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 MÔ HÌNH CƠ HỌC VÀ TÍNH
TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG
SÓNG BIỂN
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 9 52 01 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ
KỸ THUẬT
Hà Nội – 2019
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ -
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Nguyễn Đông Anh
Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng
… năm 2019.
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Theo tính toán của các nhà khoa học với tốc độ sử dụng năng
lượng như hiện nay, nhiên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 50
năm tới. Do vậy, việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế đang là
nhu cầu cấp thiết. Đối với Việt Nam, định hướng phát triển kinh tế
đến năm 2020 kinh tế biển sẽ chiếm trên 50% GDP. Do đó nhu cầu
cần thiết về năng lượng điện để cung cấp cho nền kinh tế nói chung
và kinh tế biển nói riêng là rất quan trọng, đặc biệt điện năng phục vụ
an ninh quốc phòng trên biển (nguồn điện sử dụng trên các nhà dàn
DKI, các ngọn đèn hải đăng v.v.) là nhiệm vụ cấp bách.
Ngoài ra, Việt Nam với lợi thế là một quốc gia có bờ biển trải dài
trên 3260 km, cùng với hơn 3000 đảo, quần đảo lớn nhỏ và trên một
triệu km2 mặt biển cho thấy nguồn năng lượng từ biển là rất lớn.
Nhằm khai thác nguồn năng lượng to lớn của biển, tác giả đề xuất
hướng nghiên cứu của luận án về xây dựng mô hình thiết bị để
chuyển đổi từ năng lượng sóng biển sang điện năng.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Xây dựng được mô hình thiết bị phát điện từ năng lượng sóng
biển, thiết bị hoạt động hiệu quả và phù hợp với điều kiện thực tế
biển Việt Nam; Xác định tối ưu hệ số cản của mô tơ phát điện, các
thông số mô hình để công suất điện thiết bị phát ra đạt lớn nhất;
Thiết kế, chế tạo được một thiết bị phát điện từ năng lượng sóng
biển. Nguồn điện của thiết bị phát ra ở 2 mức điện áp 12 VDC, 220
VAC tần số 50 Hz thực sine theo tiêu chuẩn điện lưới quốc gia Việt
Nam. Thiết bị có khả năng ứng dụng trong việc làm phao báo dẫn
đường biển hay làm nguồn cấp điện cho các đèn hải đăng ngoài biển.
2
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng các phương pháp giải tích, kết hợp phương pháp
mô phỏng số và thực nghiệm, cụ thể được mô tả như sau:
- Sử dụng phương pháp giải tích xác định tối ưu hệ số cản của mô
tơ phát điện, hệ số đàn hồi của lò xo và kích thước phao của thiết bị.
- Trong tính toán mô phỏng số sử dụng phương pháp Runge-
Kutta bậc 4 giải số phương trình chuyển động phi tuyến của mô hình,
phương pháp Simpson tính tích phân số. Xác định mức công suất cơ
hệ của thiết bị nhận được từ năng lượng sóng biển và khảo sát sự
hoạt động của thiết bị theo các điều kiện sóng biển.
- Tính toán thiết kế và chế tạo thiết bị phát điện, thử nghiệm thiết
bị hoạt động thực tế tại biển để kiểm chứng kết quả lý thuyết và phân
tích hiệu suất hoạt động của thiết bị.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Đưa ra được một phương pháp nghiên cứu với cách tiếp cận từ
việc khảo sát các điều kiện thực tế của sóng biển để thực hiện xây
dựng mô hình cơ học, tính toán thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết
bị hoạt động thực tế tại biển.
- Chế tạo được một mẫu thiết bị phát điện từ năng lượng sóng
biển, hoạt động hiệu quả và phù hợp với điều kiện thực tế biển Việt
Nam.
- Thiết bị có khả năng sử dụng trong việc làm phao báo dẫn
đường biển hay làm nguồn cấp điện cho các đèn hải đăng.
5. Cấu trúc của luận án
Cấu trúc của luận án gồm: phần mở đầu, bốn chương nội dung,
phần kết luận và kiến nghị, phần danh mục công trình của tác giả, tài
liệu tham khảo và phụ lục.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC CÔNG 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 các công trình nghiên cứu về thiết bị phát điện từ
năng lượng sóng biển trên thế giới
Trên thế giới, việc nghiêu cứu, chế tạo các thiết bị phát điện từ
nguồn năng lượng sóng biển đang được quan tâm và phát triển mạnh.
Đặc biệt ở các vùng đảo xa ngoài biển, các thiết bị phát điện từ
nguồn năng lượng sóng biển đã đáp ứng được một phần trong nhu
cầu sử dụng điện năng. Các mô hình thiết bị được nghiên cứu dưới
nhiều dạng khác nhau như thiết bị phát điện lắp đặt trên bờ, thiết bị
phát điện hoạt động ngoài biển theo phương pháp thả nổi trên mặt
biển hoặc gắn cố định ở đáy biển. Hiện nay các mô hình thiết bị này
đã, đang được khai thác sử dụng tại một số nước như: Anh, Bồ Đào
Nha, Canada, Đan Mạch, Hàn Quốc, Mỹ, Na Uy, Nhật Bản, Pháp,
Tây Ban Nha, Thụy Điển v.v. [1-19].
Từ các nghiên cứu và phân tích cho thấy các mô hình thiết bị
phát điện đã, đang được nghiên cứu chế tạo theo nhiều cách thức.
Trong các mô hình thiết bị, mô tơ phát điện được thiết kế hoạt động
dưới dạng chuyển động quay tròn hoặc chuyển động tịnh tiến lên
xuống theo phương thẳng đứng. Mỗi thiết bị đều có các ưu nhược
điểm khác nhau, tùy theo khả năng chế tạo của từng đơn vị để thiết
bị nghiên cứu chế tạo hoạt động hiệu quả và phù hợp với thực tế sử
dụng.
1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về thiết bị phát điện từ
năng lượng sóng biển tại Việt Nam
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