BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Văn Hải NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH CƠ HỌC VÀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Văn Hải NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH CƠ HỌC VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH Nguyễn Đông Anh Hà Nội – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tác giả luận án Nguyễn Văn Hải ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến GS.TSKH Nguyễn Đông Anh, người thầy tận tình hướng dẫn bảo tơi suốt thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo tham gia giảng dạy đào tạo trình học nghiên cứu sinh Tôi xin cảm ơn Viện Cơ học, Học viện Khoa học Công nghệ tạo điều kiện giúp tơi hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ cảm ơn tới Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hỗ trợ kinh phí thơng qua đề tài khoa học cơng nghệ VAST 01.10/16-17 để có kết nghiên cứu luận án Xin cảm ơn đồng nghiệp ThS Lê Chí Cơng, ThS Nguyễn Như Hiếu, cảm ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ cho tơi hồn thành luận án iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ………………………………………………………………… i Lời cảm ơn …………………………………………………………………… ii Mục lục ……………………………………………………………………… iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ……………………………………… vi Danh mục bảng …………………………………………………………… viii Danh mục hình vẽ, đồ thị ………………………………………………… ix MỞ ĐẦU …………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG THIẾT BỊ TẠI VIỆT NAM ………………………………… 1.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu thiết bị phát điện từ lượng sóng biển giới ……………………………………………………… 1.1.1 Các thiết bị phát điện lắp đặt bờ ………………………………… 1.1.2 Các thiết bị phát điện hoạt động biển …………………………… 1.1.3 Nhận xét đánh giá ………………………………………………… 11 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu thiết bị phát điện từ lượng sóng biển Việt Nam ……………………………………………………… 1.3 Nghiên cứu khả ứng dụng thiết bị phát điện từ lượng sóng biển Việt Nam định hướng nghiên cứu luận án …………………… 13 17 1.3.1 Vị trí địa lý tiềm năng lượng sóng biển Việt Nam …………… 17 1.3.2 Phân tích nhu cầu thực tế định hướng nghiên cứu luận án …… 22 Kết luận chương ……………………………………………………… 25 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH CƠ HỌC VÀ TỐI ƯU HÓA THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SĨNG BIỂN ………………………… 2.1 Xây dựng mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển ………… 27 27 iv 2.1.1 Phân tích xây dựng mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển 27 2.1.2 Thiết lập phương trình chuyển động …………………………………… 29 2.2 Khảo sát dao động hệ trường hợp phi tuyến ………………… 31 2.2.1 Phương pháp trung bình hóa …………………………………………… 32 2.2.2 Khảo sát dao động hệ trường hợp cộng hưởng ……………… 34 2.3 Tối ưu hóa mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển ………… 41 2.3.1 Tính tốn tối ưu hóa mơ hình thiết bị theo điều kiện sóng biển Việt Nam …………………………………………………………………………… 41 2.3.2 Khảo sát cơng suất hệ theo kích thước phao ……………………… 49 2.4 Xây dựng chương trình mơ số khảo sát hoạt động thiết bị chuyển đổi từ lượng sóng biển sang lượng học …………… 2.4.1 Xây dựng chương trình mơ số ……………………… 2.4.2 Tính tốn mơ số hoạt động thiết bị chuyển đổi từ lượng sóng biển sang lượng học …………………………………… 2.4.3 Khảo sát tính phi tuyến chuyển động mơ hình theo biên độ sóng biển … ……………………………………………………………………… 52 52 54 61 Kết luận chương ……………………………………………………… 63 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ………… 65 3.1 Cấu trúc tổng thể thiết bị phát điện từ lượng sóng biển ……… 65 3.2 Tính tốn thiết kế phận học …………………………………… 67 3.2.1 Phân tích cấu trúc hệ thiết bị ………………………………… 67 3.2.2 Tính tốn thiết kế cấu phận thiết bị …………………… 68 3.2.3 Tính tốn thiết kế vỏ thiết bị …………………………………………… 71 3.3 Tính tốn thiết kế phần điện …………………………………………… 74 3.3.1 Tính tốn thiết kế tối ưu chuyển đổi DC-AC ……………………… 75 3.3.2 