1.1.3. Đặc điểm chung
Các mơ hình thiết bị phát điện từ năng lƣợng sóng biển lắp đặt trên bờ đƣợc xây dựng với các motor phát điện công nghiệp truyền thống. Phần điện đƣợc lắp đặt trên bờ cách xa bộ phận thu nhận năng lƣợng hoạt động ở dƣới biển.
Các thiết bị phát điện từ năng lƣợng sóng biển hoạt động ngồi biển thƣờng ở dạng đóng kín (phát điện trực tiếp), đƣợc nghiên cứu phát triển theo nhiều cách thức khác nhau, với công suất phát điện từ một vài kW đến hàng trăm kW. Thiết bị phù hợp trong các nhu cầu sử dụng điện tại địa phƣơng trong ngắn hạn hay ổn định lâu dài.
Thiết bị phát điện gắn cố định ở đáy biển đƣợc chế tạo chủ yếu hoạt động tại các vùng nƣớc nông gần bờ với công suất phát điện ở mức vừa và nhỏ, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện lâu dài tại địa phƣơng. Phần phát điện của thiết bị đƣợc tính tốn thiết kế gắn cố định ở đáy biển khi hoạt động. Phao thiết bị đƣợc thả nổi trên mặt biển, truyền năng lƣợng nhận đƣợc từ sóng biển đến mơ tơ phát điện thông qua dây cáp.
Thiết bị phát điện từ năng lƣợng sóng biển dạng thả nổi trên mặt biển mục đích để đáp ứng nhu cầu về năng lƣợng điện trong các hoạt động ngoài khơi xa, ở các vùng nƣớc sâu với công suất phát điện ở mức vừa và lớn. Thiết bị đƣợc chế tạo sử dụng với motor phát điện loại công nghiệp hiệu suất cao.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Năng lƣợng nói chung và năng lƣợng điện nói riêng đã đóng một vai trị quan trọng trong đời sống sinh hoạt và sản suất của con ngƣời. Trong khi đó, các nguồn năng lƣợng truyền thống nhƣ dầu mỏ, than đá, thủy điện, hạt nhân đang ngày một cạn kiệt. Thêm vào đó, việc sử dụng các nguồn năng lƣợng hóa thạch đang gây ra những tác động xấu đến mơi trƣờng và là ngun nhân chính gây nên biến đổi khí hậu dẫn đến những thảm họa tự nhiên đe dọa đến sự sống của con ngƣời. Chính vì lý do này, hầu hết các quốc gia trên thế giới đang nổ lực nghiên cứu, khai thác và phát triển các nguồn năng lƣợng tái tạo nhằm mục đích thay thế phần nào nguồn năng hóa thạch đang đƣợc khai thác và có xu hƣớng cạn dần.
Với vị trí địa lý, khí hậu thuận lợi thì đất nƣớc Việt Nam đƣợc xem là một trong những nƣớc có nguồn tài nguyên năng nƣợng tái tạo khá dồi dào và đa dạng gồm: Năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng sóng biển, nhiên liệu sinh học, địa nhiệt... Các nguồn năng lƣợng này đƣợc phân bố trải rộng trên nhiều vùng sinh thái.
So với các nguồn năng lƣợng tái tạo khác, thì năng lƣợng sóng biển có mức đầu tƣ ít hơn, đơn giản hơn, ít ảnh hƣởng tới mơi trƣờng. Tuy nhiên, trong số các nguồn năng lƣợng tái tạo đang đƣợc nghiên cứu và khai thác tại nƣớc ta thì năng lƣợng sóng biển chƣa nhận đƣợc nhiều sự quan tâm. Mặc dù, đƣợc biết rằng mỗi mét vuông của một tấm pin mặt trời nhận đƣợc từ 0,2 đến 0,3 kW năng lƣợng mặt trời, và mỗi mét vng của tháp điện gió sẽ hấp thụ từ 2 đến 3 kW. Trong khi đó mỗi mét vng bờ biển nhận đƣợc 30 kW năng lƣợng sóng. [8]
1.3. Tính bền vững và khả năng nhân rộng của đề án
1.3.1. Tính bền vững
Theo thống kê, trong nhiều năm qua đã có hơn một ngàn sáng chế về năng lƣợng sóng biển. Các sáng chế đầu tiên để tận dụng năng lƣợng từ sóng biển đã có từ năm 1799 và đã đƣợc tập hợp tại Paris bởi Girard và con trai của ơng. [9]
Nghiên cứu tiên phong là thí nghiệm của Yoshio Masuda trong thập niên 1940. Ông đã thử nghiệm những khái niệm khác nhau của các thiết bị năng lƣợng sóng trên biển, với hàng trăm thí nghiệm đƣợc sử dụng để chuyển hƣớng đèn điện. [9]
Tuy vậy, nhƣng rất ít trong số đó đƣợc các viện nghiên cứu công nghệ trên thế giới lựa chọn thử nghiệm và phát triển. Đến nay, khi khoa học công nghệ phát triển các nhà khoa học tin tƣởng rằng việc phát triển mơ hình chuyển đổi năng lƣợng của sóng biển thành năng lƣợng điện nhờ các bộ chuyển đổi năng lƣợng đang rất có tiềm năng.
