Nghiên ứu điều khiển hệ thống năng lượng thủy triều

Nguyên lý chung .... Điều khiển của hệ thống điện thủy triều có những nhiệm vụ chính 1.

Hà Nội, tháng 09 năm 2013





3

MỤ C LỤC

Trang

L 1

L 2

MC LC 3

DANH MC CÁC BNG BIU 7

DANH MC CÁC HÌNH V TH 8

M  U 11

1 Tính c p thi n và thc ti  n c  11tài 2 Mu ca lu 11

ng và ph m vi nghiên c u 12 

u 12

5 Nha lu 12

6 Kt lun 12

  T NG QUAN V  N TH Y TRI U 13   

ng th y tri u là gì 13 

1.2 Nguyên lý ho  ng và phân long th y tri u 16 

1.2.1 Chuy  i th   a th y tri   16

1.2.2 Chuy a th y tri   16

1.2.3 Chuy  i dòng tri  18

1.3 Nhn cng th y tri u 19 

1.3.1 M  c tri u  19

1.3.2 Th y tri u theo chu k    20

1.3.3 Các y u t    n th y tri u   21

1.3.4 Dòng tri u  21

ng cn th y tri u 22 

1 5 Phát trin th y tri u trên th gi i và Vi t Nam 23     1.5.1 Phát trin th y tri u trên th    gi 23 i

4

1.5.2 M t s nghiên c u thi t k , ch t       o, l  t và v n hành t máy  

 n th y tri u trên th    gii 24

1.5.3 Tình hình nghiên c u thi t k , ch t o, l       t và v n hành t   máy  n th y tri  u  Vi t Nam 31

1.6 Kt lu 34

- NH NG V   KINH T K THU     N CÁC D  N CHY BNG SC THY TRIU 35

2.1 Kh o sát các thông s  thy tri u 35

2.2 La chm 35

 35

2.2.2 L a ch n v     t nhà máy 36

  t ng quan v  n th y tri u 36 

2.3.1 Nguyên lý chung 36

  n th y tri u   37

2.3.3.Các thi t b    n th y tri u 38  

 n th y tri u 39  

Các b  ph n chính c c 41

2.4 M t s hình nh tr   n th y tri u t i Cát Bà, H i Phòng (do Vi n Th     y ng tái t o thi t k , ch t o và l      42

2.5 Kt lu 42

  - H TH  U KHI  N CH Y B   NG TH Y TRI U 44 

u khi n c a h th   n th y tri u có nh ng nhi m v chính 44    

3.2 Các v   v t n s và công su t hu công trong h thn 45

 ng t n s  và công su t trong h   th ng th y tri u  45

3.2.2 Quan h  gi u ch nh t n s và công su t tác d      ng 50

  gi a các b  u t c làm vi c song song     54

5

3.2.4  ng c ng không nh  c a

các b    u t c tua bin 55

3.2.5 Điề u ch nh và phân ph i công su t h u công gi a các máy phát làm vi c ỉ ố ấ ữ ữ ệ song song 57