Mạch bảo vệ …………………………………………………………… 82 3.4 Chế tạo thiết bị …………………………………………………………… 83 3.4.1 Chế tạo cấu phận thiết bị ……………………………… 83 v 3.4.2 Lắp ghép hiệu chỉnh thiết bị …………………………………………… 85 3.4.3 Kiểm tra hoạt động thiết bị phòng thí nghiệm 86 Kết luận chương …………………………………………………………… 87 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT THIẾT BỊ HOẠT ĐỘNG THỰC TẾ TẠI BIỂN ………………………………………… 88 4.1 Thử nghiệm thiết bị hoạt động thực tế biển ………………………… 88 4.1.1 Lắp ghép thiết bị chuẩn bị thử nghiệm …………………………… 88 4.1.2 Thử nghiệm thiết bị hoạt động thực tế biển ………………………… 89 4.2 Phân tích chất lượng điện áp thiết bị phát ………………………… 95 4.3 Phân tích hiệu suất thiết bị hoạt động thực tế biển ……………… 97 Kết luận chương …………………………………………………………… 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ……………………………… 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 103 PHỤ LỤC …………………………………………………………………… 109 Phụ lục A: Các số liệu sóng biển ………………………………………… 109 Phụ lục B: Các vẽ thiết kế ……………………………………………… 115 Phụ lục C: Thông số mơ hình mơ tơ phát điện …………………………… 129 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A Biên độ sóng biển (m)  Tần số góc sóng biển ( rad/s)  Mật độ khối lượng nước biển ( kg/m3) T Chu kỳ sóng biển (s) L Bước sóng (m) z0 Độ sâu nước biển (m) z Chuyển động phao theo phương thẳng đứng (m) zs Chuyển động sóng biển (m) γ Hệ số cản (Ns/m) γf Hệ số cản nhớt (Ns/m) γem Hệ số cản điện (Ns/m) t, τ Thời gian (s) Pgm Công suất hệ thiết bị (W) kL hệ số đàn hồi tuyến tính lị xo (N/m) kN hệ số phi tuyến lò xo ( N/m3) m Khối lượng mơ hình thiết bị (kg) Sb Diện tích mặt đáy phao ( m2) g Gia tốc trọng trường ( m/s2) Scanh, Snap, Sday, Sđai Diện tích mặt cạnh, nắp, đáy vành đai ( m2) D Mật độ khối lượng ( kg/m3) W Chiều rộng (m) Rp Bán kính (m) Tr, Tk Chiều cao (m) l, Lr, Lp Chiều dài (m) Փ Đường kính (m) h1, h2, h3 Chiều cao (m) Pe Công suất điện thiết bị phát thử nghiệm (W) UDC Điện áp chiều (VDC) UAC Điện áp xoay chiều (VAC) vii IDC Cường độ dòng điện chiều (A) IAC Cường độ dòng điện xoay chiều (A) f Tần số (Hz) R Điện trở ( Ω) C, Cf Điện dung tụ điện (F) Lf Độ tự cảm (H) J Mật độ dòng điện ( A/m2) B Cảm ứng từ (T) s Thiết diện dây ( m2) d Đường kính dây (m) η Hiệu suất chuyển đổi thiết bị ηm Hiệu suất phần hệ trình truyền lượng từ phao nhận đến mô tơ phát điện ηe Hiệu suất phần điện thiết bị ηdc-ac Hiệu suất chuyển đổi DC-AC ηg Hiệu suất mô tơ phát điện chuyển đổi ổn định điện áp 12 VDC DC-AC Chuyển đổi từ điện áp chiều sang điện áp xoay chiều DC-DC Chuyển đổi điện áp chiều VDC Điện áp chiều VAC Điện áp xoay chiều IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor PIC Programmable Intelligent Computer IC Integrated circuit viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Cơng suất hệ Pgm theo bán kính phao chu kỳ sóng biển 50 Bảng 3.1 Các thơng số mơ hình ………………………………… 69 Bảng 4.1 Các kết thử nghiệm nhận công suất điện thiết bị 93 phát biển ……………………………………………………………… Bảng 4.2 Giá trị công suất điện phát trung bình theo tải thử …………… 94 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO A F O Falcão, Modelling of Wave Energy Conversion, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, 2014, Portugal J Khan, G S Bhuyan, Ocean Energy: Global Technology Development Status, Powertech Labs Inc for the IEA-OES, 2009 http://www.power-technology.com B Drew, A R Plummer, M N Sahinkaya, A review of wave energy converter technology, Proc IMechE, Part A: Journal of Power and Energy, 2009, 223, 887-902 M S Guney, Wave energy conversion systems Journal of Naval Science and Engineering, 2015, 11, 25-51 Z Chen, H Yu, M Hu, G Meng, C Wen, A review of offshore wave energy extraction system, Advances in Mechanical Engineering (Hindawi Publishing Corporation), 2013, 623020 W Finnegan, M Meere, J Goggins, The wave excitation forces on a floating vertical cylinder in water of infinite depth, World Renewable