1.3.2. Khả năng nhân rộng
Nƣớc ta có đƣờng bờ biển dài trên 3200 km, đứng thứ 32 trên tổng số 156 quốc gia. Bên cạnh đó, nƣớc ta cũng có nhiều các hải đảo vì vậy năng lƣợng sóng biển ven bờ của nƣớc ta là rất lớn. Do đó, việc nghiên cứu chuyển đổi năng lƣợng của sóng biển thành năng lƣợng điện có rất nhiều lợi thế.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
1.4.1. Mục tiêu chung
Việc nghiên cứu thiết bị biến đổi năng lƣợng sóng có ý nghĩa vơ cùng lớn mở ra một hƣớng mới nhằm giải quyết nhu cầu năng lƣợng chung của đất nƣớc cũng nhƣ cho các khu vực và lĩnh vực hoạt động mà nguồn cung cấp năng lƣợng còn rất khó khăn (ven biển, hải đảo, các hoạt động trên biển…) trong tƣơng lai.
1.4.2. Mục tiêu cụ thể
Với những điều kiện thực tế đƣợc nêu trên, đƣợc sự hƣớng dẫn của TS Phan Cơng Bình, học viên đã lựa chọn chun đề: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị cơ khí thu hồi năng lƣợng sóng biển”.
Nhằm tạo ra thiết bị phục vụ việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống máy phát điện bằng năng lƣợng sóng biển với mục tiêu giảm tải cho điện lƣới quốc gia và tiến đến việc sử dụng năng lƣợng sóng biển là nguồn năng lƣợng chủ yếu. Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị cơ khí thu hồi năng lƣợng sóng biển” sẽ đáp
ứng nhu cầu nghiên cứu và phát triển thành sản phẩm thực tế đƣa vào phục vụ đời sống và cung cấp nguồn điện năng dồi dào cho các khu vực dân cƣ ven biển và hải đảo.
1.5. Giới hạn của đề tài
1.5.1. Giới hạn về đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là: Sóng nhân tạo tại hồ thí nghiệm.
1.5.2. Giới hạn về phạm vi nghiên cứu
Vì điều kiện thời gian cịn hạn chế, đề tài chỉ nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo thiết bị thu hồi năng lƣợng sóng biển với mục đích để thử nhiệm thực tế thiết bị tại hồ tạo sóng.
1.6. Phƣơng hƣớng tiếp cận và lựa chọn phƣơng án ý tƣởng thiết kế.
1.6.1. Các tồn tại
Tại Việt Nam:
Ở Việt Nam các thiết bị hầu hết đều hoạt động dựa theo nguyên lý phao nổi trên mặt biển vì thế bị ảnh hƣởng rất lớn khi biển động hay gió bão. Chƣa kể một số thiết bị thả chìm chỉ nổi lên phao hay thuộc dạng phao thả nổi thì tàu thuyền qua lại khó để nhận biết rất dễ xảy ra va chạm.
Trên thế giới:
Các mơ hình thiết bị phát điện từ năng lƣợng sóng biển lắp đặt trên bờ đƣợc xây dựng với các mô tơ phát điện công nghiệp truyền thống các mơ hình phát điện này đƣợc xây dựng cố định, hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng thấp do thiết bị phát điện đƣợc lắp đặt trên bờ cách xa bộ phận thu nhận năng lƣợng hoạt động ở ngoài biển.
Các thiết bị phát điện gắn cố định ở đáy biển nên còn hạn chế trong việc lắp đặt, bảo dƣỡng, thay thế.
Với những thiết bị phát điện từ năng lƣợng sóng biển dạng thả nổi trên mặt biển ở các vùng nƣớc sâu ngồi khơi xa, vì thế nên trong những ngày biển động hay bão biển việc hoạt động của thiết bị sẽ gặp khó khăn. Ngồi ra thiết bị cũng gây ảnh hƣởng đến các phƣơng tiện di chuyển trên mặt biển.
1.6.2. Đề xuất nhiệm vụ của luận văn
Qua các nghiên cứu, phân tích và đánh giá về các thiết bị thu hồi năng lƣợng sóng biển trên thế giới, cũng nhƣ tại Việt Nam đã cho thấy thiết bị sử dụng phao thả nổi thu đƣợc hiệu suất tốt hơn. Đồng thời để đáp ứng đƣợc điều kiện khắc nghiệt của vùng biển nƣớc ta đã cho thấy thiết bị phát điện đƣợc gắn cố định gần bờ biển là phù hợp.
Nguyên lý làm việc vủa thiết bị.
Sau mỗi đợt sóng tới khiến phao (3) đi lên và kéo dây cáp (10) + xích (4) dịch chuyển làm quay bánh răng (5) kéo theo trục chính của hộp số 1 chiều (6) quay (tăng tốc chuyển động) và làm quay máy phát (7) tạo ra dòng điện. Đối trọng (9) sẽ làm nhiệm vụ giữ dây cáp luôn căng khi thiết bị làm việc và tiếp tục chu trình tiếp theo.