Tại Việt Nam, một số đơn vị đã, đang tiến hành nghiên cứu chế tạo thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển như: Viện Nghiên cứu Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Khoa học Năng lượng thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN. Các mô hình thiết bị đang được nghiên cứu đều theo hướng hoạt động nổi trên mặt biển với các dạng thiết bị cụ thể sau [24-28]:
- Viện Nghiên cứu Cơ khí thực hiện thiết kế chế tạo thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển trong khuôn khổ đề tài KC.05-17/06-10, thiết bị hoạt động theo mô hình thả nổi trên mặt biển dạng rắn biển với công suất thiết kế từ 5÷10 kW [24]. Thiết bị được chế tạo gồm năm boong phao, trong đó ba boong phao thu nhận năng lượng và hai boong phao chuyển đổi năng lượng được lắp đặt các mô tơ phát điện loại công nghiệp. Các boong phao được liên kết với nhau bằng khớp bản lề để thu nhận năng lượng, dưới tác dụng của sóng biển hệ thống thuỷ lực sẽ cung cấp dòng lưu lượng dầu ổn định với áp suất cao đẩy quay các mô tơ phát điện. Thiết bị đã hoạt động thử nghiệm tại biển Hòn Dấu - Hải Phòng và cung cấp điện năng cho bộ đội biên phòng đóng trên đảo sử dụng.
Hình 1.10. Thiết bị phát điện kiểu rắn biển, Viện Nghiên cứu Cơ khí
- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Viện Nghiên cứu Cơ khí đã thực hiện nghiên cứu tính toán động lực học hệ thống phát điện bằng năng lượng sóng.
Các tác giả tính toán thiết kế mô hình đặt trên một trụ đứng và gắn cố định trên bề mặt sóng, phao được thả nổi chuyển động lên xuống theo sóng biển. Năng lượng sóng biển từ phao nhận được thông qua hệ thống thủy lực truyền dẫn đẩy quay mô tơ phát điện và phát ra điện năng, công suất phát điện của mô hình được tính toán ở mức dưới 0,5 kW [25].
Hình 1.11. Cấu trúc hệ thiết bị phát điện cố định trên mặt biển
- Đại học Quốc gia Hà Nội đã thực hiện chế tạo thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển dạng phao nổi, thiết bị được thiết kế chế tạo hoạt động thả nổi trên mặt biển theo phương thẳng đứng. Trong mô hình, các tác giả đã tính toán chế tạo mô tơ phát điện dạng chuyển động tịnh tiến lên xuống và phát điện trực tiếp, với nam châm của mô tơ phát được gắn xung quanh trục chuyển động nằm ở giữa, các cuộn dây cảm ứng được lắp đặt xung quanh trục nam châm để phát ra điện năng.
Thiết bị đã được tiến hành thử nghiệm ở biển, với công suất điện từ thiết bị phát ra đã nhận được còn hạn chế, thiết bị là sản phẩm thuộc đề tài mã số QG.14.1 [26,27].
a. Mô hình thiết bị chế tạo b. Thử nghiệm thiết bị Hình 1.12. Thiết bị phát điện dạng phao nổi, Đại học Quốc gia Hà Nội
- Viện Khoa học Năng lượng, thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN đã thực hiện đề tài mã số VAST07.04/14-15, trong đề tài đã chế tạo được một mô hình thiết bị phát điện bằng năng lượng sóng biển hoạt động nổi trên mặt biển sử dụng mô tơ phát điện dạng máy phát thủy điện loại trục đứng. Thiết bị hoạt động trên bề mặt sóng biển và gắn cố định trên mặt biển. Thiết bị được chế tạo gồm hai khoang chứa
trên dưới, khoang ở trên nhận nước biển đổ vào trong nửa chu kỳ sóng tiến từ bụng sóng đến đỉnh sóng và đồng thời khoang dưới xả nước đẩy quay mô tơ phát điện trong nửa chu kỳ kế tiếp khi sóng biến đổi từ đỉnh sóng xuống bụng sóng. Trong mô hình thiết bị, các tác giả sử dụng loại mô tơ phát điện có công suất định mức 60 W, với công suất điện phát ra khi thử nghiệm ở biển đã nhận được 50,92 W. Cách thức thử nghiệm: các tác giả sử dụng cần cẩu cảng buộc cáp thả treo thiết bị giữ ở mức lơ lửng trên bề mặt nước biển để khảo sát thử nghiệm sự hoạt động của thiết bị [28].
