sound and vibration 2012; 331:1233-1256 DOI:10.1016/j.jsv.2011.11.003 21 Basu B, Staino A, Dinh VN Vibration of wind turbine under seismic excitation Proceeding of the Fifth Asian-Pacific Symposium on Structural Reliability and its Application, Singapore, 2012;439-444 DOI:10.3850/978-07-2219-7-P403 22 Karimirad M, Moan T Extreme dynamic structural response analysis of catenary moored spar wind turbine in harsh environmental conditions Journal of Offshore wind Mechanic and Artic Engineering (ASME) 2011; 133:041103-1-14 DOI:10.1115/1.4003393 Trang 45 PHỤ LỤC Trang 46 [...]...Những nghiên cứu mô tả trong đề cương này sẽ cung cấp nền tảng để hiểu biết về tua bin điện gió nổi dạng trụ có ảnh hưởng đến xác định phản ứng của toàn bộ hệ dao động Trang 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI DẠNG TRỤ ĐỨNG 1.1 Tua bin điện gió nổi ngoài khơi (FOWT) Đối với tua bin điện gió nổi ngoài khơi, góc nghiêng cánh quạt và mô men xoắn khi sản xuất điện năng được... khiển dao động được được vào code của FAST Điều khiển bị động và điều khiển chủ động đã được ứng dụng trong tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng móng sà lan [4] Đối với tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng móng trụ nổi, hộp máy và dao động hộp máy trong điều kiện vận hành được coi là một miếng cứng, tải trọng sóng kích thích dao động của hệ [6] Chuyển vị tương đối của hộp máy so với thân móng nổi gây... được xem xét khi lắp vào hộp máy hay thân móng nổi Nghiên cứu này mô phỏng theo một nghiên cứu khác bằng cách đặt các bộ điều khiển dao động và hộp máy và thân móng nổi để điều khiển dao động của hộp máy, điều khiển dao động của thân móng Trang 5 nổi và phát triển thuật toán cho hệ có điều khiển và không điều khiển của toàn bộ hệ tua bin điện gió nổi dạng móng trụ nổi sử dụng phương trình Euler-Lagrange... một công cụ mô phỏng mới giúp có khả năng mô phỏng điều khiển dao động bị động, điều khiển dao động bán chủ động, điều khiển dao động chủ động trong tua bin điện gió bao gồm cả tua bin điện gió nổi ngoài khơi [5] Hai thành phần riêng biệt, bộ điều khiển dao động một bậc tự do được kết hợp vào phiên bản điều chỉnh lại trong phần mềm mô phỏng FAST Qua đó, độ cứng, lực cản và lực điều khiển của mỗi bộ... khác nhau tại vị trí buộc neo vào thân trụ nổi Trang 17 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI 2.1 Xây dựng mô hình tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ đứng Phần móng nổi được coi là tuyệt đối cứng do tiết diện ngang lớn Chuyển vị và vận tốc của hệ tua bin coi như không đáng kể Đường kính thân phần móng nổi coi là nhỏ so với chiều cao của hệ và chiều cao sóng nên công... tạo thân tua bin điện gió Mục đích chính của tính toán là nghiên cứu tìm ra tần số dao động và hệ số làm việc của kết cấu để xác định ảnh hưởng của hệ thống neo khi chịu ảnh hưởng của thân trụ bao gồm kiểm tra lực dọc trong dây neo, nghiên cứu ảnh hưởng thủy động lực của hệ thống móng trụ nổi và thu thập số liệu để chỉnh lý mô hình thực nghiệm và tối ưu hóa Để thiết kế và mô hình móng trụ nổi, kích... loại qua bin điện gió ngoài khơi Có hai loại tổ hợp tua- bin điện gió nổi ngoài khơi, là tổ hợp đơn tua- bin và tổ hợp đa tua- bin Một số thiết kế trước đây đã đề xuất tổ hợp gồm nhiều tua- bin đặt trên một chân đế nổi có kích thước lớn để giảm tỷ lệ giữa chiều cao đón gió và chiều rộng của chân đế nổi, nhằm giảm dịch chuyển của chân đế và cũng để tăng hiệu quả kinh tế vì chỉ cần một hệ thống neo giữ Tuy... nhiên dạng tổ hợp này có tải trọng lớn do sóng biển và dòng chảy tác dụng lên chân đế, đồng thời các tua- bin phải chịu nhiều gió nhiễu động do hoạt động của các tua- bin khác trong cùng tổ hợp nên điện năng sản xuất và tuổi thọ tua- bin bị giảm Vì vậy, tổ hợp đơn tua- bin trên chân đế nổi thích hợp hơn cho điện gió ngoài khơi Có ba dạng chân đế nổi là dạng trụ (spar, S), neo đứng (tension-leg, TLP) và sà... quan trọng khi nghiên cứu trạng thái dao động phức tạp và tải trọng của tua bin quay trên móng dao động trong điều kiện gió và sóng đồng thời Mục đích chính trong việc xây dựng mô hình thu nhỏ tua bin điện gió là mô phỏng tải trọng gió chính xác như là trong công trình thực bằng cách sử dụng phép thu nhỏ Froude cho tua bin vận hành trong điều kiện thực tế Tuy nhiên, phương pháp mô phỏng sử dụng tỉ... trọng thủy động lực học Mô hình tính toán đề xuất của hệ tua bin trụ đứng được thể hiện trong hình 11 Hình 11: Mô hình tính toán tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ đứng Trong đó: B: tâm đẩy nổi của hệ G: trọng tâm của hệ F:vị trí neo cáp vào thân móng nổi Trang 18 Oyz: Hệ trục tổng thể, gốc 0 tại mặt thoáng uG , vG , G : chuyển vị tại G ksH, ksV, ksϕ: độ cứng theo các phương của hệ neo Mc: trọng