TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA CÔNG TRÌNH
THUYẾT MINH
ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
DAO ĐỘNG CỦA TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI
DẠNG TRỤ NEO
Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN XUÂN HÒA
Thành viên tham gia: ThS. TÔ NGỌC MINH PHƯƠNG
ThS. VŨ THỊ KHÁNH CHI
Hải Phòng, tháng4/2016
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu ............................................................ 1
2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ............................. 2
3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ...................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu ....................... 3
5. Kết quả đạt được của đề tài ............................................................................ 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI KHƠI
DẠNG TRỤ ĐỨNG .............................................................................................. 5
1.1 Tua bin điện gió nổi ngoài khơi (FOWT) ................................................ 5
1.2 Phân loại qua bin điện gió ngoài khơi ...................................................... 6
1.3 Cấu tạo thân tua bin điện gió .................................................................... 7
1.4 Cấu tạo hộp máy ..................................................................................... 10
1.5 Cấu tạo cánh quạt tua bin ....................................................................... 11
1.6 Cấu tạo hệ dây neo .................................................................................. 15
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ TUA BIN ĐIỆN GIÓ NỔI NGOÀI
KHƠI ................................................................................................................... 18
2.1. Xây dựng mô hình tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ đứng ........... 18
2.2. Điều khiển dao động hệ ............................................................................ 21
2.2.1. Thiết lập và mô phỏng các bộ điều khiển dao động ........................... 21
2.2.2. Mô phỏng hệ tua bin điện gió nổi dạng trụ có nhiều bộ điều khiển dao
động ............................................................................................................... 22
2.3. Tải trọng tác dụng lên hệ ........................................................................... 23
2.3.1. Tải trọng khí động và trọng lực .......................................................... 23
2.3.2. Tải trọng thủy tĩnh .............................................................................. 25
2.3.3. Tải trọng thủy động lực ....................................................................... 26
2.4. Phương trình dao động của hệ .................................................................. 28
2.5. Phương trình sóng ..................................................................................... 29
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ....................... 31
3.1. Các kết quả mô phỏng số .......................................................................... 31
3.2. Kết quả thực nghiệm ................................................................................. 33
3.2.1. Tua bin điện gió dạng trụ lắp đặt 1 bộ điều khiển trong trụ nổi và các
giá trị To, ωs, 2d,
sd
biến thiên ..................................................................... 33
3.2.2. Tua bin dạng trụ có bộ điều khiển dao động trong hộp máy và trong
móng nổi có ωn biến thiên ............................................................................. 37
3.2.3. Tua bin điện gió dạng trụ neo có nhiều bộ điều khiển trong móng nổi
và/hoặc trong hộp máy với các giá trị ωnj, ωnk thay đổi ............................. 38
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 44
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 46
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1:Bảng thống kê thông số kỹ thuật của mô hình OC3-Hywind .................. 8
Bảng 2: Thông số kỹ thuật của tua bin NREL 5-MW ........................................ 10
Bảng 3: Thông số kỹ thuật của dây neo tua bin dạng trụ đứng .......................... 16
Bảng 4: Các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ ..................................................... 32
Bảng 5: Chuyển vị RMS của hệ khi lắp bộ điều khiển trong thân móng nổi ..... 34
Bảng 6:Chuyển vị cực đại của hệ khi lắp bộ điều khiển trong thân móng nổi .. 34
Bảng 7: Các trưng hợp tn số cài đặt sn trong bộ điều khiển ......................... 38
Bảng 8: Biên độ của bộ điều khiển và hiệu quả giảm biên độ RMS và biên độ
cực đại do hệ lắp nhiều bộ điều khiển dao động ................................................. 39
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1: Các dạng chân đế của tổ hơp đơn tua-bin, (a) Trụ, (b) Neo đứng (TLP)
và (c) Sà lan ........................................................................................................... 7
Hình 2: Cấu tạo điển hình tua bin điện gió nổi dạng trụ neo ................................ 8
Hình 3: Các bậc tự do khi xét đến dao động của tua bin điện gió ........................ 9
Hình 4:Mô hình tua bin điện gió nổi ngoài khơi OC3-Hywind SB .................... 10
Hình 5: Hệ số Reynolds phân bố theo chiều dài cánh tua bin ............................ 12
Hình 6: Mặt cắt cánh quạt tua bin trong trưng hợp tỉ số r/R=0.7 ..................... 12
Hình 7: Hệ số lực đẩy CT và CP của mô hình tính toán so với mô hình thực tế đã
lắp đặt .................................................................................................................. 13
Hình 8: Hình mô tả diện phân bố khí động học .................................................. 14
Hình 9: Hệ số CT và CP khi tính toán bằng ReFRESCO và công trình tua bin
lắp đặt thực tế ...................................................................................................... 15
Hình 10: Hình dạng dây neo ứng với các trưng hợp tải trọng ngang khác nhau
tại vị trí buộc neo vào thân trụ nổi. ..................................................................... 17
Hình 11: Mô hình tính toán tua bin điện gió nổi ngoài khơi dạng trụ đứng ....... 18
Hình 12: Mô hình tính cánh quạt tua bin ............................................................ 20
Hình 13: Mô hình lắp đặt bộ điều khiển dao động trong hộp máy và thân trụ nổi
............................................................................................................................. 22
Hình 14: Cao độ mặt biển mô phỏng, vận tốc mặt biển và vận tốc theo phương
ngang và gia tốc ................................................................................................... 33
Hình 15: Ảnh hưng của vị trí lắp đặt bộ điều khiển theo phương đứng lên phản
ứng của hệ ........................................................................................................... 35