a. Máy phát điện b. Hạ thiết bị xuống mặt biển c. Thiết bị hoạt động Hình 1.13. Thiết bị phát điện cố định trên mặt biển, Viện Khoa học Năng lượng
Từ các mô hình nghiên cứu trên cho thấy, các mô hình thiết bị của các đơn vị đã, đang được nghiên cứu và chế tạo đều hoạt động nổi trên mặt biển. Ưu điểm chính của các mô hình là thuận lợi trong lắp đặt, sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị, cũng như trong khai thác sử dụng. Nhược điểm là các thiết bị đều hoạt động nổi trên mặt biển, trong khi trung bình mỗi năm Việt Nam thường hứng chịu khoảng 10 cơn bão, đây là mối gây nguy hại trực tiếp và là thách thức trong việc khai thác sử dụng loại mô hình thiết bị phát điện nổi trên mặt biển hoạt động lâu dài ở biển.
Tại Viện Cơ học – Viện Hàn lâm KHCNVN, trong những năm gần đây đã có những quan tâm và thực hiện các nghiên cứu nhằm khai thác năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là nguồn năng lượng biển với các công bố về tiềm năng năng lượng sóng ở vùng biển Việt Nam [29]; Khảo sát đặc tính năng lượng của thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng dạng phao nổi, tiến tới đề xuất các cơ cấu để thiết kế, tính toán và chế tạo các thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng biển phù hợp với điều kiện chế tạo và thực tế sử dụng [30]. Ngoài ra từ năm 2013 [31], trong công tác chuyên môn, tác giả đã thực hiện nghiên cứu tính toán mô phỏng số
về mô hình thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển. Mô hình được tính toán nhằm chế tạo thiết bị với mô tơ phát điện chuyển động tịnh tiến lên xuống theo phương thẳng đứng, phát điện trực tiếp và gắn cố định ở đáy biển.
Hình 1.14. Cấu trúc hệ thiết bị phát điện trực tiếp gắn cố định ở đáy biển [31]
Trong nghiên cứu này, tác giả tính toán thiết kế mô tơ phát điện gồm nam châm vĩnh cửu được gắn xung quanh trục và cố định ở đáy biển, các cuộn dây cảm ứng để phát ra điện năng được ghép đặt xung quanh trục nam châm và kết nối với phao thả nổi trên mặt biển. Khi sóng biển tác dụng, các cuộn dây sẽ chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng trong môi trường cảm ứng từ do nam châm tạo ra và phát ra điện năng. Ở đây tác giả gặp khó khăn về kỹ thuật chế tạo mô tơ phát điện chuyển động tịnh tiến lên xuống theo phương thẳng đứng, cũng như khả năng gia công chế tạo loại mô tơ phát điện này ở trong nước, đặc biệt yêu cầu đối với mô hình thiết bị cần phát điện tốt với chuyển động của mô tơ là rất chậm (do sóng biển chuyển động rất chậm với chu kỳ chủ yếu trong khoảng từ 2÷8 giây). Trong khi trên thế giới hiện nay, loại mô tơ phát điện chuyển động tịnh tiến vẫn chưa được chế tạo ở quy mô công nghiệp, cũng như chưa được thương mại sẵn trên thị trường. Để thiết bị hoạt động được hiệu quả, loại mô tơ phát điện này cần được chế tạo từ vật liệu nam châm đất hiếm có cảm ứng từ lớn. Trong khi các nam châm đất hiếm hiện nay thường có kích thước nhỏ, dẫn đến cần tính toán phối ghép nam châm để đạt
được giá trị cảm ứng từ là lớn nhất, đồng thời cần tính toán thiết kế chế tạo các khuôn đúc lõi riêng cho mô tơ và thực hiện đúc lõi mô tơ phát điện với độ chính xác cao.
Mặt khác từ các nhiệm vụ nghiên cứu chuyên môn, tại Viện Cơ học tác giả đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp Viện Hàn lâm KHCNVN với trách nhiệm là chủ nhiệm đề tài, cụ thể đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mẫu hệ thống phát điện bằng năng lượng tái sinh đa năng, mã số đề tài VAST 02.04/11-12”
[32]. Trong đề tài đã tính toán thiết kế và chế tạo được một hệ thống phát điện bằng năng lượng tái sinh từ ba nguồn năng lượng đầu vào là năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng sóng biển. Trong đó phần nguồn vào từ năng lượng sóng biển của hệ thống phát điện đã được tính toán thiết kế, chế tạo chờ sẵn để ghép nối tích hợp với thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển sẽ được nghiên cứu chế tạo trong luận án.