u ch nh t  và nh công su t 58

3.3.1 Các b  u t c hi n nay   58

3.3.2 C u t   m c a b  u t c 65    

3.3.3 Nhi m v    u khi n t   tua bin th y tri u   66 3.4 Kt lun C 69

- PHÂN TÍCH VÀ MÔ PHU KHI N 70

4.1 Gi i thi u v MATLAB 70  

4.1.1 Matlab 71

4.1.2 Simulink 72

4.2 Nghiên c u b    c tua bin thu t y tri u 73

 kh i b  u khi n t      [11,15] 73

  bi u di  i dn hóa 74

4.3 Nghiên c u các khâu trong b   u khi n t  và nh công su t b ng Simulink 76

4.3.1 B    u t n (theo th i gian)  76

4.3.2 Khâu gi m t c trong b      u t c 78

 u khi n nh công su t phát c a t máy     81

   c a m t b  u t c     84

4.4 Mô ph ng các ch làm vi c c    a b  u t c 85

4.4.1 Ch c a b        u t c khi t   n ch y không t i 85  

4.4.2 Ch c a b        u t c khi không có khâu ph n h i công su t và    giá tr t công su t phát    86

4.4.3 Ch c a b        u t c khi có ph t i, có vòng ph n h công su    i t   t công su t phát 87 

6

4.4.4 Ch c a b        u t c khi cho ph t   t giá tr công  sung m n h i công su t   89

4.4.5 Ch c a b        u t ng th i ph t i, giá tr t công     

sung và có ph n h i công su t    90

4.5 Mô ph ng ch    nh công su t phát 93

4.5  ng h p công su   t nh   t ph t i 94  

 ng h p công su    t b ng công su t ph t i    95

 ng h p công su    t l công su t ph t i 97   

4.6 Kt lu 98

KT LUN VÀ KI N NGH 99 

Kt lun 99

Kin ngh 100

TÀI LIU THAM KH O 101

8

DANH MỤ C CÁC HÌNH V , Đ TH Ẽ Ồ Ị

Trang

 13

 13

 15

 17

 18

phát  19

[18] 20

Hình 1.8: - Capsun) [13] 26

-ho   27

 28

 28

 29

 29

 36

 38

 38

 40

 41

  49

 52

 [8,15] 54

 56

       song 58

 59

9

 60

 60

 61

 61

 64

 64

 65

 72

 73

 74

 75

 76

 77

 79

 79

  80

 81

 82

 83

 84

 85

Hình 4.1 86

 86

 87

 87

 88

10

 89

 90

  91

 92

 93

 94

  95             96

 97

công    song song 

4 Phương pháp nghiên cứu

13

Chương – 1 T NG QUAN V   N TH Y TRI U  

1.1 Năng lượng thủy triều là gì

 (hình 1.2)

Hình 1.2: Tri u ki t (Neap Tide) 7]   [1

V y , Thủ y tri u ề là hiện tượng nước dâng lên hay hạ xuống dưới sự tương tác giữa trái đất, mặt trăng, mặt trời, các hành tinh khác và chuyển động quay của trái đất gây nên sự lên xuống của mực nước biển trên khắp các đại dương.

c cao nh t càng l ng tri u càng cao và l i ích kinh t càng l n khi    

t s L/E càng nh   

 tính toán các ch   a thu tri u t i các vùng v   i ta

u hoà các sóng tri u thành ph n t các chu i quan tr c t ng gi liên t c        trong nhii m t s m ven b Qua mô hình n i suy s   tr   tr thu  ng, s 

c h ng s   u hoà c a nhóm sóng tri u chính t i t   m c , v nh,

si ta tính toán d báo cho m t s     vào s u d báo t li  ng

gi c a m    l ng thu tri u t ng ngày, sau

  l n thu tri u trung bình trong c    ng c n thi t  

 ng thu tri u khu v c c n khai thác Ngoài ra,    thc m c 

bing c  l n thu tri u trong vi u ti t kh   ng trong mi ta ti n hành tính t n su t theo t ng kho      l ng thu tri u trong su  i t , v nh và lòng ch o Nh ng kho  nh

Hình 1.trm   n t ng th y tri u 6]   [1



      , h       240Mw,          (13,7 km2) và có 

18

1.2.3 Chuyển đổi dòng triều thành điện năng

a) Dòng tri ều làm quay tuabin “ Tua bin dòng ch y (Marine Current ả Turbine) ” hoạ ộng như tua t đ bin gió

20

   th m c tri u [18] 

1.3.2 T hủy triều theo chu kỳ

 nghiên c u hi ng thu tri  t s khái ni m liên 

  i gian itr u dâng, th i gian tri u xu ng       tri u, chu k tri u   [18]

- iTr   ng m c bi n lên cao d n r    t t i v trí cao 

nh t, hay là s dâng cao c a m   c t c ròng tc l n 

- i u xu ngTr   ng mc bi n xu ng d n r    t t i v trí th p

nh t, hay là s h   thp mc bi n t   c lc ròng

- c ln: là v trí cao nh t cc bi n trong m t chu k    ng

- c ròng: là v trí th p nh  t cc bin trong m t chu k   ng

-  i u: là kho ng cách theo chi u thtr    ng gi a m  c l n và

mc ròng k p hay kho ng cách gi a m ti   c ròng và m c l n k tip

-  cao tri u: là v trí m   c l n trên m t m c

21

- Chu k thu triu: là kho ng th i gian gi a hai l    c l n k p, ho ti c hai khoc ròng liên ti p 