Energy Congress Sweden 2011, 2175-2182 Nagulan Santhosh, Venkatesan Baskaran, Arunachalam Amarkarthik, A review on front end conversion in ocean wave energy converters, Front Energy 2015, 9(3): 297–310 Keisuke Taneura, Kimihiko Nakano, Pallav Koirala and Kesayoshi Hadano, On the resonance characteristics of the float type wave power generation device, Journal of Environment and Engineering, 2011, (3), 542-553 10 J H Choi, J S Park, G S Ham, J S Choi, Simulation of wave generation system with linear generator, Proceedings of the 3rd International Conference on Industrial Application Engineering 2015, Japan (2015), 537-541 11 Segen F Estefen, Paulo de T T Esperanỗa, Eliab Ricarte, Paulo R da Costa, Marcelo M Pinheiro, Cristiano H P Clemente, Davide Franco, Eloi Melo and Jovani A de Souza, Experimental and numerical studies of the wave energy hyberbaric device for electricity production ASME 2008 - 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2008, 811-818 104 12 Carlos Velez, Zhihua Qu, Kuo-Chi Lin, Shiyuan Jin, Design, modeling and optimization of an ocean wave power generation buoy, Marine Technology Society Journal, 2014, 48 (4), 51-60 13 M Eriksson, Modelling and Experimental Verification of Direct Drive Wave Energy Conversion Uppsala University, 2007, Sweden 14 C Bostrom, Electrical Systems for Wave Energy Conversion, Uppsala University, 2011, Sweden 15 M Eriksson, J Isberg, M Leijon, Hydrodynamic modelling of a direct drive wave energy converter, International Journal of Engineering Science, 2005, 43, 1377-1387 16 M A Stelzer, R P Joshi, Evaluation of wave energy generation from buoy heave response based on linear generator concepts, AIP Journal of Renewable and Sustainable Energy, 2012, 4, 063137 17 C J Cargo, A J Hillis, A R Plummer, Optimization and control of a hydraulic power take-off unit for a wave energy converter in irregular waves, Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 2014, 228, 462-479 18 M Trapanese, Optimization of sea wave energy harvesting electromagnetic device, IEEE Transactions on Magnetics, 2008, 44, 4365-4368 19 V Franzitta, A Messineo, M Trapanese, An approach to the conversion of the power generated by an offshore wind power farm connected into sea wave power generator, The Open Renewable Energy Journal, 2011, 4, 19-22 20 J Engstro, M Erikson, J Isberg, M Leijon, Wave energy converter with enhanced amplitude response at frequencies coinciding with Swedish west coast sea states by use of a supplementary submerged body, Journal of Applied Physics, 2009, 106, 064512 21 R Ekstrom, B Ekergard, M Leijon, Electrical damping of linear generators for wave energy converters - a review, Renewable and Sustainable Energy Review, 2005, 42, 116-128 22 Yue Hong Numerical Modelling and Mechanical Studies on a Point Absorber Type Wave Energy Converter, Uppsala University, 2016, Sweden 105 23 Liselotte Ulvgard Wave Energy Converters: An experimental approach to onshore testing, deployments and offshore monitoring, Uppsala University, 2017, Sweden 24 Đề tài Cấp Nhà nước (KC.05-17/06-10), Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phát điện sử dụng lượng sóng biển, Bộ Khoa học cơng nghệ, 2011 25 Nguyễn Thế Mịch, Nguyễn Chí Cường, Nghiên cứu tính tốn hệ thống phát điện lượng sóng quy mô công suất nhỏ, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc, 2014, 361-366 26 Dang The Ba, Nguyen Dong Anh, Phung Van Ngoc, Numerical simulation and experimental analysis for a linear trigonal double-face permanent magnet generator used in direct driven wave energy conversion Procedia Chemistry, 2015, 14, 130-137 27 Dang The Ba, Doan Van Tien, Phung Van Ngoc Simulation model of a slack- moored direct driven heaving-buoy wave-energy converter International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA 3) Hanoi, 2014, 105-110 28 Báo cáo đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ VN, Nghiên cứu thiết kế, thử nghiệm mơ hình phát điện ổn định, hiệu suất cao lượng sóng biển - VAST07.04/14-15, Viện Khoa học Năng lượng, 2016 29 Nguyễn Mạnh Hùng, Trần Việt Liễn, Tạ Văn Đa, Dương Công Điển, Bản đồ tiềm năng lượng gió sóng vùng biển Việt Nam lân cận, Hội nghị Khoa học Công nghệ biển toàn quốc lần thứ V, 2011, 18-27 30 Đặng Thế Ba, Đinh Văn Mạnh, Khảo sát đặc tính lượng thiết bị chuyển đổi lượng sống dạng phao nổi, Tuyển tập cơng tình Hội nghị Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2009, 2010, 19-27 31 Nguyen Van Hai Study, calculation and simulation of the linear electrical generator from sea wave energy The Third International Scientific Conference Sustainable Energy Development, Hanoi, 2013, 172-176 32 Báo cáo đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ VN, Nghiện cứu, thiết kế, chế tạo mẫu hệ thống phát điện lượng tái sinh đa VAST 02.04/11-12, Viện Cơ học, 2013 33 Báo cáo đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ VN, Nghiên cứu, chế tạo mẫu thiết bị phát điện từ lượng sóng biển - VAST01.10/16-17, Viện Cơ học, Tháng 2/2018 106 34 Báo cáo đề tài KC.09.19/06-10, Nghiên cứu đánh giá tiềm nguồn lượng biển chủ yếu đề xuất giải pháp khai thác, Bộ Khoa học Công Nghệ, 2010 35 Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công Nghệ VN, Nghiên cứu đánh giá tiềm sử dụng lượng biển Việt Nam, Viện Cơ học, 2003 36 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển nnk, Năng lượng sóng biển khu vục biển đơng vùng biển Việt Nam, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, 2009, Hà Nội 37 Phùng Văn Ngọc, Nguyễn Thế Mịch, Lê Vĩnh Cẩm, Đoàn Thị Vân, Nghiên cứu thiết bị chuyển đổi lượng sóng biển thành lượng điện dạng phao nổi, Tạp chí Khoa học Công nghệ thủy lợi, 2014, 52-59 38 Nguyen Van Hai, Nguyen Dong Anh, Nguyen Nhu Hieu, Numerical simulation of an electrical generator for sea wave energy, Journal of Multidisciplinary Engineering Science and Technology (JMEST), 2017, (9), 8104-8110 39 Nguyen Van Hai, Nguyen Dong Anh, Nguyen Nhu Hieu, Fabrication and experiment of an electrical generator for sea wave energy, Vietnam Journal of Science and Technology, 2017, 55 (6), 780-792 40 Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Văn Hải, Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện từ lượng sóng biển, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển, 2017, 17 (1), 44-54 41 Nguyễn Văn Hải, Nguyễn Đơng Anh, Nguyễn Như Hiếu, Nghiên cứu, tính tốn thiết bị phát điện cơng suất nhỏ từ lượng sóng biển, Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật Tự động hóa, ngày 7-8/10/2016, Hà Nội, 2017, 216-219 42 Z Zhong-Qiang, H Peng, G Da-Xiao, C Zong-Yu, Analysis of electromagnetic force of the linear generator in point absorber wave energy converter, Journal of Marine Science and Technology, 2015, 23 (4), 475-480 43 Dang The Ba, Numerical simulation of a wave energy converter using linear generator Vietnam Journal of Mechanics, 2013, 35 (2), 103-111 th 44 ITTC-Recommended Procedures: Fresh Water and Seawater Properties, 26 ITTC Specialist Committee on Uncertainly Analysis, 2011 No 7.5-02-01-03 107 45 Đinh Văn Ưu, Nguyễn Thọ Sáo, Phùng Văn Hiếu, Thủy Lực Biển, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006 46 Nguyễn Văn Đạo, Trần Kim Chi, Nguyễn Dũng, Nhập môn Động Lực Học Phi Tuyến Và Chuyển Động Hỗn Độn, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2005 47 Nguyễn Văn Khang, Dao Động Phi Tuyến Ứng Dụng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 48 N.D Anh ND, N.N Hieu, The Duffing oscillator under combined periodic and random excitations, Probabilistic Engineering Mechanics 30, 2012, 27–36 49 Nguyen Dong Anh, V.L Zakovorotny, Duong Ngoc Hao, Response’s Probabilistic Characteristics of a Duffing Oscillator under Harmonic and Random Excitations, VNU Journal of Mathematics – Physics, Vol 30, No (2014) 39-49 50 