L ỜI NĨI ĐẦU
2.2.2.1. Chuyển đổi năng lượng sĩng trực tiếp
Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng sĩng trực tiếp là sử dụng các cơ cấu cơ khí hay các thiết bị nhận năng lượng sĩng và trực tiếp chuyển đổi thành điện năng mà khơng qua khâu biến đổi trung gian nào cả.
Ta cĩ thể liệt kê các dạng theo nguyên lý hoạt động như sau:
- Nguyên lý sử dụng truyền động cơ khí nhờ bánh răng cĩc (hình 2.9)
- Nguyên lý dao động cột nước tạo áp suất khơng khí quay tuabin (hình 2.10)
- Nguyên lý dao động cột nước (sử dụng sĩng tràn) (hình 2.11)
- Nguyên lý biến chuyển động tịnh tiến của phao thành chuyển động tịnh tiến của Roto trượt theo cuộn dây Stato (hình 2.12)
- Nguyên lý sử dụng phương pháp lắc cĩ cơng suất lớn để biến đổi năng lượng sĩng sang cơ – điện năng (hình 2.13)
Phương pháp chuyển đổi năng lượng trực tiếp cĩ ưu điểm đơn giản, hiệu suất cao nhưng điện áp tạo ra khơng được điều hịa, dịng điện khơng ổn định và phụ
thuộc vào mức dao động của sĩng.
2.2.2.1a. Nguyên lý sử dụng truyền động bánh răng cĩc
Theo nguyên lý này, các thiết bị cĩ trong hệ thống như hình 2.9, phao nổi 1 sẽ
thu nhận năng lượng sĩng đứng và một phần sĩng ngang truyền chuyển động cho vành răng 4 thơng qua thanh truyền 2 và khớp xoay 3. Vành răng 4 được ăn khớp với bánh răng 5; truyền động xích 6 được liên kết với bánh răng 5 làm quay bánh cĩc 8 gắn trên bánh đà tích trữ năng lượng 7. Năng lượng được tích trữ nhờ bánh đà 7 và tạo mơmen ổn định cho cơ cấu phát điện. Để tăng tính ổn định cho hệ thống làm việc êm hơn ta cĩ thể sử dụng nhiều hệ phao 1 như hình dưới.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1. Phao nh?n nang lu?ng sĩng 2. Thanh truy?n nang lu?ng phao 3. Kh?p xoay
4. Vành rang
5. Bánh rang nh?n nang lu?ng 6. Xích 7. Bánh dà 8. Bánh rang cĩc 9. Ponton 10. C?c d? 11. Giá d? 12. Tr?c kh?p xoay Hình 2.9 – Nguyên lý sử dụng truyền động bánh răng cĩc
Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo, cĩ thể thu được cả hai thành phần chuyển động lên xuống và thành phần chuyển động ngang của sĩng.
Nhược điểm: cơ cấu cĩ nhiều khâu cơ khí trung gian làm tăng tổn hao năng lượng do ma sát, vì sử dụng truyền động xích nên sẽ làm việc ồn, để tạo ra chuyển
động quay của hệ thống đều hơn, cơng suất điện lớn thì phải sử dụng nhiều hệ phao, cho nên kết cấu cồng kềnh.
2.2.2.1b Nguyên lý sử dụng áp suất khơng khí quay tuabin
Nguyên lý hoạt động dựa trên sử dụng phương pháp dao động cột nước: sĩng tới tác động đẩy cột nước bên trong buồng chứa khơng khí dâng lên xuống, tạo áp lực nén khơng khí trong buồng di chuyển vào tuabin của máy phát, làm quay tuabin tạo ra điện (hình 2.10)
Điểm mấu chốt của hệ thống là việc sử dụng tuabin cĩ các cánh quay cùng một hướng, bất chấp hướng chuyển động của luồng khơng khí.
Hình 2.10 - Nguyên lý sử dụng áp suất khơng khí quay tuabin
Ưu điểm: nguyên lý đơn giản, hiệu suất phát điện cao.
Phương pháp này hiện đang được ứng dụng rộng rãi, giá thành chế tạo theo phương pháp sử dụng áp suất tương đối cao.
2.2.2.1c Nguyên lý dao động cột nước (sử dụng sĩng tràn)
Trong phương pháp này, người ta thiết kế một cái kênh chắn sĩng, khi sĩng dâng lên, nước biển sẽ được kênh nước giữ lại và chảy xuống buống phía dưới làm quay tuabin như hình 2.11.
Phương pháp này nguyên lý tương tự như phương pháp sử dụng áp suất khơng khí, cĩ hiệu suất tương đối cao, cơng suất điện tạo ra lớn, việc xây dựng mơ hình theo nguyên lý này địi hỏi tính kinh tế và cơng nghệ chế tạo cao.
2.2.2.1d. Nguyên lý biến chuyển động tịnh tiến của phao thành chuyển động tịnh tiến của Roto trượt theo cuộn dây Stato
Cấu tạo chính gồm: Rotor máy phát là nam châm vĩnh cửu được nối với phao nổi trên mặt biển bằng dây cáp, Rotor được đặt bên trong cuộn dây Stator. Cuộn dây Stator được quấn trong đế trụ trịn rỗng được cốđịnh dưới đáy biển (hình 2.12).
Nguyên lý hoạt động: khi đợt sĩng di chuyển qua khu vực đặt thiết bị tác động lên các phao di chuyển lên xuống, các phao này gắn với roto của các máy phát làm chúng di chuyển lên xuống với tốc độ giống nhau bên trong cuộn dây. Từđĩ tạo ra
điện bên trong các cuộn dây máy phát, các cuộn dây được nối với nhau bằng cáp dẫn vào trạm truyền tải trong bờ.
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi và cĩ hiệu suất cao.
2.2.2.1e. Nguyên lý sử dụng phương pháp lắc cĩ cơng suất lớn để biến đổi năng lượng sĩng sang cơ – điện năng
Nguyên lý làm việc của thiết bị này như sau: bộ phao “con vịt” cĩ phần phao
đối xứng được nối ghép với bộ truyền cơ năng và xoay dập dình quanh trục trụ (2) (hình 2.13). Sĩng biển với độ cao khác nhau sẽ tạo ra dao động cho phao và tạo ra mơmen 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 sĩng. Với phương pháp này cĩ thể biến đổi tới 80% năng lượng sĩng ra cơ năng và xấp xỉ 60% ÷ 70% ra điện năng.
Hình 2.13 - Phương pháp lắc cĩ cơng suất lớn để biến đổi năng lượng sĩng sang cơ –
điện năng