Chu k bán nh t tri u trung bình trong kho ng 12 gi 25 phút, vì v y, trong     

m t ngày m   ng th i gian gi a hai l n m      p cao nht qua kinh tuy n) b ng 24 gi    n hai l c l n và hai lc ròng

Các th m tri u dâng  (lên) và tri u xu ng (rút) b      cao

 c l c ròng k ti p nhau h  ng nhau và bi n thiên theo quy lu t  trong m t tháng 

i ta còn g i thu tri u có tính ch          t triu ho c bán nh t tri u thu n nh     t

Bán nh t tri u có th i gian tri u dâng chênh l ch nhi u v i th i gian tri u rút         

c g i là tri  c nông, vì lo i tri   ng quan tr c th y các vùng   

Triu h n h c chia làm hai lo i: Bán nh t tri  u và nh t tri u,  

th c t còn có lo i thu   tri i theo chu k  u tu theo nó 

gi ng nh t tri u hay gi ng bán nh    t tri

- a hình lòng sông cao dn khi b thu h p l i;   

- ng dòng ch y trong sông; 

- Quá trình truyn tri u vào  sông

- Dòng tri u là dòng chuy n d ch ngang có tính ch t tu n hoàn c a các ph      n

t  c mà t ng bi n thiên trong ngày quan h v i chu k     thy tri u 

+ Tng tri u  c ch y qua m t c  n sông nh

ng tri u trong m t kho ng th i gian nh    nh, ký hi u là  W

1.4 Tác động của điện thủy triều

1 5 Phát triển điện thủy triều trên thế giới và Việt Nam

24

1.5.2 Một số nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành tổ máy điện

thủy triều trên thế giới





               

công s  w , Kw h 

C¸nh huíng dßng Hình 1.8: Tua bin ng tr (dc  - Capsun) [1 3]

Vào tháng 1  

 

-ho  và khánh thành vào tháng 11-2009 [5,7,14]      w

 , khi hoàn thành, Sihwa-

Hình 1.13: Thit b t c ao ng 2,13] C n d [1

             cent/Kw cent/Kwh

31

1.5.3 Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành tổ máy

 , không



 Tuy nhiên, chúng ta có  ó

Do kí ch  n

hau, lvLong

là 4,729Gwh, tGw(620 Gwh),   wh),   -   Gwh), Cam Ranh (185Gwh), Phan Rang (190Gwh), Pa wh), Gwh), Phan

32

 vào, mùa gió ông B 

B          N cm/s; mùa gió Tây Nam là



               trong cá

-2003





 t - TBách k



 , h

        , C      

2.2 Lựa chọn địa điểm

2.2.1 Tính toán điện lượng năm

36

2.2.2 Lựa chọn vị trí đặt nhà máy

vai trò               

2

2

L

H

38

- 

Hình 2.2 a nhà máy n th y tri u d  p ch n 

2.3.3.Các thiết bị chính trong nhà máy điện thủy triều

Hình 2.3:   b trí các thit b trong nhà máy thn

§Ëp ch¾n

VÞnh, Vòng, lßng ch¶o

39



2.3.4 .Tuabin nước trong nhà máy điện thủy triều

Tua c là m t trong các thi t b quan tr ng nh t c a nhà máy       n thy triu, nhi m v chính là chuy  i th o r máy tophát  n

Ta kho sát các thành phng c a dòng ch y, n   v c a  dòng ch y truy n cho cánh tua bin b   ng riêng gi a hai ti t  

di n c a vào   ch  (t  s 1 i c a nhc) và c a ra  ch  s 2 ( tc), ta có

cc

(2.8)

T  ng Q và cc H c và tính toán, tính c công sut trên trc tua bin theo công th c (2.9) 0]: [1

Tua bin ph n l cả ự là lo i tua bin làm vi c nh c hai ph n th       ng

  y u là th  a dòng ch y Trong h   tua bin này, áp su  t c a vào luôn l  c a ra Dòng ch y qua tua bin là dòng liên t y toàn b 