https://www.windbluepower.com 51 M E McCormick, Ocean Wave Energy Conversion, John Wiley & Sons, 1981, New York 52 N Repalle, K Thiagarajan, M M Thomas, CFD simulation of wave run-up on a spar cylinder, 16th Australasian Fluid Mechanics Conference, Australia (2007), 1091-1094 53 TCVN 2157-77, Yêu cầu kỹ thuật bánh truyền lực máy kéo, Bộ Khoa học Công nghệ 54 JFE Stainless Steels, JFE Steel Corporation, 2016 55 Hydraulic Cylinder CNL, Kracht GmbH, Germany, CNA/GB/03.14 56 P.S.Valsange, Design Of Helical Coil Compression Spring” A Review, International Journal of Engineering Research and Application, 2012, (6), 513-522 57 Sourabh G Harale1, M Elango, Design of Helical Coil Suspension System by Combination of Conventional Steel and Composite Material, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 2014, (8), 15144-15150 58 TCVN 8636 - 2011: Cơng trình thủy lợi – Đường ống áp lực thép – Yêu cầu kỹ thuật thiết kế, chế tạo lắp đặt, Bộ Khoa học Công nghệ, 2011 108 59 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chế tạo, kiểm tra chứng nhận thiết bị áp lực giao thông vận tải QCVN 67: 2013/BGTVT, 2013 60 Nguyễn Văn Hải, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi điện thông minh DC-AC đáp ứng hệ thống thiết bị nạp tích điện lượng tái sinh, Kỷ yếu hội thảo Điện tử - Truyền thơng - An tồn thơng tin ATC/REV 2012, 125129 61 Nguyen Van Hai, Study, design and fabrication of the electrical power system from the renewable energy sources, International Science Conference on Green Energy and Development, Hanoi, 2012, 134-141 62 Nguyễn Văn Hải, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị nạp tích điện lượng tái sinh đa năng, Kỷ yếu hội thảo Điện tử - Truyền thơng - An tồn thơng tin ATC/REV 2012, 115-119 63 Stephen J Bistar, DC/AC Pure Sine Wave Inverter, Wordcaster Polytichnic Institute, and NECCAMSID, 2007 64 Issa Batarseh, Project Report: Inverter Disign for 2001 Future Energy Challenge, University of Florida, 2001 65 Torbjorn Thiringer, Tore M Undeland, Experimental Verification of a DC-DC Converter for a Wind Farm, Chalmers University of Technology of Goteborg, 2006 66 N Storey, Electronics: A Systems Approach, Pearson Prentice Hall (Fourth Edition), 2009 67 Trần Duy Phụng, Kỹ Thuật Quấn Dây, Nhà Xuất Bản Đà Nẵng, 2008 68 Báo cáo đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ VN, Thiết kế, chế tạo tổ hợp phát điện lượng gió, mặt trời phục vụ vùng xa hải đảo, Viện Cơ học, 2007 69 A Davision Spang & Comparny, Magnetics Ferrite Cores, Printed in USA, 2001 70 http://www.fair-rite.com 71 QCVN: 2015/BCT – Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia kỹ thuật điện, Bộ Công Thương ban hành, 2015 72 Nguyễn Văn Hải, Nguyễn Đơng Anh, Phân tích hiệu suất thiết bị chuyển đổi lượng sóng biển, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, Hà Nội, 89/12/2017, Tập Động lực học điều khiển – Cơ học máy, 2018, 185-192 109 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A CÁC SỐ LIỆU VỀ SĨNG BIỂN Dịng lượng sóng biển tính theo mét chiều dài bờ biển vng góc với hướng truyền sóng, đơn vị tính kW/m Các giá trị lượng sóng tháng năm trung bình năm 83 điểm khảo sát sau: Tháng I TRAM SO: DO SAU: 25,0m TOA DO: 21o15E 108o15N 10,6 TRAM SO: DO SAU: 30,0m TOA DO: 21o00E 108o00N II III IV V VI VII VIII IX X 9,8 13,4 12,4 17,2 27,1 33,5 16,8 10,2 10,0 XI Cả năm 8,0 14,9 16,8 15,5 18,5 16,0 21,1 32,4 42,0 19,7 13,8 15,4 15,3 12,6 19,9 TRAM SO: DO SAU: 46,0m TOA DO: 20o45E 108o40N 23,2 20,1 22,6 18,0 22,0 33,0 42,7 20,4 18,0 22,9 22,8 18,5 23,7 TRAM SO: DO SAU: 29,0m TOA DO: 20o45E 107o30N 8,5 TRAM SO: DO SAU: 24,0m TOA DO: 20o30E 107o15N 11,6 TRAM SO: DO SAU: 24,0m TOA DO: 20o32E 107o00N 7,6 TRAM SO: DO SAU: 30,0m TOA DO: 20o15E 107o00N 7,8 13,0 14,1 19,4 28,5 36,3 18,1 11,7 10,9 9,6 XII 9,9 7,4 15,5 10,3 14,4 13,9 18,4 27,1 34,1 17,2 11,3 12,1 11,1 9,1 15,9 6,1 13,9 19,6 17,3 20,3 16,8 20,8 28,5 36,8 18,8 14,8 18,4 18,6 15,3 20,5 TRAM SO: DO SAU: 29,0m TOA DO: 20o15E 106o45N 15,3 13,8 17,2 15,5 19,9 28,1 35,4 18,1 13,6 15,4 15,1 12,1 18,3 TRAM SO: DO SAU: 30,0m TOA DO: 20o00E 106o47N 22,9 20,2 22,3 17,9 21,3 28,6 35,2 18,4 16,7 21,6 22,5 18,1 22,1 TRAM SO: 10 DO SAU: 26,0m TOA DO: 20o00E 106o30N 20,9 18,1 19,7 15,9 18,6 24,8 30,2 16,2 14,8 19,1 20,9 17,0 19,7 TRAM SO: 11 DO SAU: 24,0m TOA DO: 19o45E 106o15N 19,1 16,4 16,8 12,9 14,7 19,0 22,7 12,8 11,9 16,0 17,6 14,3 16,2 7,2 11,9 12,7 17,6 26,5 33,5 16,9 10,2 9,0 7,9 110 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm TRAM SO: 12 DO SAU: 26,0m TOA DO: 19o30E 106o15N 35,6 30,5 27,7 17,3 16,6 19,3 22,0 13,5 17,2 28,6 32,8 27,1 24,0 TRAM SO: 13 DO SAU: 30,0m TOA DO: 19o14E 106o15N 37,8 32,6 28,5 17,6 16,3 18,1 20,6 13,6 19,1 32,1 36,1 29,4 25,1 TRAM SO: 14 DO SAU: 23,0m TOA DO: 19o15E 106o00N 31,7 26,9 23,4 13,7 12,1 13,5 15,4 9,5 15,3 25,8 29,1 24,2 20,0 TRAM SO: 15 DO SAU: 33,0m TOA DO: 19o00E 106o15N 40,3 34,6 30,2 17,9 15,7 16,0 18,3 12,6 21,0 35,5 39,3 31,8 23,8 TRAM SO: 16 DO SAU: 26,0m TOA DO: 19o00E 106o00N 35,8 30,6 25,2 13,7 11,6 11,6 13,1 8,7 16,2 29,5 33,4 27,4 21,4 TRAM SO: 17 DO SAU: 24,0m TOA DO: 18o45E 106o00N 38,5 32,7 26,7 13,4 10,0 7,9 8,8 6,9 18,1 33,0 37,3 30,6 22,0 TRAM SO: 18 DO SAU: 25,0m TOA DO: 18o30E 106o15N 39,1 33,0 26,6 13,0 9,3 6,8 7,5 6,6 18,8 34,2 38,0 31,3 22,0 TRAM SO: 19 DO SAU: 38,0m TOA DO: 18o14E 106o31N 52,2 42,2 35,4 18,4 12,8 9,8 11,3 8,9 25,3 47,0 52,2 41,7 29,8 TRAM SO: 20 DO SAU: 45,0m TOA DO: 18o00E 106o45N 102,8 85,0 70,8 39,9 30,0 26,5 30,7 22,1 52,3 91,0 102,4 81,4 61,2 TRAM SO: 21 DO SAU: 40,0m TOA DO: 17o45E 106o45N 53,6 43,3 36,7 18,9 13,0 10,6 12,6 9,5 27,3 49,7 54,1 43,4 31,0 TRAM SO: 22 DO SAU: 24,0m TOA DO: 17o29E 106o45N 8,6 5,0 3,7 2,5 1,7 1,0 0,9 0,9 4,1 13,6 18,8 12,0 7,5 TRAM SO: 23 DO SAU: 31,0m TOA DO: 17o15E 107o00N 10,1 6,3 4,5 2,6 1,7 1,1 0,8 1,0 4,6 15,5 21,4 13,2 6,9 TRAM SO: 24 DO SAU: 50,0m TOA DO: 17o15E 107o18N 13,6 8,4 6,5 4,2 2,6 1,8 1,5 2,1 6,2 19,9 26,9 17,0 9,2 TRAM SO: 25 DO SAU: 37,0m TOA DO: 16o57E 107o18N 12,9 7,8 5,6 3,3 2,0 1,1 0,9 1,2 5,5 18,9 25,3 16,2 8,4 TRAM SO: 26 DO SAU: 45,0m TOA DO: 16o57E 107o33N 48,6 40,1 32,6 18,1 12,9 10,3 12,2 9,7 30,0 50,6 56,1 41,0 26,0 111 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm TRAM SO: 27 DO SAU: 20,0m TOA DO: 16o45E 107o33N 10,1 7,0 4,8 2,5 1,6 0,8 0,6 0,9 4,2 12,9 17,1 11,8 6,2 TRAM SO: 28 DO SAU: 37,0m TOA DO: 16o45E 107o52N 14,9 10,1 7,8 4,9 2,7 1,9 1,6 2,5 6,7 19,7 25,1 16,7 9,6 TRAM SO: 29 DO SAU: 20,0m TOA DO: 16o45E 107o30N 10,0 7,7 1,7 1,6 0,4 1,1 0,7 TRAM SO: 30 DO SAU: 39,0m TOA DO: 16o45E 107o45N 38,1 30,8 10,4 9,0 1,2 2,6 2,0 TRAM SO: 31 DO SAU: 18,0m TOA DO: 16o30E 107o45N 10,0 7,7 1,7 1,6 0,4 1,1 0,7 2,0 0,0 2,4 7,1 20,4 4,6 TRAM SO: 32 DO SAU: 20,0m TOA DO: 16o30E 108o00N 10,0 7,7 1,7 1,6 0,4 1,1 0,7 2,0 0,0 2,4 7,1 20,4 4,6 TRAM SO: 33 DO SAU: 30,0m TOA DO: 16o15E 108o15N 37,7 30,5 10,1 8,1 1,2 1,7 0,5 2,5 1,1 11,5 29,0 71,7 16,6 TRAM SO: 34 DO SAU: 30,0m TOA DO: 16o00E 108o15N 11,9 7,7 1,7 1,6 0,1 1,6 0,8 TRAM SO: 35 DO SAU: 20,0m TOA DO: 16o00E 108o30N 37,9 30,5 10,4 9,0 1,5 3,8 1,3 TRAM SO: 36 DO SAU: 18,0m TOA DO: 15o45E 108o30N 11,9 7,7 1,7 1,6 0,1 1,6 0,8 2,1 0,0 2,3 7,1 20,3 4,8 TRAM SO: 37 DO SAU: 30,0m TOA DO: 15o30E 108o45N 11,9 7,7 1,7 1,6 0,4 1,6 0,8 2,1 0,0 2,3 7,1 20,3 4,8 TRAM SO: 38 DO SAU: 50,0m TOA DO: 15o15E 109o00N 38,5 32,4 10,5 9,7 1,1 5,3 0,8 5,3 1,3 12,7 30,3 76,4 18,7 TRAM SO: 39 DO SAU: 20,0m TOA DO: 15o00E 109o00N 33,6 37,7 9,7 8,7 2,1 9,2 5,9 5,1 1,6 11,6 25,8 71,1 18,5 TRAM SO: 40 DO SAU: 82,0m TOA DO: 14o45E 109o15N 62,9 59,3 21,1 24,6 7,1 19,4 5,6 9,0 4,2 26,4 53,3 127,5 35,0 TRAM SO: 41 DO SAU: 60,0m TOA DO: 14o30E 109o15N 62,9 59,0 20,6 20,9 3,3 13,4 2,9 6,2 3,4 24,3 53,3 127,5 33,1 2,0 0,0 2,4 7,1 20,4 10,4 3,6 1,4 13,3 29,7 75,9 18,2 2,1 0,0 2,3 7,1 20,3 4,8 3,7 1,4 11,7 29,0 72,4 17,7 112 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm TRAM SO: 42 DO SAU: 20,0m TOA DO: 14o45E 109o15N 29,8 32,0 8,5 8,7 2,1 9,2 5,9 4,3 1,6 11,6 23,1 65,9 16,7 TRAM SO: 43 DO SAU: 30,0m TOA DO: 14o00E 109o20N 83,8 74,5 30,7 13,7 1,5 7,6 0,2 1,3 2,6 22,2 60,4 137,2 36,2 TRAM SO: 44 DO SAU: 20,0m TOA DO: 13o45E 109o15N 68,5 60,0 25,5 15,8 2,6 10,1 8,5 4,3 4,2 24,8 49,7 116,3 32,5 TRAM SO: 45 DO SAU: 20,0m TOA DO: 13o30E 109o20N 68,5 60,0 25,5 15,8 2,6 10,1 8,5 4,3 4,2 24,8 49,7 116,3 32,5 TRAM SO: 46 DO SAU: 20,0m TOA DO: 13o15E 109o20N 68,5 60,0 25,5 15,8 2,6 10,1 8,5 4,3 4,2 24,8 49,7 116,3 32,5 TRAM SO: 47 DO SAU: 20,0m TOA DO: 13o00E 109o30N 59,8 54,0 20,1 5,3 1,5 6,7 14,7 4,6 5,5 9,3 28,8 102,4 26,0 TRAM SO: 48 DO SAU: 20,0m TOA DO: 12o45E 109o30N 58,3 50,9 20,1 4,7 1,3 6,7 14,7 4,6 5,5 8,8 28,8 94,3 24,9 TRAM SO: 49 DO SAU: 25,0m TOA DO: 12o30E 109o30N 97,3 100,0 40,9 15,0 5,0 13,3 10,0 5,9 8,9 13,6 60,2 148,4 43,2 TRAM SO: 50 DO SAU: 50,0m TOA DO: 12o15E 109o30N 59,8 54,0 20,1 5,3 1,5 6,7 14,7 4,6 5,5 10,4 40,0 111,2 27,8 TRAM SO: 51 DO SAU: 20,0m TOA DO: 12o00E 109o15N 70,7 73,3 25,8 5,8 3,6 8,4 25,6 8,3 8,8 9,7 29,9 116,3 32,2 TRAM SO: 52 DO SAU: 20,0m TOA DO: 11o30E 109o00N 86,4 89,9 39,6 14,1 5,4 10,0 26,0 9,5 12,5 21,1 48,9 116,8 40,0 TRAM SO: 53 DO SAU: 20,0m TOA DO: 11o15E 109o15N 54,6 57,6 23,5 10,9 6,6 14,3 30,3 12,8 13,4 18,6 35,4 81,4 30,0 TRAM SO: 54 DO SAU: 50,0m TOA DO: 11o15E 109o00N 89,2 96,3 35,3 10,2 11,6 20,8 64,2 23,5 23,3 9,0 33,5 91,0 42,3 TRAM SO: 55 DO SAU: 20,0m TOA DO: 11o00E 108o30N 30,6 44,8 12,8 4,2 6,1 9,1 29,6 11,9 10,3 5,8 14,5 38,0 18,1 TRAM SO: 56 DO SAU: 20,0m TOA DO: 11o00E 108o45N 30,6 44,8 12,8 4,2 6,1 9,1 29,6 11,9 10,3 5,8 14,5 38,0 18,1 113 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm TRAM SO: 57 DO SAU: 20,0m TOA DO: 10o45E 109o15N 30,6 44,8 12,8 4,2 6,1 9,1 29,6 11,9 10,3 5,8 14,5 38,0 18,1 TRAM SO: 58 DO SAU: 20,0m TOA DO: 10o45E 108o15N 83,6 94,8 35,5 11,5 10,3 22,7 59,2 22,5 22,4 15,4 37,9 93,0 42,4 TRAM SO: 59 DO SAU: 10,0m TOA DO: 10o30E 107o30N 29,4 45,8 18,5 7,5 5,2 10,3 26,9 10,9 11,5 5,1 11,3 31,4 17,8 TRAM SO: 60 DO SAU: 20,0m TOA DO: 10o30E 107o45N 37,8 53,1 21,6 9,0 8,0 11,2 30,3 13,1 13,0 6,2 12,8 34,0 20,8 TRAM SO: 61 DO SAU: 15,0m TOA DO: 10o15E 107o00N 36,0 52,7 21,2 9,3 5,9 10,5 28,4 12,6 12,0 5,9 12,8 34,1 20,1 TRAM SO: 62 DO SAU: 20,0m TOA DO: 10o15E 107o15N 40,0 56,5 22,5 9,5 5,9 11,2 29,0 13,1 13,0 6,2 14,1 35,5 21,4 TRAM SO: 63 DO SAU: 10,0m TOA DO: 10o00E 106o45N 39,2 55,5 20,8 9,3 4,7 9,6 24,5 9,7 9,4 5,6 13,8 35,2 19,8 TRAM SO: 64 DO SAU: 10,0m TOA DO: 9o30E 106o30N 18,0 20,1 11,5 7,9 2,7 6,2 11,7 6,5 4,8 3,5 7,8 27,2 10,6 TRAM SO: 65 DO SAU: 10,0m TOA DO: 9o15E 106o45N 39,2 55,5 20,8 9,3 4,7 9,6 24,5 9,7 9,4 5,6 13,8 35,2 19,8 TRAM SO: 66 DO SAU: 10,0m TOA DO: 9o15E 106o00N 17,7 14,9 8,4 7,0 3,1 7,1 15,5 6,8 6,1 3,4 6,1 24,4 10,0 TRAM SO: 67 DO SAU: 8,0m TOA DO: 9o00E 105o30N 48,6 45,0 21,6 8,5 1,7 5,2 10,6 4,5 2,9 4,0 12,1 38,5 16,9 TRAM SO: 68 DO SAU: 15,0m TOA DO: 9o00E 105o45N 56,5 53,9 22,7 8,6 1,7 5,3 10,6 4,6 2,9 4,2 14,7 49,2 19,6 TRAM SO: 69 DO SAU: 15,0m TOA DO: 8o45E 105o30N 37,4 34,8 19,4 7,0 2,1 5,3 7,9 5,5 2,8 3,7 10,1 26,9 13,6 TRAM SO: 70 DO SAU: 15,0m TOA DO: 8o30E 105o15N 16,3 17,6 13,9 7,0 3,5 9,5 12,2 7,5 5,7 3,3 5,7 19,6 10,2 TRAM SO: 71 DO SAU: 15,0m TOA DO: 8o30E 105o00N 28,9 27,1 19,4 6,8 2,4 5,7 9,2 5,7 4,0 3,7 8,3 25,4 12,2 114 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm TRAM SO: 72 DO SAU: 26,0m TOA DO: 10o15E 103o45N 0,0 0,2 0,4 1,2 6,4 18,0 17,4 22,5 15,2 3,9 0,2 0,1 7,1 TRAM SO: 73 DO SAU: 5,0m TOA DO: 10o15E 104o15N 0,1 0,0 0,1 0,2 0,2 0,6 0,6 0,7 0,5 0,2 0,2 0,2 0,3 TRAM SO: 74 DO SAU: 5,0m TOA DO: 10o15E 104o30N 0,0 0,0 0,1 0,2 0,9 1,8 1,9 2,4 1,6 0,4 0,0 0,0 0,8 TRAM SO: 75 DO SAU: 13,0m TOA DO: 10o00E 104o15N 0,0 0,1 0,2 0,6 3,5 9,2 9,1 11,3 7,7 2,0 0,1 0,0 3,6 TRAM SO: 76 DO SAU: 13,0m TOA DO: 10o00E 104o30N 0,3 0,1 0,2 0,2 0,3 0,7 0,7 0,9 0,6 0,3 0,6 0,8 0,5 TRAM SO: 77 DO SAU: 14,0m TOA DO: 9o45E 104o30N 0,4 0,2 0,5 1,0 5,2 12,2 12,8 16,8 11,0 2,7 1,0 1,3 5,4 TRAM SO: 78 DO SAU: 15,0m TOA DO: 9o30E 104o30N 0,7 0,3 0,5 1,0 5,5 13,4 13,5 17,8 11,5 3,0 1,7 2,0 5,9 TRAM SO: 79 DO SAU: 20,0m TOA DO: 9o15E 104o30N 0,4 0,2 0,5 1,1 5,7 14,9 14,8 18,5 12,7 3,4 1,0 1,2 6,2 TRAM SO: 80 DO SAU: 30,0m TOA DO: 9o00E 104o30N 0,3 0,2 0,5 1,2 6,4 18,0 17,5 22,5 15,4 4,0 0,8 0,8 7,3 TRAM SO: 81 DO SAU: 18,0m TOA DO: 8o45E 104o30N 0,4 0,2 0,5 1,2 6,4 17,6 17,4 22,4 15,1 4,0 1,0 1,1 7,3 TRAM SO: 82 DO SAU: 30,0m TOA DO: 8o30E 104o30N 0,4 0,2 0,5 1,2 6,5 18,0 17,6 22,6 15,4 4,1 1,0 1,0 7,4 TRAM SO: 83 DO SAU: 10,0m TOA DO: 8o30E 104o45N 0,0 0,2 0,4 1,2 5,7 14,9 14,9 18,6 12,7 3,3 0,2 0,1 6,0 115 PHỤ LỤC B CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THỰC HIỆN TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ Với kết nhận từ tính tốn giải tích mơ số Các thơng số mơ hình thiết bị phát điện đưa vào sử dụng tính tốn thiết kế chế tạo, nhằm thu mức công suất điện thiết bị phát đạt lớn nhất, hiệu phù hợp theo điều kiện thực tế biển Việt Nam Sơ đồ khối trình tự bước thực tính tốn thiết kế chế tạo thiết bị tiến hành sau: Lựa chọn linh Thiết kế khối ổn áp, chuyển kiện điện tử đổi DC-AC hệ thống bảo vệ Lựa chọn mô tơ Thiết kế cấu hệ phát điện thiết bị Lựa chọn vật Thiết kế vỏ phần liệu chế tạo thiết bị phát điện Thiết kế, ghép nối cấu thiết bị Thiết kế chân đế cấu bảo vệ Tích hợp tồn hệ Thiết kế phao thống thiết bị Hình B.1 Trình tự bước thiết kế thiết bị Chức khối: - Lựa chọn mô tơ phát điện: sở kết tính tốn mơ số mức công suất hệ thiết bị nhận được, xác định lựa chọn loại mô tơ phát điện phù hợp sử dụng thiết bị Do vậy, biết thơng số kích cỡ hình 116 dáng mô tơ phát điện để thực thiết kế cấu hệ mơ hình thiết bị - Lựa chọn linh kiện điện tử: xác định lựa chọn linh kiện sẵn có nước, độ bền cao phù hợp với điều kiện hoạt động thiết bị sau chế tạo, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định hiệu sử dụng - Lựa chọn vật liệu chế tạo: lựa chọn vật liệu sẵn có, độ bền cao phù hợp với khả gia công chế tạo nước - Thiết kế khối ổn áp, chuyển đổi DC-AC hệ thống bảo vệ: thiết kế gồm khối chức ổn định điện áp từ mô tơ phát điện xoay chiều ba pha phát mức điện áp 12 VDC Chuyển đổi điện áp từ 12 VDC sang 220 VAC tần số 50 Hz thực sine theo tiêu chuẩn điện lưới quốc gia Việt Nam Hệ thống bảo vệ thiết kế đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn cấp điện ổn định đến tải sử dụng - Thiết kế cấu hệ thiết bị: nhiệm vụ quan trọng thiết kế phần phát điện, gồm phận như: thiết kế cấu chuyển hướng chuyển động từ chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng sang chuyển động quay tròn; tăng tốc chuyển động thực chuyển đổi từ chuyển động quay chậm ban đầu nhận sang chuyển động quay tốc độ cao; cấu piston; khớp nối cấu gá đỡ thiết bị - Thiết kế vỏ phần thiết bị phát điện: sở kích thước cấu trúc lõi thiết bị phát điện tính tốn xây dựng, vỏ thiết bị thiết kế đảm bảo hệ thiết bị hoạt động ổn định môi trường biển nhỏ gọn - Thiết kế chân đế cấu bảo vệ: chân đế thiết bị xây dựng đảm bảo ghép nối bền vững với phần vỏ thiết bị phát điện Cơ cấu bảo vệ có giá định hướng chuyển động, đảm bảo dây cáp nhận lực từ sóng biển ln chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng hoạt động lâu dài ổn định biển - Thiết kế phao: kích thước phao thiết bị thiết kế sở loại mô tơ phát điện lựa chọn, mức cơng suất điện thiết bị tính tốn phát đảm bảo hoạt động tốt môi trường biển 117 - Thiết kế, ghép nối cấu thiết bị: việc thiết kế ghép nối mơ hình cần có độ xác cao, trục - piston chuyển động phải thẳng tâm vị trí phần thiết bị phát điện - Tích hợp tồn hệ thống thiết bị: thực ghép nối tích hợp tồn cấu phận mơ hình thiết bị, đảm bảo hệ thiết bị hoạt động ổn định hiệu sử dụng MỘT SỐ BẢN VẼ THIẾT KẾ